EDA技术在“电路”课程教学中的应用

孙 玲，张 威，2，彭 飞

(南通大学1.江苏省专用集成电路设计重点实验室，2.杏林学院，江苏南通 226019)

“电路”课程的教学改革、教学方法以及辅助教学手段，一直是从事本课程或相关专业教学的教师讨论的热点话题［1-3］。笔者结合本校独立学院培养应用型人才的目标定位，探索了新的“电路”课程教学模式。

1 课程教学现状分析

我校现在“电路”课程教学包括了理论课和实验课两大部分。理论课教学方面，在常规教师的授课方式基础上，引入了多媒体和EDA技术［4］。实验课教学方面主要包括:元件的伏安特性测量、验证叠加定理、电源等效变换、戴维南定理、正弦稳态交流电路和三相交流电路等实验。

为了充分发挥实践教学环节应有的作用，我们将EDA技术融入到“电路”课程的实践教学环节中。这样可以弥补实验时间受限及实验内容有限的不足。学生在计算机上重复用电路实验箱进行的实验，可以帮助他们回忆实验过程，充分认识虚拟实验与物理实验的联系。两轮的教学实践取得了良好的教学效果。

2 EDA仿真实训教学实践

2.1 EDA仿真实训教学的可行性

EWB、Multisim、PSpice、HSpice和 SmartSpice等EDA工具都可以被用于“电路”课程的仿真实训教学，其中有些软件提供了免费的评估版或学习版。高校实践教学投入的增加和EDA教学实验平台的建设等也为本课程教学提供了条件。我们在“电路”课程EDA仿真实训教学方面使用了Cadence OrCAD软件。

2.2 EDA仿真实训教学内容

我校杏林学院集成电路设计与集成系统专业的“电路”课程体系教学安排如表1所示。

表1 “电路”课程体系教学安排

已开设的“电路原理实践”课程借助PSpice软件工具指导学生进行电路实验。48个教学学时中，15个学时以教师边讲解边操作为主，学生边听讲边模仿;30个学时以学生练习为主，教师指导为辅;还有3个学时为课程考核。

在教学内容上，将电路理论课程中的电阻电路分析、动态电路分析和正弦稳态电路分析与PSpice软件的直流分析、瞬态分析和交流分析融合起来。

实验内容包括利用PSpice软件的直流分析验证电阻元件的伏安特性以及电路的基尔霍夫定律、叠加定理、戴维南定理和最大功率传输条件等;利用PSpice软件的瞬态分析了解储能元件的特性，验证动态电路的零输入响应、零状态响应和全响应等;利用PSpice软件的交流分析了解电路的频率特性，验证RLC电路的串联谐振和并联谐振等。

具体实验包括:① PSpice入门;② 简单电阻电路的直流分析;③含受控源电路的直流分析;④电阻电路的扫描分析;⑤瞬态分析基础;⑥一阶电路的瞬态分析;⑦高阶电路的瞬态分析;⑧交流分析基础;⑨RLC串、并联电路的交流分析;⑩PSpice高级仿真功能。

2.3 EDA仿真实训教学实施情况

将EDA仿真实训教学作为电路实践环节的一部分，学生在实验课上掌握用EDA工具进行电路仿真的方法，课后可以进行自主学习。“电路原理实践”课程在我校杏林学院集09班和集10班实施以来，得到了学生好评。

在“电路”课程体系中增加EDA技术仿真实训环节，可以让学生从第一门专业基础课程开始到最后完成学业，做到EDA技术学习的不间断，这有助于帮助学生在大学学习期间熟练掌握甚至精通至少一种EDA软件工具，提高就业竞争力。

3 EDA仿真实训教学示例

一个借助PSpice仿真工具来验证最大功率传输定理的典型示例如图1所示。为了求解图1(a)所示电路中电阻R2为何值时可获得最大功率，理论课上，我们根据功率定义并借助数学公式用求导的方法得到了最大功率发生的条件及其最大值［5］。EDA实训课上指导学生通过软件工具的直流扫描功能观察到这个最大功率值及其发生的条件。图1(b)给出了流过电阻的电流曲线，学生可以观察到R2增大回路电流减小，帮助他们复习了回路电流计算方法;图1(c)为电阻两端的电压曲线，学生可以观察到R2增大其两端的电压也增大，帮助他们复习了电阻分压公式;图1(d)是根据软件仿真结果和软件自带的工具，计算得到的功率曲线。这不仅帮助学生复习功率计算方法，还让他们观察到最大功率发生的条件，加深了对最大功率传输定理的理解和记忆。

图1 验证最大功率传输的仿真实例

4 结语

强化实践教学环节，是提高人才培养质量的有效措施之一。在“电路”课程中增加基于EDA技术的仿真实训环节，体现了课程本身的工程性和实践性，强化了学生的实践创新意识和实际动手能力，加深了学生对基本理论知识的理解，为后续课程学习打下牢固的基础，适应了我校独立学院“厚基础，强应用”的人才培养目标。

［1］ 袁占生，郑文杰，潘金艳.“电路分析基础”精品课程试题库设计［J］.南京:电气电子教学学报，2011，33(1):11-12，26

［2］ 廖旎焕，胡智宏.“电路”课程教学方法探索［J］.北京:中国电力教育，2010，25:81-82

［3］ 程隆贵.谈电路课程的教学改革［J］.武汉:武汉电力职业技术学院学报，2008，6(3):17-19

［4］ 肖冬萍，李新.仿真实验在“电路原理”理论教学中的应用［J］.南京:电气电子教学学报，2009，31(2):97-98，104

［5］ 邱关源.电路(第五版)［M］.北京:高等教育出版社，2006