EDA技术在电路基础课程教学中的应用

龙剑

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002）

EDA技术在电路基础课程教学中的应用

龙剑

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421002）

笔者通过对电路基础课程教学中存在的问题分析和对EDA技术功能特点的阐述，提出将EDA技术应用于电路基础课程教学中，提高教学效果，培养学生的创新意识。

EDA；电路基础课程教学；演示实验；创新意识

EDA即电子设计自动化（ElectronicDesign Automation），是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术最新成果而形成的一门新技术，是一种能够设计和仿真电子电路或系统的软件工具。由于仿真软件能够在计算机上真实地反映电路的工作状态，相当于一个虚拟的实验平台，因此在电路基础课程教学中，引入EDA技术，利用EDA软件的仿真功能进行辅助教学，通过演示、测试、验证、纠错和创新设计电路，加深学生对电路本质的理解，扩展讲课内容，大大提高课堂教学效果与信息量。

1 电路基础课程教学的现状

电路基础课程理论严密、逻辑性强，物理概念多，与工程实际联系紧密。学好电路基础课程，对培养学生的科学思维、灵活运用所学知识的能力，树立理论联系实际的工程观点，提高分析问题和解决问题的能力都有重要的作用。但是理论课教学中讲解到一些电路时，有些内容抽象不易理解，学生由于缺乏感性认识而往往会产生枯燥无味的感觉，导致不能很好掌握教学内容，学生听课效率和学习积极性受到影响。

目前电路基础教学存在局限性。首先课堂理论教学，虽已采用了传统教学方式与现代多媒体教学相结合，但是对于电路现象及相应参数的解释，有些方面还是无法让学生完全理解掌握。例如谐振电路中的频率特性分析及曲线的解析，这主要是学生无法从具体的电路模型中产生对知识的感性认识和了解；其次，实验教学，虽然都有相应的实验设备，但是受到学时限制、实验内容更新滞后及实验室条件的限制，使教学效果大打折扣；最后，实践教学，目的是让学生综合运用所学知识完成电路的分析设计。但是由于不可能为每一个学生都配备相应的实验设备和仪器，一直以来大多数学生根本无法真正完成所谓的“设计”，很多学生都是将教材或参考书上的内容照搬到设计报告上，导致实践课程流于形式，与所要达到的教学目的相距甚远。另外电路基础实训中，在实训课题中存在一些不安全因素，束缚了学生的主动性和积极性。

2 EDA技术的功能特点

（1）EDA仿真软件能便利快捷地建立电路原理图。EDA仿真软件具有非常完备的元器件库，几乎涵盖了绝大多数元器件的仿真模型。

（2）EDA仿真软件测试电路性能参数及波形准确直观。EDA仿真软件提供了丰富的虚拟仪器库，既包括常用的电压表、电流表、模拟示波器等常用仪器，还包括逻辑分析仪、数字示波器及普通实验室较难配备的高端仪器。这些仪器仪表不仅外形和使用方法与实际仪器相同，而且测量的数值和波形更为精确可靠。

（3）EDA仿真软件强大的分析功能。EDA仿真软件可以进行直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、付里叶分析、噪声分析、失真分析、直流扫描分析、参数扫描分析、灵敏度分析、传输函数分析、批处理分析、噪声图形分析及RF分析等一系列的分析。分析结果以数值或波形直观的显示出来，为学生设计分析电路提供了极大的方便。

（4）EDA仿真软件提供了与其他软件信息交换的接口。例如Multisim 2001可以打开由PSpice等其它电路仿真软件所建立的Spice网格表文件，并自动形成相应的电路原理图。也可将Multisim 2001建立的电路原理图转换成网格表文件，提供给Ultiboard模块或其它EDA软件（如Protel、Orcad等）进行印刷电路板图的自动布局和自动布线。

3 EDA在电路基础课程教学中的应用

（1）将EDA引入课堂，进行演示性实验。在教学中通过多媒体技术，使用EDA仿真软件进行随堂设计、演示，能及时的把空洞的理论和看不见摸不着的各种参数值、电压值及实际波形活灵活现的展现出来。清晰的给出电压、电流及信号的特征和变化过程，可以将过去课堂上一些简单的原理分析，变成形象的演示，形成了理论说教与实验结合能同步进行的教学模式；及时的消除了学生对结论所持的怀疑，做到了一步到位，对知识的理解更加深刻和牢固。例如讲解串联谐振电路中的幅频特性和相频特性时，利用EDA技术工具软件进行实际操作演示，快捷方便的建立串联谐振电路模型，通过虚拟仪器仪表进行仿真演示实验数据与曲线。这样不仅可以观察到光滑的谐振曲线如图1所示，而且能同时观察到参数的变化对谐振曲线的影响，如图2所示。

图1 串联谐振电路幅频特性和相频特性曲线

图2 同一坐标系中不同电阻时的幅频特性和相频特性

以上方法既提高了课堂讲授效率，同时也将抽象的逻辑教学形象化和直观化，取得了较好的教学效果。

（2）开展仿真实验。由于EDA仿真软件元器件库齐全，仪器仪表种类充足，仿真实验教学不受硬件电路的束缚，可以根据教学需要设计电路。学生也可以根据自己的想法改变电路结构或元器件参数，进行探索性实验，并分析结果。这样利用仿真软件进行实验可以大大开阔学生思路，发挥学生主观能动性，真正提高学生的电路分析和设计能力。对于一些课程中要求进行计算或者是分析设计的题目，可以要求学生在理论计算之后，再利用EDA软件进行仿真实验验证和分析，以增加学生对知识的进一步认识和理解。

（3）将EDA技术引入到实践教学环节中。由于学校实验设备和场地有限，学生如果有疑问想自己进行电路实验调试，几乎是不可能的。如果学生掌握了EDA仿真软件，只要拥有一台计算机，即可根据自己的兴趣，按照自己的想法进行电路设计和分析，完成电路设计、仿真、调试等以前通常在专业实训室才能完成的任务。在一些提高性实训中引入EDA，一些学习能力强的同学利用EDA工具作为一个操作平台，可以解决实际中元器件与设备不足而限制了学生创新性思维能力发展的问题。同时学生对自己提出的实际方案，进行设计仿真，在教师的指导下，及时发现问题、解决问题，使学生可以少走弯路，设计过程元器件的损耗也大大减少。

因在电路基础实训过程还存在着威胁学生人身安全和设备安全的因素，一旦学生操作不当或失误，极有可能威胁到学生人身安全，或者导致仪器设备损坏，造成重大损失。所以往往在具体教学过程中受到这些因素的影响，出于对安全的担忧，许多实训大打折扣，学生也不敢大胆动手实训，从而影响到了实验的主动性和积极性。利用EDA工具可以使学生在实训中，充分发挥自己的创造力，随意修改电路，做不同的尝试，放开手脚，大胆尝试，这样在拓展实训范围的基础上还培养了学生的创新意识。

4 结语

由此可见将EDA仿真软件应用于电路基础课程教学，可以有效解决教学中的难点问题，更好地实现理论与实践的结合，从而大幅度提高教学效果。学生也可通过EDA技术，随时进行实验，拓展了实验空间，对培养学生综合分析能力和创新能力有重要意义。由于仿真软件在教学和产品设计开发中没有元器件损耗问题，设计电路可随时修改检测，大大提高了设计的成功率，并且具有明显的经济优势。因此无论从教学效果、实训成本，还是从培养学生创新意识的角度考虑，EDA技术应用于电路基础课程教学都具有很大的推广和应用价值。

［1］路勇.电子电路实验及仿真［M］.北京：清华大学出版社，2004.

［2］黄智伟.基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析［M］.北京：电子工业出版社，2004.

［3］朱力恒.电子技术仿真实验教程［M］.北京：电子工业出版社，2003.

［4］周玲.电路基础［M］.长沙：中南大学出版社，2007.

龙剑（1969-），男，湖南衡阳人，大学本科，讲师，主要从事电气工程教学与研究工作。