浅谈电工与电子技术虚拟实验室的搭建

宁祺

摘 要：随着电子科技技术的飞速发展，极大地推动了电工与电子技术的实验虚拟化进程，一方面使实验不再受时间的限制及实验设备的限制，方便了学生；另一方面降低了实验设备、元器件损耗的成本，提高了教学的质量和效率。文章旨在探究在电工与电子技术实验中如何更好地使用计算机软件，使其弥补传统实验室的不足。

关键词：虚拟实验室；Multisim；Tina Pro

中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0038-02

近年来，由于学生人数的不断增加，以及教学改革中对实验形式和内容的要求提高，许多学校都面临着实验设备相对滞后，经费不足的困难。但随着计算机技术的发展，虚拟实验室的建设也因此迅速起来。开发与建设越来越受到学校的重视。

1 传统的实验形式存在的问题

原来学校开展实验都是传统的形式，采用实物来进行实验教学的，这种形式让学生能够对理论有比较深的感性认识，同时也存在着一些问题。

1.1 实验室建设费用高

传统的实验教学中使用的实验设备费用都较高，存在着前期投入大、后期维护较为麻烦，使用期间受人力、物力、财力、时间、地点限制等问题。

1.2 实验的教学手段落后、教学形式较为单一

一般都是传统灌输式的教学模式，且验证性实验和孤立的单元性操作实验多，设计性、创新性实验非常少，极大地制约了学生的创新思维，使学生的创造能力得不到锻炼和培养。

1.3 实验课程的学时少

实验课程学时与总学时相比较，所占比例较低，对于实验的要求不能完全满足。另外，授课老师在实验室的时长的很大一部分被准备实验器材和实验后清点器材等几项工作所占用，同时，很大一部分学生也不能根据自己的课余时间根据兴趣来做实验。

1.4 不能实现多样化

学生素质水平参差不齐，常规的教学模式都将学生同等对待，使得动手能力强的学生“吃不饱”，水平差一些的又感到吃力，很多同学不熟悉电路的连接规则，所以连接电路时很容易出错（例如短路、断路等），实验教学目的很难达到。

2 构建虚拟实验方法

基于以上的问题，构建虚拟实验室势在必行。作为传统实验模式的一种补充，虚拟的实验手法可以让学生们对仿真软件技术有一个形象的概念，可以让理论知识具体地转化为实验，将将理论知识更加形象化，可以比较全面地描述和总结所学的知识点。一方面体现了实物实验可操作性的优点，另一方面又可利用计算机上的技术优势，发挥了具体、形象、迅速准确、资源共享，资金投入少等特点， 从而建立了一种新型的实验教学手段，进一步提高了教学效率。虚拟实验室的构建并不难，只需要计算机和专业的模拟软件即可。

下面介绍两款模拟软件。

2.1 Multisim软件

Multisim是由Interactive Image Technologies （Electronics Workbench）公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。使用Multisim软件可以交互式地搭建电路的原理图，并对电路进行仿真模拟。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

2.2 Tina Pro软件

Tina Pro软件是匈牙利Designsofe Inc公司推出的用于分析、设计电子电路的EDA软件。Tina Pro软件具有以下特点：

①Tina Pro具有较高的性能价格比。它是所知为数不多的具有简体中文界面的成熟软件（在Help索引文件中，也用中文对于电路器件模型参数进行详细解释）。

②界面为简体中文，直观、形象、操作方便、容易掌握。

③有丰富齐全的元器件种类，大约含有两万多个分立或集成电路元器件，流行于四十多个国家，并有二十多种不同语言的版本，其中包括中文版。

④所使用的虚拟测试仪器其外形和操作方法与实际仪器非常相似。

⑤该软件分析方法功能多。提供了DC分析、AC分析、瞬时分析、傅里叶分析、数字逐步、数字计时分析、符号分析、噪声分析和最优化设计等多种电路仿真分析方法。

⑥仪器先进。函数发生器、数字万用表、XY记录器、示波器、信号发生器、网络分析器、数字信号发生器等。各仪器与元件之间采用虚拟连线。其虚拟测试仪器（如多踪示波器）的动态演示功能，是极好的电类教学辅助工具。Tina Pro的仿真分析结果，如波形图可方便地与电路图粘贴在界面中，对输出打印及分析资料的完整保存十分便利。

Tina Pro软件在电路仿真方面功能强大，不仅在生产实践中，在电子产品的开发与研制中，能够起到高效率、高精度的作用，若用在学校电类课程的教学中，也会带来很好的教学效果。

3 学校应用Tina Pro软件进行实验举例

我校电工电子实验教学中也进行了虚拟实验室的建设，初步开发了基Tina Pro的电工电子虚拟实验室。目前该实验室提供了电工学、电路、模电及数电等课程的虚拟实验内容，并已投入使用。学生可以进行实验电路设计仿真；实验完成后，可以上传实验电子图，并完成报告。

下面利用Tina Pro软件进行实验举例。

3.1 KVL验证

US的电压是12 V，等于R1上的电压加上R2上的电压再加上R3上的电压。

实验原理如图1所示。

仿真后结果如图2所示。

3.2 三相电路测功率

此电路为三角形连接，分别通入同频率的正弦交流电，用功率表测算功率。

3.3 利用数字电路制作的交通信号灯

该电路使用了7段数码管、74ls192计数器芯片、D触发器、74ls138译码器芯片、各种逻辑门电路等实现了十字路口交通灯的功能。

综上所述，电工与电子技术虚拟实验室的优点显而易见：方便、快捷、经济性、开放性好。学生在实验过程中所接触的电子元器件主要是一些电路符号，毕竟与实际的电子元器件有还有一些的差异。对虚拟实验室，我们一定要做到合理使用，尽可能虚实结合，更好地提高学生的动手能力、创新能力，为技能型人才培养服务。

参考文献：

[1] 王文杰.基于TCP/IP协议的虚拟电工电子网络实验室[J].天津职业院校联合学报，2008，10（2）：58-60.

[2] 张红.电工电子实验教学中的网络技术的应用[J].甘肃科技，2007，23（2）：230-232.

[3] 王斌.基于PC的电工电子实验及其发展趋势[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2006，（1）：100-104.endprint

摘 要：随着电子科技技术的飞速发展，极大地推动了电工与电子技术的实验虚拟化进程，一方面使实验不再受时间的限制及实验设备的限制，方便了学生；另一方面降低了实验设备、元器件损耗的成本，提高了教学的质量和效率。文章旨在探究在电工与电子技术实验中如何更好地使用计算机软件，使其弥补传统实验室的不足。

关键词：虚拟实验室；Multisim；Tina Pro

中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0038-02

近年来，由于学生人数的不断增加，以及教学改革中对实验形式和内容的要求提高，许多学校都面临着实验设备相对滞后，经费不足的困难。但随着计算机技术的发展，虚拟实验室的建设也因此迅速起来。开发与建设越来越受到学校的重视。

1 传统的实验形式存在的问题

原来学校开展实验都是传统的形式，采用实物来进行实验教学的，这种形式让学生能够对理论有比较深的感性认识，同时也存在着一些问题。

1.1 实验室建设费用高

传统的实验教学中使用的实验设备费用都较高，存在着前期投入大、后期维护较为麻烦，使用期间受人力、物力、财力、时间、地点限制等问题。

1.2 实验的教学手段落后、教学形式较为单一

一般都是传统灌输式的教学模式，且验证性实验和孤立的单元性操作实验多，设计性、创新性实验非常少，极大地制约了学生的创新思维，使学生的创造能力得不到锻炼和培养。

1.3 实验课程的学时少

实验课程学时与总学时相比较，所占比例较低，对于实验的要求不能完全满足。另外，授课老师在实验室的时长的很大一部分被准备实验器材和实验后清点器材等几项工作所占用，同时，很大一部分学生也不能根据自己的课余时间根据兴趣来做实验。

1.4 不能实现多样化

学生素质水平参差不齐，常规的教学模式都将学生同等对待，使得动手能力强的学生“吃不饱”，水平差一些的又感到吃力，很多同学不熟悉电路的连接规则，所以连接电路时很容易出错（例如短路、断路等），实验教学目的很难达到。

2 构建虚拟实验方法

基于以上的问题，构建虚拟实验室势在必行。作为传统实验模式的一种补充，虚拟的实验手法可以让学生们对仿真软件技术有一个形象的概念，可以让理论知识具体地转化为实验，将将理论知识更加形象化，可以比较全面地描述和总结所学的知识点。一方面体现了实物实验可操作性的优点，另一方面又可利用计算机上的技术优势，发挥了具体、形象、迅速准确、资源共享，资金投入少等特点， 从而建立了一种新型的实验教学手段，进一步提高了教学效率。虚拟实验室的构建并不难，只需要计算机和专业的模拟软件即可。

下面介绍两款模拟软件。

2.1 Multisim软件

Multisim是由Interactive Image Technologies （Electronics Workbench）公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。使用Multisim软件可以交互式地搭建电路的原理图，并对电路进行仿真模拟。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

2.2 Tina Pro软件

Tina Pro软件是匈牙利Designsofe Inc公司推出的用于分析、设计电子电路的EDA软件。Tina Pro软件具有以下特点：

①Tina Pro具有较高的性能价格比。它是所知为数不多的具有简体中文界面的成熟软件（在Help索引文件中，也用中文对于电路器件模型参数进行详细解释）。

②界面为简体中文，直观、形象、操作方便、容易掌握。

③有丰富齐全的元器件种类，大约含有两万多个分立或集成电路元器件，流行于四十多个国家，并有二十多种不同语言的版本，其中包括中文版。

④所使用的虚拟测试仪器其外形和操作方法与实际仪器非常相似。

⑤该软件分析方法功能多。提供了DC分析、AC分析、瞬时分析、傅里叶分析、数字逐步、数字计时分析、符号分析、噪声分析和最优化设计等多种电路仿真分析方法。

⑥仪器先进。函数发生器、数字万用表、XY记录器、示波器、信号发生器、网络分析器、数字信号发生器等。各仪器与元件之间采用虚拟连线。其虚拟测试仪器（如多踪示波器）的动态演示功能，是极好的电类教学辅助工具。Tina Pro的仿真分析结果，如波形图可方便地与电路图粘贴在界面中，对输出打印及分析资料的完整保存十分便利。

Tina Pro软件在电路仿真方面功能强大，不仅在生产实践中，在电子产品的开发与研制中，能够起到高效率、高精度的作用，若用在学校电类课程的教学中，也会带来很好的教学效果。

3 学校应用Tina Pro软件进行实验举例

我校电工电子实验教学中也进行了虚拟实验室的建设，初步开发了基Tina Pro的电工电子虚拟实验室。目前该实验室提供了电工学、电路、模电及数电等课程的虚拟实验内容，并已投入使用。学生可以进行实验电路设计仿真；实验完成后，可以上传实验电子图，并完成报告。

下面利用Tina Pro软件进行实验举例。

3.1 KVL验证

US的电压是12 V，等于R1上的电压加上R2上的电压再加上R3上的电压。

实验原理如图1所示。

仿真后结果如图2所示。

3.2 三相电路测功率

此电路为三角形连接，分别通入同频率的正弦交流电，用功率表测算功率。

3.3 利用数字电路制作的交通信号灯

该电路使用了7段数码管、74ls192计数器芯片、D触发器、74ls138译码器芯片、各种逻辑门电路等实现了十字路口交通灯的功能。

综上所述，电工与电子技术虚拟实验室的优点显而易见：方便、快捷、经济性、开放性好。学生在实验过程中所接触的电子元器件主要是一些电路符号，毕竟与实际的电子元器件有还有一些的差异。对虚拟实验室，我们一定要做到合理使用，尽可能虚实结合，更好地提高学生的动手能力、创新能力，为技能型人才培养服务。

参考文献：

[1] 王文杰.基于TCP/IP协议的虚拟电工电子网络实验室[J].天津职业院校联合学报，2008，10（2）：58-60.

[2] 张红.电工电子实验教学中的网络技术的应用[J].甘肃科技，2007，23（2）：230-232.

[3] 王斌.基于PC的电工电子实验及其发展趋势[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2006，（1）：100-104.endprint

摘 要：随着电子科技技术的飞速发展，极大地推动了电工与电子技术的实验虚拟化进程，一方面使实验不再受时间的限制及实验设备的限制，方便了学生；另一方面降低了实验设备、元器件损耗的成本，提高了教学的质量和效率。文章旨在探究在电工与电子技术实验中如何更好地使用计算机软件，使其弥补传统实验室的不足。

关键词：虚拟实验室；Multisim；Tina Pro

中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0038-02

近年来，由于学生人数的不断增加，以及教学改革中对实验形式和内容的要求提高，许多学校都面临着实验设备相对滞后，经费不足的困难。但随着计算机技术的发展，虚拟实验室的建设也因此迅速起来。开发与建设越来越受到学校的重视。

1 传统的实验形式存在的问题

原来学校开展实验都是传统的形式，采用实物来进行实验教学的，这种形式让学生能够对理论有比较深的感性认识，同时也存在着一些问题。

1.1 实验室建设费用高

传统的实验教学中使用的实验设备费用都较高，存在着前期投入大、后期维护较为麻烦，使用期间受人力、物力、财力、时间、地点限制等问题。

1.2 实验的教学手段落后、教学形式较为单一

一般都是传统灌输式的教学模式，且验证性实验和孤立的单元性操作实验多，设计性、创新性实验非常少，极大地制约了学生的创新思维，使学生的创造能力得不到锻炼和培养。

1.3 实验课程的学时少

实验课程学时与总学时相比较，所占比例较低，对于实验的要求不能完全满足。另外，授课老师在实验室的时长的很大一部分被准备实验器材和实验后清点器材等几项工作所占用，同时，很大一部分学生也不能根据自己的课余时间根据兴趣来做实验。

1.4 不能实现多样化

学生素质水平参差不齐，常规的教学模式都将学生同等对待，使得动手能力强的学生“吃不饱”，水平差一些的又感到吃力，很多同学不熟悉电路的连接规则，所以连接电路时很容易出错（例如短路、断路等），实验教学目的很难达到。

2 构建虚拟实验方法

基于以上的问题，构建虚拟实验室势在必行。作为传统实验模式的一种补充，虚拟的实验手法可以让学生们对仿真软件技术有一个形象的概念，可以让理论知识具体地转化为实验，将将理论知识更加形象化，可以比较全面地描述和总结所学的知识点。一方面体现了实物实验可操作性的优点，另一方面又可利用计算机上的技术优势，发挥了具体、形象、迅速准确、资源共享，资金投入少等特点， 从而建立了一种新型的实验教学手段，进一步提高了教学效率。虚拟实验室的构建并不难，只需要计算机和专业的模拟软件即可。

下面介绍两款模拟软件。

2.1 Multisim软件

Multisim是由Interactive Image Technologies （Electronics Workbench）公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。使用Multisim软件可以交互式地搭建电路的原理图，并对电路进行仿真模拟。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

2.2 Tina Pro软件

Tina Pro软件是匈牙利Designsofe Inc公司推出的用于分析、设计电子电路的EDA软件。Tina Pro软件具有以下特点：

①Tina Pro具有较高的性能价格比。它是所知为数不多的具有简体中文界面的成熟软件（在Help索引文件中，也用中文对于电路器件模型参数进行详细解释）。

②界面为简体中文，直观、形象、操作方便、容易掌握。

③有丰富齐全的元器件种类，大约含有两万多个分立或集成电路元器件，流行于四十多个国家，并有二十多种不同语言的版本，其中包括中文版。

④所使用的虚拟测试仪器其外形和操作方法与实际仪器非常相似。

⑤该软件分析方法功能多。提供了DC分析、AC分析、瞬时分析、傅里叶分析、数字逐步、数字计时分析、符号分析、噪声分析和最优化设计等多种电路仿真分析方法。

⑥仪器先进。函数发生器、数字万用表、XY记录器、示波器、信号发生器、网络分析器、数字信号发生器等。各仪器与元件之间采用虚拟连线。其虚拟测试仪器（如多踪示波器）的动态演示功能，是极好的电类教学辅助工具。Tina Pro的仿真分析结果，如波形图可方便地与电路图粘贴在界面中，对输出打印及分析资料的完整保存十分便利。

Tina Pro软件在电路仿真方面功能强大，不仅在生产实践中，在电子产品的开发与研制中，能够起到高效率、高精度的作用，若用在学校电类课程的教学中，也会带来很好的教学效果。

3 学校应用Tina Pro软件进行实验举例

我校电工电子实验教学中也进行了虚拟实验室的建设，初步开发了基Tina Pro的电工电子虚拟实验室。目前该实验室提供了电工学、电路、模电及数电等课程的虚拟实验内容，并已投入使用。学生可以进行实验电路设计仿真；实验完成后，可以上传实验电子图，并完成报告。

下面利用Tina Pro软件进行实验举例。

3.1 KVL验证

US的电压是12 V，等于R1上的电压加上R2上的电压再加上R3上的电压。

实验原理如图1所示。

仿真后结果如图2所示。

3.2 三相电路测功率

此电路为三角形连接，分别通入同频率的正弦交流电，用功率表测算功率。

3.3 利用数字电路制作的交通信号灯

该电路使用了7段数码管、74ls192计数器芯片、D触发器、74ls138译码器芯片、各种逻辑门电路等实现了十字路口交通灯的功能。

综上所述，电工与电子技术虚拟实验室的优点显而易见：方便、快捷、经济性、开放性好。学生在实验过程中所接触的电子元器件主要是一些电路符号，毕竟与实际的电子元器件有还有一些的差异。对虚拟实验室，我们一定要做到合理使用，尽可能虚实结合，更好地提高学生的动手能力、创新能力，为技能型人才培养服务。

参考文献：

[1] 王文杰.基于TCP/IP协议的虚拟电工电子网络实验室[J].天津职业院校联合学报，2008，10（2）：58-60.

[2] 张红.电工电子实验教学中的网络技术的应用[J].甘肃科技，2007，23（2）：230-232.

[3] 王斌.基于PC的电工电子实验及其发展趋势[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2006，（1）：100-104.endprint