EDA技术在模拟电子技术教学中的应用

【摘要】针对“模拟电子技术”课程在教学过程中出现的原理抽象、电路种类复杂繁多导致学生难以理解等问题，本文将EDA技术与课堂教学和实践教学相结合，提出一种基于EDA仿真平台的“模拟电子技术”教学新模式，实现教学方式方法的改革和创新。

【关键词】模拟电子技术;EDA;教学新模式

1.引言

电子技术是十九世纪末、二十世纪初开始发展起来的新兴技术，二十世纪发展最迅速，应用最广泛，成为近代科学技术发展的一个重要标志[1]。模拟电子技术课程是高等院校电子信息类专业的重要基础课程之一，在整个专业课程培育中起着承上启下的作用。由于该课程的重要性和学习难度大的特点，围绕着该课程的教学探讨一直持续不断。EDA技术作为一种新的教学手段，已经引入到现代教育的各个领域[2]，探讨如何将其与模拟电子技术教学更好地结合具有一定教学改革意义。

2.模拟电子技术传统教学中的问题

模拟电子技术的特点一是理论性强，理论知识讲解中很多概念原理抽象，电路种类复杂繁多，很多学生觉得难以理解。二是实践性强。模拟电路需要动手分析设计才能加强对理论的理解和应用，而如何对模拟电路进行分析设计许多学生无所适从。采用传统的教学方法，形式单一，教学效果低下，很大程度上打击了学生对该课程的学习积极性。

因此，将EDA仿真软件应用于模拟电子技术理论和实践教学，提出一种基于EDA仿真平台的理论分析与仿真分析相辅相成、虚拟仿真实验和实际实践相结合的教学模式。通过仿真电路和波形显示，加深学生对理论的理解，有效解决模拟电子技术理论概念抽象，电路分析复杂的难题。同时通过EDA技术的引入，引导学生进行基本电路的分析和设计，为实际电路的设计应用打下基础。

3.EDA技术在模拟电子技术理论教学中的应用

EDA即电子设计自动化，以计算机和仿真软件为工具，可以完成整个电路从系统级到物理级的设计与分析。常用仿真软件有Matlab、Protel、Multisim和PSpice等，考虑到Multisim先进的电路仿真和设计功能[3]且一年级时曾作为学生的自修课程，本次教学研究采用Multisim软件。

在模拟电子技术的理论教学中，对于那些概念分析抽象、不易理解的部分，利用Multisim，教师可以构建电子电路模型进行仿真演示，通过波形图和数据直观展示各种参数变化和虚拟故障对电路静态动态性能的影响，具体而又生动，不仅可以加强学生对理论知识的理解，还可以激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效果。

例如在模拟电子教学中第一次讲解共射放大电路时，很多同学对放大线路中各个节点的波形分不清楚，不知道直流信号和交流信号如何叠加在同一个电路中，电路中各节点信号的相位关系如何觉得难以理解。传统教学中，仅仅靠在黑板上画图讲解，教师难讲，学生难懂，费事费力效果却不好。现在针对这个问题，教师可以通过Multisim搭建基本共射放大电路模型，设置模型参数，观察仿真波形，仿真电路和波形图如图1、图2所示。从图2中看以明显看出，共射电路输入信号（节点2波形）和输出信号（节点5波形）的反相关系，并且根据波形的峰值可以直接算出电路的电压放大倍数。节点2和节点4波形是静态工作点电压和交流信号叠加信号，c1和c2两个电容起到隔直作用。通过Multisim软件的演示过程，直接把抽象的理论转化成直观的视觉感受，电路各点波形在学生的脑海里留下深刻的印象，教学效果事半功倍。

图1 单管共射放大电路

图2 电路各节点电压波形

教学过程的前期，可以在课堂上现场建立电路模型，演示如何进行仿真，让学生逐渐掌握Multisim的使用。在教学过程的中后期，随着学生对Multisim软件的熟悉，为了节约课堂时间，可以事先把教材中需要讲解的电路模型搭建好，用到时直接调用即可。通过这种理论教学和软件演示相辅相成的教学方式，使得学生把电路原理、工作波形和数学关系等紧密结合在一起，全面掌握模拟电路的基础理论，更好地理解这门课程。

4.EDA技术在模拟电子技术实践教学中的应用

模拟电子技术在传统的教学过程中，实践教学基本都是基于实验平台操作。实验平台的特点是安全、便于操作，但是平台电路有限，只能覆盖课程教学中一部分基础电路，基于实验平台的实验基本都是验证型实验，且操作过程中平台电路元件易损坏，不能很好地达到锻炼学生动手能力的目的。这就使得学校教学比工程实际滞后，不利于工科应用型人才的培养，造成学生眼高手低，进一步影响学生的就业和发展。

因此，模拟电子技术实践教学中引入仿真软件，将平台实验和软件虚拟实验结合，先采用软件对实验进行设计仿真，后平台实验进行实际电路搭建，既加强了学生对理论的理解，又突出了学生的动手能力。

实践教学分成两部分，第一部分是基本电路的验证和演示实验，加深学生对书本基础理论的理解。该部分实验相对比较简单，学生主要在实验平台上进行操作，同时以Multisim仿真为辅，对一些在实验平台上难以操作的部分进行仿真验证。如研究静态工作点对电路动态性能的影响，实验平台操作只能观察电路中的一个电阻参数改变对电路输出波形的影响，而在虚拟仿真平台上，可以对电路中所有涉及到静态工作点的元件参数进行更改，进而观察电路波形的变化，并且还可以连续改变元件参数对波形的变化进行实时观测。第二部分是模拟电子技术课程设计，要求学生自己分析设计一个较大规模复杂模拟电路，给出严格的设计思路、理论推导和元件选型依据，在仿真软件平台上搭建出具体电路模型并通过仿真实验验证，然后进行实际电路焊接，充分发挥学生的主体作用，调动学生对该课程学习的主动性、积极性和创造性，提高学生对模拟电路的认识分析能力和创造能力。

5.结论

本文在模拟电子技术教学中引入EDA技术，探索教学改革创新的新手段，将仿真演示融入理论教学，把平台实验和虚拟实验相结合，为课程教学提供了一种新的思路和模式，达到了较好的教学效果。

参考文献

[1]晏菁.模拟电子技术课程在高等教学中的改革与思考[J].中国成人教育，2008，6：174-175.

[2]李余庆. EDA技术在《电力电子技术》教学中的应用[J].科技信息，2013（7）：27+68.

[3]于京生.Multisim仿真软件在模拟电子技术实验教学中的应用[J].石家庄学院学报，13（6）：46-50.

基金项目：财政部第六批高等学校特色专业建设项目（项目编号：TS12146）“2011年安徽省省级人才培养模式创新实验区项目”。

作者简介：王冬菊 （1979—），安徽芜湖人，硕士，讲师，主要研究方向：智能算法，优化。