虚拟仿真电子技术篇1

Abstract:Asanewtechnologyforeducationandtraining,theinternet-basedinteractivevirtualrealitytechnologycompressesthescenesandimageofobjectsthroughaseriesofthelatestmeans,andtransfersthemtothenetworkinthelimitedbandwidth,andbuildsarealistic3Dsubstationtrainingscenes.Substationvirtualtrainingsystemhasgoodprospects,anditcaneffectivelysavetrainingcosts,reducedriskoftraining,andwilltransmittheinformationtothebroadestpopulationwithfastestspeed,soitisboundtobringhugeeconomicbenefitstoenterprisesandsociety.Thereforetheresearchonthesubstationtrainingsystembasedonvirtualrealitysimulationisofgreatvalue.

关键词：虚拟现实；变电站；仿真培训；系统建模

Keywords:virtualreality；substation；simulationtraining；systemmodeling

中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）18-0054-02

1研究背景

由于在变电站运行人员的岗位培训中既不能在运行着的系统或设备上进行实际操作实验，也不允许人为地设置事故让学员观察处理，这就使得学员难以在变电站的正常操作及事故处理中得到充分锻炼。因此，建立一个与实际变电站运行状况相似的仿真培训系统是十分必要的。

2基于VR技术变电站仿真培训系统结构

变电站仿真培训系统的结构如图1所示，它主要包括以下几个模块；①相对于用户而言，虚拟变电站是可见的，用户能够直接在当中进行不同操作的模拟；②电力系统仿真可以对某些情况，例如变电站的常规运行等进行仿真，同时持续地输出电流和电压信号。在仿真模型的建立过程中，我们注意到变电站操作机构、继电保护、一次设备、交直流系统、综合自动化系统以及自动装置的详细模型；③“电力系统仿真”模块输出的信号被信号处理进行处理之后把其送进“输入判断”模块；④输入判断按照处理后的信号判断这时虚拟设备的情况产生变化与否，同时把此变化及时地反映到虚拟变电站；⑤输出判断第一要对拟变电站的网络拓扑结构产生变化与否进行判断，然后按照产生的变化对“电力系统仿真”模块的计算条件进行改变；⑥用户交互用户通过此模块同虚拟变电站交互，同时对变电站的操作进行模拟。

3虚拟系统设计

系统建模。VR建模应使虚拟设备及其运用过程更加逼真，故要考虑三个方面：①几何建模。也就是虚拟设备应体现出真实设备表面的几何特征，在具体建模的过程中，通常依据早已明确的“物体-部件-面-点”的接点结构，同时对每个节点进行建模，最后完成所有系统的建模。在变电站的背景模型上，例如树木、墙面等能够使用纹理贴图，基于对虚拟世界真实感的保留，还可以大大地降低节点数目。②物理建模。也就是应建立有关的数学模型同时在几何模型中按照物理模型明确对象硬顶要具有的特别属性。③行为模型。也就是虚拟设备应可以真正地体现出实际设备的行为以及运转，同时同特定的客观规律相一致。其实现方式通常是采用外部传感器以及外部接口相连接。

4虚拟变电站与仿真培训系统结合方法

变电站仿真培训系统要按照变电站运行者平时的工作进行设计，模拟仿真变电站的运行工况，旨在培训更逼真。以网络为基础的三维造型语言中的主流是VRML，能够给予动画和三维以及交互作用，然而其在具有精确计算并要求复杂的领域在描述能力和计算能力方面就显得相对很弱。所以，为达到后台仿真和模拟目的，应使用相对强的数据处理能力的语言。该部分已建立变电站仿真培训系统，并模拟和仿真变电站系统。通过VRML达到虚拟变电站的建模与接口的定义。采用Javascript_以及Java语言编写脚本来拓展VRML的功能，同时为完成更多的交互以及高级应用，应采用同仿真培训系统的连接方式。图2为虚拟变电站与仿真培训系统结构的总体框架，VRML讲叙你变电站中节点的状态输入Java程序，控制仿真培训系统的运行；控制变量控制仿真培训系统并模拟系统的运行状态，再将仿真数据输出到Java程序中，控制虚拟变电站其它节点状态的变化。

5虚拟变电站仿真与培训系统实现

虚拟变电站与变电站仿真培训系统的通信。①Java与变电站仿真培训系统的数据交换。例如操作箱中手动开关调和。首先经过设置初始条件，编写仿真程序：functionrank=jxdfbcontrolping（DL），当中DL为虚拟操作箱中开关跳合状态；rank是一个矩阵。仿真程序对线路的常规运行状况进行模拟，同时获取功率、三相电流以及电压等值；其次把仿真程序代码转成cpp文件，添到已建立的VC工程ixdfbcontrolpingvc中，从而达到调用仿真程序的目的，然后定义一个公共的Java类jxdfbh，在此类里声明本地方法greet，达到调用名称为jxdfhbcontrolpingvc.dll的文件的目的。对jxdfbh.Java进行编译同时生成jxdfbh.h文件，同样添到已建立的VC工程ixdfbcontrolpingvc中，最后在jxdfbcontrolpingvc.dll文件调用的语句就能够达到Java对仿真程序调用的目的。②虚拟变电站对仿真程序的调用。将由Java的执行代码编译生成的pingcontrol.class文件内容嵌在描述虚拟变电站对仿真程序的调用。

6虚拟仿真系统的实现

虚拟变电站通过MATLAB虚拟现实工具箱中的VRSink与VRSource子模块实现与“电力系统仿”模块的交互，其中VRSink子模块负责将信号从“电力系统仿真”模块输出到虚拟变电站，VRSource子模块负责将信号从虚拟变电站输出到“电力系统仿真”模块。以虚拟控制屏为例，其仿真系统的结构如图3所示。其中的“电力系统仿真”模块含有“电源”、“断路器”及“分布参数线路”等子模块，且后者采用了分布参数稳态模型。

7结论

本文建立的虚拟变电站仿真培训系统十分直观形象，培训人员可直接动手操作而不会有危险。通过虚拟变电站与变电站仿真培训系统间的通信可实现用户与虚拟变电站的交互，很好的满足虚拟变电站实时仿真、实时动作的要求。该系统以普通PC机和Windows操作系统作为平台，故经济高效、容易掌握。实验证明，利用虚拟现实技术可以更有效的建立变电站仿真培训系统。变电站仿真系统是采用先进的建模工具、网络技术，全方位仿真变电站的各项功能，为上岗培训和岗位再培训提供了先进的科学手段。通过实验分析得出：本文建立的变电站仿真培训系统的仿真变电站结构可任意配置，可满足完全对实际变电站有针对性的培训要求；仿真过程更真实，本系统仿真过程中产生的信号与实际运行情况基本相同。学员在培训过程中观察到的故障现象及故障信息与现场实际完全一致，具有很强的实用性。

参考文献：

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虚拟仿真电子技术篇2

关键词：虚拟仿真；电子类实验教学；应用

TP391.9；TN0-4；G642

一、虚拟仿真技术的概念与优势

虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用主要有两种方面：虚拟仪器技术和仿真。最早虚拟仪器这个概念是由美国仪器公司提出的，其主要含义就是“软件就是仪器”通过对应的软件来实现仪器的主要功能。在使用过程中利用LabvIEW编写虚拟的仪器面板，将各种数据信息采集设备和软件的仿真平台搭建出一个不同的仿真系统。仿真则是利用模型进行实验，对电路环境与电路过程中进行模拟，得到真正实验的全过程。虚拟仿真技术的核心内容就是将虚拟与实际结合，从而达到最佳的实验教学效果。同时，在虚拟仿真技术在使用过程中有以下几种优势

（一）节约成本

在传统的教学模式创新中需要不断的增加各种教学仪器设备，增加教学成本，而且要想进行实验只能在实验室进行。虚拟仿真技术的出现更好的解决了这些问题，在教学过程中只需要具备仿真软件计算机就能在任意地点进行实验，方便教师教学。

（二）理论与实际结合，激发学生兴趣

虚拟仿真技术可以将虚拟与实现结合，学生在接受新知识时还锻炼了学生的动手实践能力。将实验教学内容以更直观的形象展现出来，激发学生的学习兴趣，提高学习效率。

（三）实验平台的统一性和可恢复性

在使用虚拟仿真技术时，可以将多门课程实验进行统一，并为学生提供一个设计、原型、科学、的应用平台，这样不会丢失原有的实验信息，还会完成从原型设计到系统部署之前所有工作，从而将虚拟教学内容与实际教学实验的理论、知识更好的结合起来。

（四）教学内容的灵活性与创新性

虚拟仿真技术不同于其他试验箱数量固定的实验内容，在使用其技术时还会根据不同的需求搭建出一个不同的实验电路，让学生更直观的了解教学内容，同时还有利于教师开展一些综合性与设计性的教学实验，从而培养学生的创新能力。

二、虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用

随着电子技术快速发展以及教学内容不断的更新，传统的实验教学模式已经跟不上社会的发展，其中还存在着一些不足，虚拟仿真技术的出现将实验教学进行全新的完善，激发学生的学习兴趣，提高学生学习效率。电子电路课程是电子类专业必修课程，其中包括了：电路分析、模拟器电子技术、数字电子技术。在这三门课程中虚拟电子技术被学生们认为是一个难度最大，理论性较强的的一门课程。一般来讲，虚拟电子技术是与教学理念同步，有时也会落后于教学课堂。在传统的实验教学过程中，学生对实验的电路理论不够了解，对实验中可能出现的问题还没有特别清楚，因此，对于多数学生来说，在实验过程中一旦出现问题找不到任何的突破点，从而降低学习兴趣。在虚拟仿真技术中以二阶段有源低通滤波器为主的教学实验可以帮助学生加深对知识的了解，锻炼学生的动手动脑能力。

（一）二阶有源滤波器的仿真实验

在虚拟仿真技术中，常用的仿真软件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文对Multisim在虚拟仿真技术中的使用以二阶有源滤波器电路进行了仿真。该技术操作简单容易上手，它在使用过程中具有非常多的元器件、虚拟仪器，它的功能强大，在使用过程中还为学生提供专用的万能表、示波器等常用仪表设备，而且还为学生提供了虚拟仿真技术的网络分析仪、频谱分析仪等仪器设备。二阶有源滤波器在教学过程中具有仿真的电路图，只需要在使用时输入信号频率和幅度，就可以通过滤波器的示波器进行观察，并让学生做出总结。同时，在使用时还可以利用波特图测试仪，设定使用频率的反问，保证学生可以更加直观的观看到二阶有源低通滤波器的频率响应线，学生在上课过程中就可以通过幅频特性曲线找到滤波器的频率。这样，学生就可以搭建出一个更为实际的电路，进行实验，从而总结出自己所得结果，并于教师交流。

（二）二阶有源滤波器的实际电路测试

虚拟仿真电子技术篇3

关键词：Multisim仿真模拟电子技术实验教学

中图分类号：TN710.2；TP391.9文献标志码：A文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

1EDA仿真软件简介

电子信息类课程常用的教学软件主要有Multisim、AltiumDesigner、Proteus、LabVIEW和Matlab等，其中AltiumDesigner主要用于电路板的设计，Proteus常用于单片机课程的仿真教学，LabVIEW主要用于虚拟仪器原理及仿真，Matlab侧重于算法开发和数据分析仿真，而Multisim则更加适用于电子电路的设计与仿真[1]。Multisim它将电路原理图、功能测试和仿真结果汇集到一个电路窗口，结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证，其电路设计、参数测量和波形显示等过程更加接近真实的电子实验室场景，同时具有界面直观、元器件种类多、仪器仪表齐全、参数修改方便、分析方法多样和实时交互仿真等优点，被称为虚拟的电子实验室[2]。

下面以美国国家仪器有限公司研发的最新版本电路模拟仿真软件NIMultisim13为例，通过对单管共射放大电路的仿真分析，阐述EDA仿真软件在模拟电子技术教学中的应用[3]。

2EDA仿真在模拟电子技术教学中的应用

在Multisim仿真软件电路窗口搭建如如图1所示单管共射放大电路，其输入输出仿真波形如图2所示[4]。从图中可以看出放大电路输入信号和输出信号波形反相，说明共射极放大电路反相放大。

2.1直流工作点仿真测试

测量放大器的直流工作点，应在的情况下进行，即将放大器输入端与地短接。直流工作点是否合适对放大器的性能和输出波形都有很大的影响，如工作点偏高，输出信号易产生饱和失真（削底），偏低则易产生截止失真（缩顶）。改变电路参数、、都会引起静态工作点的变化，通常多采用调节偏置电阻（电路中可调电阻）的方法来改变直流工作点。如需满足输出较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

在Multisim13仿真软件中可以直接选择菜单命令“仿真分析直流工作点分析”运行，电路直流工作点分析结果如图3所示。图中即为，即为，即为，根据设置的变量不同还可以仿真出其它的电压、电流参数。

2.2电压放大倍数仿真测试

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压，在输出电压不失真的情况下，用万用表测出放大器的输入电压和输出电压（带负载，即开关闭合），仿真结果如图4所示。

根据仿真结果可以计算出放大器的放大倍数为

2.3输入电阻仿真测试

为了测量放大器的输入电阻，在放大器正常工作的情况下，用万用表测量信号源电压如图5所示，在仿真测量时应注意，由于电阻两端没有电路公共端接地点，所以测量两端电压必须分别测出和，然后用求得的值。根据输入电阻的定义可求得放大器的输入电阻

2.4输出电阻仿真测试

在放大器正常工作条件下，必须保持接入前后输入信号的大小不变，测量输出端不接负载的空载输出电压（即开关打开），如图6所示，根据输出电阻的定义可求得放大器的输出电阻

2.5频率特性仿真测试

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数与输入信号频率之间的关系曲线。为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的倍，即所对应的频率分别称为下限频率和上限频率，则通频带。运用Multisim仿真测量的单管共射放大电路频率特性曲线如图7所示。

3结语

利用Multisim13仿真软件应用于模拟电子技术课程教学，首先使用仿真软件中自带的丰富的元器件模型进行电路原理图设计和搭建，再利用其提供的各种虚拟仪器仪表对搭建的电路进行测试和仿真分析。虚拟Multisim仿真平台，如同置身于实验室情境，实现一机多用，解决了空间和时间的问题，弥补实验空间与设备的不足[5]。既可以把理论知识融入实验仿真整个过程，加深对理论知识的理解，又可以调动学生学习的积极性，增强动手实践能力、自主学习能力和问题探索的能力，从而更好地提高课堂教学效率，提升教学质量。

参考文献

[1]曾志伟，卫黄河，杨文韬.关于《模拟电子技术基础》课程中仿真软件应用的几点思考[J].六盘水师范学院学报，2012，27（1）：86-88.

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[3]周红锋.单管共射放大电路的教学探讨与思考[J].牡丹江大学学报，2014，23（7）：177-179.

虚拟仿真电子技术篇4

【关键词】Multisim虚拟仿真模拟电子技术电子设计辅助教学

一、引言

模拟电子技术是高等职业院校电类相关专业的一门应用性较强的专业基础课，该课程主要是培养学生在模电方面的基本应用能力，培养其解决、分析与模拟电子技术相关的问题的能力。在以往的教学模式中，理论与实践脱节现象严重，知识点抽象不够直观，学生难以理解吸收，打击了学生学习电子技术的学习积极性。随着计算机仿真技术的发展，在课堂和实践教学中充分利用计算机仿真平台将模拟电子技术中枯燥抽象的理论分析以仿真动画、波形、指示灯等形式直观、生动的表现出来，使模拟电子技术课程的教学内容更加易于吸收。课堂教学不仅仅停留在理论分析，而是与实践紧密结合在一起，丰富了教学内容，帮助学生更好的掌握所学的知识点，激发学生的学习兴趣和自主学习积极性，提高了教学效果。

二、Multisim简介

Multisim是美国NI（NationalInstruments）公司开发的仿真软件，经过多次更新换代，现在已经在使用Multisim11版本。此软件主要是在PC平台上构成一个利用图形操作界面对一个与实际情况非常类似的电路实验进行虚拟仿真的工作台，它几乎能够仿真在实验室内所进行的大部份的电子电路实验，因此在电子电路分析、设计、仿真等项工作中已被广泛地应用，是目前世界上最受欢迎的EDA软件之一，已被广泛应用于国内外的教育界和电子技术界。

三、Multisim在差分放大电路教学中的应用

（一）过程分析

差分放大电路又名差动放大电路，是集成运算放大器中重要的基本单元电路，广泛地应用于多级直接耦合放大电路的输入级，主要用于拟制“温漂”等“零点漂移”现象，这是差分放大电路的突出优点，而往常的教学中该知识点总是较为抽象且难以理解。而利用“Multisim仿真手段”，让学生通过温度扫瞄仪和示波器等仿真仪器对比观察共发射级放大电路、差分放大电路仿真测量和温度扫描仿真分析的结果，可简单、形象地检测放大电路的“温漂”（“零点漂移”）特性。通过调节各元件的参数或调整电路结构，观测即时变化的波形和图表，学生可以轻松对比出传统共射放大实验电路和带恒流源的差分放大电路的在不同温度情况下的性能指标。

（二）模型搭建及电路仿真

1.传统共射放大实验电路的温度扫描分析

在Multisim11仿真平台中，搭建如图1（a）所示共射放大实验电路。单击Multisim11“仿真分析菜单”中的“温度扫描分析”按钮。在弹出的窗口设置栏中将相关参数设置好，如图1（b）所示。单击“仿真”按钮开始仿真，得到如图1（c）所示共发射级放大电路的温扫分析特性曲线图及相关参数值。

通过观测图1（c）的曲线图及所得数值表，可以看出：首先图1（a）所示实验电路的输出电压负温度系数变化现象明显；然后当测试温度从初始值最终上升到110°C时，此时产生的输出电压最大偏差是DVo=（636.1505-567.4128）mV=68.7377mV，变化了大约10.78%。

2.对改进后的差动放大电路进行温度扫描分析

为了增加以上两种电路的对比性，采用了相同的三极管组成的并按单端输出、单端输入接法的有恒流源（输出交流电阻相当于发射极电阻Re）的差分放大实验电路，且信号源、负载等电路参数都相同，如图2（a）所示。在Multisim11仿真平台中新建文件，按图2（a）所示在平台中构建好新的线路，同时对示波器参数调整，最后开启仿真按钮，得到新的测量波形图，如图2（b）所示。通过理论教学可得，在差分放大电路、特别是单端输出接法的差分放大电路中，可以通过增大发射极电阻Re的阻值，来达到有效抑制任一边电路的温漂，并使得共模抑制比提高。

所以这种以工作在放大内的三极管所组成的恒流源来代替差分电路中的射极电阻Re和集电极电阻Rc的手段在各类集成运放电路中被广泛运用。既使得射极电阻Re的增大了阻值，使集成电路中难以得到大电阻及高电压的问题得到克服，又能够将KCMR（共模抑制比）增加了1~2个级别。

再次进行温度分析扫描。在弹出的窗口对话栏中设置线性的扫描方式；将扫描点数设为两点；设置好分析的起点温度26°C；以及终点温度110°C；调整好瞬态分析类型；然后调节起始点时间值为0Sec，终点时间值改为0.001Sec，也就是信号周期；接着在“输出”项目中将待分析的输出节点设置为节点V；单击仿真开始按钮，随即得到如图3所示此改进电路的温度分析扫描特性曲线图及所得参数值。从图3所示的温度分析扫描特性曲线图及参数列表中可以观测到，当温度从起点26°C上升到终点110°C时，图2（a）所示带恒流源的差分放大电路节点V[6]产生的输出电压最大偏差为：DVo=（5.5103-5.47144）V=0.03886V高温110°C时的输出电压最大值比低温26°C时的输出电压最大值仅仅降低了约0.71%。

3.对比、剖析、讨论

由图1所示共射放大电路的温度扫描仿真分析及图2所示差分放大电路的仿真测量和图4所示温度扫描仿真分析的结果可知：

（1）Multisim的温度分析扫描能够非常直观地检测放大电路的零点漂移特性。

（2）单端输出接法的差动放大电路的KCMR较双端输出接法的差动放大电路要低；双端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数是相应单端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数的两倍。

（3）无论是普通放大电路还是差动放大电路，其输出电压都是按负温度系数规律变化的。

四、结论

通过运用Multisim仿真平台，帮助我们缓解了因资金不足导致设备耗材等受限这些因素的限制，使得许多不能进行实物讲解的实验得以通过仿真直观再现，还可进行各种目的不同的训练，使学生的自主分析、设计和应用能力得到培养，高效且低成本。在模电教学过程中，使用Multisim仿真对抽象的理论教学起到了推波助澜的作用，使模电课程的理论与实践完美融合在一起，极大的丰富模拟电子技术的教学内容，并在后继课程的中也有很好的延伸性。

参考文献：

虚拟仿真电子技术篇5

关键词：Multisim虚拟实验真实实验

1.引言

Multisim应用于电路分析课堂教学，使抽象的概念变得具体，使枯燥的内容变得生动，加深了学生对理论知识的理解掌握。从课堂教学效果来看，既能活跃课堂气氛，又能调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣。学生可以利用仿真软件进行电路仿真、电路设计，利用虚拟仪器测量验证，拓宽知识面。仿真技术引入课堂，使理论与实践得到统一。通过Multisim虚拟仿真软件，学生可利用电脑进行电路仿真及仿真分析，检验电路设计方案在功能方面的正确性和可行性，以达到熟悉电路、掌握工作原理和进行实验创新的目的，为高效率地实验打好基础。应当注意的是仿真实验教学是一种现代化的教学手段，不能代替实际操作，否则会削弱学生对真实仪器的感觉，影响实验技能的掌握。所以，仿真实验必须与传统实验教学相结合才能发挥其应有的作用。

2.电子技术课程虚拟和实际实验教学的对比

传统的电子技术实验方法是：学生在实验室根据给定的电路图和元器件搭建实验电路，甚至部分实验使用了现成的电路板，用仪器测量数据得出结论。在实际实验之前，学生要根据实验目的设计实验步骤，在实验过程中则要一边动手做实验一边仔细观察实验现象（包括借助于实验仪器来观察）、记录实验数据，并通过分析实验现象进行推理并最终得出实验结论。相对于真实实验，虚拟实验是基于虚拟现实技术实现的，在虚拟实验系统中，实验设备和实验仪器虚拟化，实验现象和实验过程虚拟化，学生在虚拟实验中通过操作鼠标、键盘及与计算机相连接的各种多媒体数据输入设备进行点击或拖放等动作，从而实现对虚拟设备的操作，完成对虚拟实验的体验。学生从虚拟实验中得到的是一种虚拟的体验，这是一种抽象的体验。在电子技术实验教学中，虚拟实验采用MultiSim1.0软件设计与仿真，即在计算机上设计搭建电子电路，并修改电路及其元件参数，用虚拟仪器测试电路性能并分析原因，完成电子电路的设计定型。仿真通过后，在实验室采用硬件电路实现，并将虚拟实验的结果与硬件实验的结果进行对照分析，通过实际电子电路的设计过程，培养学生的综合分析能力和开发创新能力。通过MultiSim1.0仿真，不仅可以减少实验耗材的消耗，避免实验设备或仪器的损坏，还可以解决实验室高档仪器和元器件不足的问题，具有较强的灵活性。如果学生没有一定的知识和经验，特别是亲身体验作为基础，那么这种虚拟和抽象就不符合学生的认知发展规律，对学生学习经验的获取和意义的建构不仅不具有积极的作用，反而因过于抽象或虚拟而起阻碍作用。

3.虚拟和实际实验的互补作用

虚拟实验是根据教学模型建立的是理想化，虚拟实验包括虚拟元件和虚拟仪器两部分。在虚拟实验中会有一些因素影响其实验数据和结论，只有虚实结合才能正确分析实验结论，而虚拟实验虽能简化实验过程，提高实验的效率和安全性，但不能锻炼学生的动手能力。

（1）目前的虚拟实验系统是实验只能按照固定的、正确的操作流程或方法进行，否则实验不能得到正确的结果，这个结果是机械的，是由程序本身决定的，而不是真实情况的反映。因为程序开发人员是严格按照实验步骤和实验现象进行设计和开发的，可以说一个实验只有一个结果，实验中，不允许学生操作错误或者对实验进行一些改变，这样不利于培养学生从操作失误中发现问题和解决问题的能力，限制了学生的发散思维和创造性思维的发展。

（2）虚拟元件的阻抗通常是默认的，但有些值也可以设置，实际元件每个阻抗可能都不相同，如设置阻抗参数就和操作人员的实际经验有密切的关系，经验越丰富，设置的参数就越接近实际情况，用默认值可能就会有与实际实验不同的数据和结论。

（3）在真实条件下做实验也会因仪器的精度、操作的方法、量程的选择、实现的方法有不同的结果，这本身就是不可避免的误差产生的因素。虚拟实验的理想化和真实实验的具体情况本身就有一定的差异，在必然和理想条件下的实验数据和结果存在误差。

（4）虚拟元件中不可能存在真实实验中的一些情况。如导线会存在的分布电容、电感、电阻，对虚拟实验的结果会有一定的影响。

（5）虚拟实验在一些演示性和验证性类型的实验中发挥了较好的作用，但是在实际操作性强的实验中，则降低了学生的动手操作能力。比如，电子技术很多实验中，需要实验者根据不同的实验条件使用不同的导线连接实验线路。在虚拟实验中，只要点击相应的按钮就可以把导线连接到仪器上，学生根本体会不出不同方法所用的导线及导线连接方法有何不同，不能锻炼实际动手能力。

要使虚拟实验和实际实验的数据和结论接近，关键在于虚拟实验系统在建立虚拟仪器和元件库时，要考虑实际的环境和结论后，设置一些指标和参数，同时也要使真实实验的条件向理想情况趋近，如保证理想的室内温度，考虑参数的分散性等，这样才能使虚拟实验的数据和结果仿真到实际实验的数据和结果。电子技术虚拟实验，增强了实验课的教学效果。虚拟实验不受时间及空间的限制，学生可以自主地完成实验，具有良好的发展前景。但虚拟实验的实现是一项复杂的工作，还有许多理论和技术问题有待进一步探讨，因此，在现有条件下，虚拟实验是不可能完全代替实物实验的。在实物实验过程中，元件参数分散性、误差、噪声等现象是客观存在的，对于培养学生的和创造性思维是至关重要的，也要引起足够的重视。只有先理论后实践，先做真实实验后做虚拟实验，或先做虚拟实验后做真实实验，才能使二者有效结合，相互依存，使电子技术实验更完善。

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虚拟仿真电子技术篇6

关键词：仿真EWBV5.12MULTISIM10虚拟实验室

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）11-0213-02

提到贝尔实验室，相信所有学工科的人都会听说过。第一个电话是从贝尔实验室打出的。结型晶体管是由肖克利博士在贝尔实验室研制成功的，此类消息不胜枚举。自1925年以来，贝尔实验室共获得两万五千多项专利。现在，平均每个工作日获得三项专利。所有这些业绩的取得充分说明了一个问题：实验室是发明创新的诞生地，实验室的作用绝对不可低估。高等院校的实验室是开设实验、开展科学研究、培育创新能力、提高综合素质的重要基地；是孵化高水平研究成果、服务经济建设的主要场所。高校的实验室是培养创新精神和实践动手能力最直接、最关键一环，其优势在于使实验人员把所学的理论和实践相结合.着力培养其创新精神和知识运用能力。它既有知识传承，又有动手实践。既遵循人的认知规律，又让他们在科学实验中亲身发现和认识科学理论，并检验所学理论知识。在当今数字化、信息化时代，如果不动手、不会动手，将一事无成。而敢动手、会动手的实践能力，正是在实验室中培养出来的[1]。实验室是隐性知识储量最多、资源最丰富和集中的部门，也是能够代表和反映学校科研水平、学术水平的重要部门[2]。从高校隐性知识的概念出发，高校实验室的建设对于提升高校的核心竞争力和声誉无疑具有重要的现实意义。

尽管近年来国家不断投入资金到实验室建设，但是我们应当清醒的看到现阶段我国实验室建设从整体上看依然是低水平的、不全面的、不均衡的。实验的普及程度依然不高，面临的任务十分艰巨。这个问题的解决是一个漫长的过程。这个问题能否通过软件仿真来解决呢？

这是一个仿真软件满天飞的时代，几乎各个领域都有自己的仿真软件，比如电工电子类的有EWBV5.12，MULTISIM10，化工类的有ChemLab。这些仿真软件只所以能存在，一方面在于这些软件本身就是各领域的专家跟程序员或者一些软件公司合作的结果，有一定的可信度。另一方面在于仿真有它的积极意义。比如对于一些危险大、费用高、耗时长的实验，在计算机上“做实验”是一种十分理想的方法。所以仿真软件得到大家的认可和使用。它能为实验人员的学习创造一种自主、开放式的氛围，为实验人员搭建现代化设计技术的平台，从而更容易激发实验者的技术创新欲望，大力开发其手和脑的潜能，进一步培养其综合分析问题的能力和开发创新的能力[3]。但是仿真并不是万能的。值得大家注意的是这样一个事实：仿真软件也是一个软件，当一个软件做得比较大的时候就不可避免的出现这样或者那样的Bug。举个有目共睹的例子：微软作为著名的操作系统厂商，不也经常操作系统的补丁吗？所以当仿真的结果与理论不符，或者仿真的结果与实践不符的时候，就需要考虑一下到底是理论有问题还是仿真软件本身的问题。关于仿真软件本身不完备这个问题，《浅谈电工电子学仿真软件弊端》一文以电工学仿真软件EWBV5.12，MULTISIM10为例给出了详细说明[4]。仿真的时候之所以会出现这样或者那样的问题，原因之一就在于，非线性仿真模型的参数不论怎么设置都不可能跟真实的器件完全吻合。比如说，在基本共射放大电路中当温度变化时晶体管的电流放大倍数会发生变化，即便在电路结构上采取了抵制温漂的措施，电路的放大仍然会出现失真，这一点在仿真上是不容易观察到的。

在上面的程序中每隔4us灯的状态就会翻转一次。在仿真的过程中会明显看到发光二极管一亮一灭。但是在使用单片机开发板来测试的时候看到发光二极管是一直亮着的，原因就在于人眼的视觉暂留特性。所以当需要点亮一个发光二极管的时候是不需要一直给它供电的。这也是用发光二极管作为电器设备工作状态指示灯的原因。在这一点上仿真结果与实践不相符合的。所以用仿真来检验设计工作的正确与否也只是某种程度上的检测。一种设计是否正确，归根结底还是要靠实验来检验。

除了上述用仿真软件来代替实验的，还有另外一种情况：利用某些软件编程创建虚拟实验室来代替真实的实验室。基于上述思想的有以下种情况：（1）：采用电子工作台（EWB）和计算机网络来实现虚拟电工技术实验室，完成电工技术仿真实验。应用组件技术、编程语言VB和Access数据库构建了实验室管理系统[5]。采用这种方式建立的虚拟实验室底层仍然是EWB，只要EWB软件存在不足，仿真的效果就不会好，不幸的是EWB仿真的效果是不尽人意的。（2）在LABVlEW基础上，利用SSH架构搭建远程虚拟实验室。在实验过程中，只需通过访问WEB服务器来做相关实验[6]。用户可用数据采集卡采集数据，然后将数据发到远程服务器上的虚拟仪器，通过网络下载处理的结果。这种利用LABVIEW来制作虚拟仪器的方法是可行的，而且是值得大力推广的，它为虚拟实验指明了方向，而且比时下流行的电工电子学仿真软件前进了一步，不足之处就在于它只提供仪器，不提供元器件。（3）以计算机网络为核心，将虚拟仪器通过网络连接起来，以实现数据采集，分析，远程操作[7]。如果实验者能通过网络操作硬件的话，比如说修改一下电路的接线。如果能做到这一点的话，这种方法无疑有着巨大的开发价值。（4）使用虚拟现实技术创建虚拟实验室[8]。虚拟现实技术有高度的沉浸感可信度和交互性。它的目标就是要让使用者相信，他或她正处在计算机所生成的环境中，而不是一个外部观察者。虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，使得实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目。以这种方式来开展虚拟实验的前景最诱人的，当然了它前面要走的路可能也是最长的。

综上：高校实验室的建设是一个漫长的过程，其发展可能不会一帆风顺，随着计算机技术和网络技术及虚拟现实技术的发展，实验室的建设可能会发生质的变化，尽管前面要走的路可能会很长。

参考文献

[1]关于构建高校实验室开放共享平台体系的研究，《中国轻工教育》，王帆，刘雁红，原凤英，张千千，张炜，2010.3.

[2]浅谈高校实验室成为隐性知识的转化与传播，《实验室科学》，高智琛，第15卷第6期，2012年12月.

[3]电子仿真软件在教学中运用的意义，《安徽电子信息职业技术学院学报》，曹光跃，2006年第2期，第5卷2006年4月.

[4]浅谈电工电子学仿真软件弊端，《数字技术与应用》，郭维家，李书杰，高赫鑫，赵伟，第10期，2013年10月.

[5]基于网络和EWB技术开发电工学仿真实验室，2011AcademicandTeachingSeminaronElectronicInformationSciencesofHigherVocationalEducation（2011SEHVE），覃如贤，2011.

[6]LabVIEW下远程虚拟实验室的研究与实现，《太原理工大学学报》，李海芳，张民，陈俊杰，陈文彬，第41卷第2期，2010年3月.