模拟电路分析与设计精选(九篇)

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第1篇：模拟电路分析与设计范文

Abstract： In our current digital circuit， the real analog circuit test box is not perfect， the function is too strong. Especially in the process of using the cost of each discrete components of the needle is easy to damage. In order to solve these problems， in a number of existing electrical， power module test box based on， the idea of digital and analog electronic experimental box combo， and joined the circuit analysis module， to become number of electricity， power module and circuit analysis of a test box. FPGA main control chip for digital circuit of discrete components， using FPGA program as the main core of the digital chip， on this basis to make more common use of the digital chip program. So that not only can save the cost of discrete components， but also can make the function of the experimental box is more powerful， more flexibility.

关键词： FPGA；实验箱；数字电路；模拟电路；电路分析

Key words： FPGA；experimental box；digital circuit；analog circuit；circuit analysis

中图分类号：TN79+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）08-0154-03

0 引言

在我们目前所用的数电，模电实验箱配置不太完善，功能上局限性太强。特别是在使用的过程中成本较大，每个分立元器件的管脚针头容易损坏。由此，元器件不能充分利用，用独立芯片可以替代。

为了方便更多的专业人士和在校大学生做相关的数模电实验，特做出如此构思：在现有的数电，模电试验箱的基础上，实现数模电实验箱二合一的思想，并加入了电路分析的模块，使之成为数、模电和电路分析三合一的实验箱。实验老师根据学生在做实验过程中积累下的经验，需要在原实验箱的基础上做出改进。现有的实验设备数字电路芯片管脚不稳，报废率较高，浪费严重，实验项目选择性太少。用FPGA主控芯片代替数字电路的分立元器件，用FPGA程序作为数字芯片的主要核心，在此基础上做出更多常用数字芯片的程序。需用到的数字芯片，只需下载想用的程序即可实现响应的功能。数电，模电，电路分析实验箱将会组合到一块。这种改动之后，不但能节省分立元器件成本，还可以使实验箱的功能更加强大，灵活性更高。

1 FPGA介绍

FPGA是20世纪80年代中期出现的一种新型的可编程逻辑器件，其结构不同于基于与或阵列的器件。其最大的特点是可实现现场编程。所谓现场编程是指对于已经焊接在PCB上或正在工作的芯片实现逻辑重构，当然也可在工作一段时间后修改逻辑。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输入输出模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。（图1-5）

2 系统设计与实现

为了实现数电、模电、电路分析实验箱一体化，增强实验应用范围。根据学生平时实验结果的积累和总结，特对该实验箱做出更新。制作出如下方案：

①数电、模电实验箱整合。功能模块可共用，电源模块重复使用。但特定的功能模块经过改进后需重新放置。

②数电使用的独立分立逻辑芯片不再使用，统一使用可编程逻辑芯片FPGA来代替独立的逻辑芯片。这样做的好处就是使实验不再单一化，芯片功能可根据FPGA的程序来设定，不再需要人为的选择逻辑芯片。芯片的选择性更大了，更多常用的逻辑芯片都可在此平台上实现出来。芯片管脚也不再受限制。常用的逻辑芯片都可实现。

③函数信号发生器部分不再需要人为的测试输出的信号频率，我们在底板上直接设计频率测定和频率显示的功能。设计出的实验箱没有很大的选择限制，这一块可代替常用的逻辑芯片和独立电子元器件。（图6）

实现学生实验的强大功能，用户可在实验箱上做相关的数电、模电和电路分析等实验。使用户更快的了解电子设计和应用原理，拓宽用户的视野，提高实验效率，节省实验所需时间。通过下载硬件程序扩充数字逻辑芯片的数量，科研人员也可以在此基础上使用自己相关的逻辑芯片功能，增加了受众人群。不再需要购买独立数字器件在面包板上做不确定的实验。还要考虑面包板管脚连接是否正常等问题。常用数字逻辑芯片，足够满足学生们做实验。还在一定程度上使同学们了解了可编程逻辑器件的强大功能。（图7）

4 结束语

虽然数电，模电等学科的实验箱一直在发展，但是发展的较为缓慢。我们提出设计的基于FPGA的全能硬件实验箱（数/模/电路分析实验箱）利于当前较为先进成熟的FPGA编程技术，实现数字电路，模拟电路，电路分析三科实验与一套实验箱，使用户更快地了解电子设计和应用原理，拓宽用户的视野，提高实验效率，节省实验所需时间。具有创新与实用积极意义。此实验箱外观做的比较粗糙，后续我们会积极完善，在功能上我们会优去拙，使实验箱不仅更加美观，也会更加实用！

参考文献：

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术[M].四版.北京：高等教育出版社，2006，5（2012.12重印）.

[2]范文兵.数字电子技术基础[M].北京：清华大学出版社，2007：12.

[3]李瀚荪.电路分析基础[M].北京：高等教育出版社，2006，5（2010重印）.

[4]夏宇闻.Verilog数字系统设计教程[M].北京航空航天大学出版社，2003.

[5]王晓勇.FPGA的基本原理及运用[J].舰船电子工程，2005（2）.

第2篇：模拟电路分析与设计范文

关键词:Multisim10 基本放大电路 质化分析

中图分类号:TM133-4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(a)-0185-01

模拟电子技术是电子信息工程、电气工程及其自动化、计算机科学等专业的基础课程,而基本放大电路又是模拟电子技术的基础知识点,是教学的重点和难点。学生对此知识点的掌握深度,将直接影响对后续知识点和课程的学习。本文强调在电子线路的教学过程中,充分利用电子设计自动化软件,对电子线路进行仿真分析,同时强调质化教学,结合工程实际,加强学生对电路的理解,在教学过程中取得了很好的效果。下面借助电路设计仿真软件Multisim10,以基本放大电路为例,以音频信号为基本信号来进行电路的分析。

1 模拟电路中信号的概念

放大电路是对模拟信号进行放大的,工程中常用的模拟信号,如声音信号,测量传感器输出的代表现场的如温度、压力、密度、流量、气味、成分等各种物理量的电压或电流信号,电动执行器的输入控制量的电压或电流信号。工程中常见的模拟信号如音频信号是非正弦信号,而对基本放大电路的分析都是以正弦信号作为基本信号来分析的,所以必须强调这些非正弦信号与正弦信号的关系。利用频谱分析法,对非正弦周期信号进行傅里叶分解,可得信号的离散频谱图,而工程中的非正弦非周期信号可看作周期为无限长的周期信号,其频谱图由非正弦周期信号的离散频谱过渡到连续频谱,也就是说工程中的模拟信号如声音信号可以看作是有一系列不同幅值不同频率的正弦信号叠加而成。系统的带宽必须包括声音信号的频率范围为20Hz-2kHz,否则将会导致频率失真。

2 把握基本元器件的特性

学生对基本元器件的把握是后续电路分析的基础,对于基本放大电路的核心器件双极性三极管的特性曲线和参数需重点掌握,要注重量化分析,更要注重质化分析。三极管是一个基极电流控制集电极电流的器件,在输出回路中相当于恒流源,通过对基极电流源i1进行DC Sweep Analysis分析,可以看出三极管的集射电压随着的增加而近似于线性地减小。=0uA时,≈12V,截止状态；=14uA时,≈0V,饱和状态；=0～14uA时,=0～12V放大状态。

3 放大电路参数的质化分析

质化分析可理解为对电路的一种形象直观的分析,比如网络框图,只是强调电路的功能和模块间的网络拓扑,没有量化分析模块的细节。教学过程中质化分析和量化分析并重。放大电路可以看作是一个二端口网络,电压放大倍数为输出端口与输入端口电压有效值之比；输入电阻相当于信号源的负载,越大可以减小信号源的输出电流,获取更大的信号电压。放大电路的输出回路相当于负载或下级放大电路的信号源,输出电阻相当于下级电路的信号源内阻。

4 叠加定理在基本放大电路分析中的应用

将电路分析理论如叠加定理、戴维宁定理、回路电流法、结点电压法等,应用到基本放大电路的分析当中,可以取得更好的教学效果。比如叠加定理运用于放大电路的交直流分析,当输入信号幅度不大时,三极管可以看作一个线性元件,这样整个放大电路就可以看作是一个具有两个独立电源（信号源e和直流电源E)的线性网络,根据叠加定理,直流电源E单独作用时,信号源e置零,耦合电容开路,可得放大电路的直流通路,也就是基本放大电路的直流分析法；信号源e单独作用时,直流电源E置零,耦合电容相当于短路,将三极管线性化处理,用其微变等效模型替代,可得基本放大电路的微变等效电路,也就是基本放大电路的交流分析法。

5 电路的仿真设计方法

电路设计首先需要根据电路的性能指标确定电路的形式和晶体管的型号,接着进行电路静态工作点设置和元件参数计算,最后进行电路性能指标测试、电路参数修改、再测试。电路的设计和调试可以通过万能板或面包板搭接电路,也可借助于Multisim10仿真软件进行电路的设计和仿真。在放大电路中引入适当的负反馈,可改善放大电路的性能,得到设计指标要求,负反馈的引入形式和深度,需加强理论研究和实践探索。集成运算放大器在模拟电路中的应用非常广泛,集成运放具有设计调试简单、性能价格比高、灵活性大等优点,在模拟电路领域中,除超高频、大功率等特殊场合外,已普遍取代了分立元件电路。

6 结语

在模拟电子线路设计课程的教学中,在进行电路量化分析的同时,加强质化分析,同时配合电路仿真分析软件Multisim10进行电路的设计和仿真,取得了很好的教学效果,激发了学生对模拟电子技术学习的热情,学生的电路分析和设计能力得到了明显提高。

参考文献

[1]邱关源.电路[M].高等教育出版社, 2006,3.

[2]杨素行.模拟电子技术[M].高等教育出版社，2007,9.

第3篇：模拟电路分析与设计范文

关键词：电路分析；电路设计；教学改革；教学方法

电路分析是高校电子信息类专业的必修基础课程，对于后续信号与系统、传感器与检测技术、单片机原理及应用、EDA与可编程技术、自动控制原理、高频电子线路等专业课程的学习具有至关重要的作用[1-3]。它对于培养学生的电路设计基本理念、电路设计能力有着重要的影响[4-5]。自2010年起至今，我校对电路分析课程开展了较为深入的教学改革，在关于“教什么”与“如何教”这两个重要问题上，逐步形成了有一定特色的电路分析课程改革基本理念。简要分析如下。第一，让学生在电路分析课程学习过程中认识了解电路中常用的元器件，会利用相关电路分析方法对含有这些元器件的电路进行分析。要实现这个目标，必须在原有的二端元器件知识点讲解方式上有所突破，加入有源三端元器件及多端元器件的知识，这样可使电路分析课程更有时代感。第二，引领学生逐步熟悉从单独的分立元器件到其理想模型的建模过程，并掌握元器件建模的基本要领。要实现这个目标，必须打破原有授课只讲理想模型的弊端，让学生真正了解相同元器件在不同工程应用背景下，需构建不同的电路模型，如此才能让电路分析具有工程特点。第三，结合一定量的电子工程实践案例，进一步加深学生对电路基本理论和分析方法的理解。要实现这个目标，必须在日常教学过程中打破电路分析教材中电路习题的局限性，鼓励学生使用电路分析方法分析实际电路，这样才能让学生更好地掌握电路分析的核心内容。第四，加强学生对电路能量与信号处理两个知识点的嵌套理解。要实现这个目标，必须在电路基本概念讲授及习题选择上打破原有的强弱电之间互相独立的局限思想，合理兼顾能量与信号的知识点，这样才有可能培养交叉学科方向的创新型人才。第五，在讲授电路分析课程的基本概念、理论及方法的过程中，引导学生逐步形成独立思考、敢于质疑的学习态度，培养乐于创新的学习精神。要实现这个目标，必须打破原有授课过程中的讲授型教学方式，将教学过程逐步转化为引领学生进行知识探索的过程，这样才能让学生逐步养成自主创新的意识。以下将从教学内容、方法、实践和考核等方面具体讨论实现以上改革理念的方法。

1电路分析课程改革实践

1.1教学内容改革

依据专业岗位及学生今后从事行业的区别，电子专业教研室教师共同制订了适合不同专业的教学大纲。将电路分析课程教学内容划分为三个模块，即直流电路、交流电路及动态电路。根据不同专业对该门课程的人才培养目标及要求，对课程内容进行合理设置。以电子信息工程专业为例，开关电源电路的分析应被作为教学的重难点，而动态电路部分的内容应作为测控专业的教学重难点。这种教学内容的实践与调整，能够在一定程度上有效解决该门课程内容多而学时少的矛盾，同时又能较好地适应不同专业的人才培养目标。

1.2教学方法改革

我校电子专业的部分学生来自职业高中，这些学生对电路基础理论的理解存在一定困难，且自主学习的主动性也相对较差，因此他们的培养目标与来自普通高中的学生的培养目标应有所区别。为此我校在教学过程中采取了因材施教的方式，采用不同的教学方法与手段，以促进教学水平及效果的提升。具体教学方法如下。1.2.1实例教学法在实际的教学过程中引入相关电路分析或设计案例，通过问题研讨，激发学生的主观能动性，使其积极参与电路分析过程，进而提高学习兴趣。如进行三相电路教学时可引入照明电路故障分析，进行动态电路视域教学时可引入闪光灯电路。这种实例教学法，可使学生认识到课本中的电路理论与日常生活中的电路应用之间的密切关联，进而有助于提高其学习热情。1.2.2分类比较法电路分析课程的知识点及电路符号较多，学生易混淆。因此，在教学过程中可采用类比方法，有助于学生分析、理解及记忆各种分析方法与公式。譬如，将支路电流分析法、结点电压分析法、叠加定理等知识的各自特点及适用范围进行类比，使学生清晰明了，从而在解决电路问题时能够合理地选择分析方法。而对于单参数的交流电路分析，可以将电阻、电容及电感的电压与电流限定关系的相关形式，通过表格的形式加以归纳与比对，进而让学生理解相量、有效值等知识点之间的区别。1.2.3合理使用仿真软件伴随计算机技术的飞速发展，合理使用仿真软件也成为提高教学质量的一种有效手段。借助仿真软件优秀的模拟仿真功能，不仅能让学生了解电子线路设计与分析的具体方法，也能激发学生学习电路分析课程的热情，还能在一定程度上提高学生的研究与创新能力。1.2.4理论与实践结合对于电路分析中的基础性内容，如电源模型等效转换、受控源等，教师可先在实验室进行现象演示，接着进行理论讲解，然后再让学生通过实验进行验证，逐步将理论与实践相结合，实现理论与实践的统一，帮助学生掌握知识点。理论与实践的有机结合，不仅有助于学生理解知识点，在某种程度上也节省了理论教学的课时，取得了较好的效果。1.2.5增加实践性作业实践性作业指的是学生在实验室完成实验并获取实验数据之后还要完成的作业。将原有的纯粹理论计算习题中约1/3的习题改为针对性的实践性习题，改变全班一道习题且习题参数完全一致的情况，有效避免互相抄袭的现象。布置实践性作业，可及时有效地帮助学生将理论与实践进行结合，避免学生在实践过程中因理论知识过多出现无法正确选择理论知识解决相关实际问题的情况，激发学生的学习兴趣，并在一定程度上强化了学生的职业素养。1.2.6课堂与网络教学结合将教学大纲、课件、习题与练习、案例分析、实验项目等教学相关资料上传至教学网站，借助网络让学生在课余时间灵活学习与测试，进而提高学习效率，也能有效提高学生独立学习的能力。教师利用网络对学生提出的问题进行答疑，实现师生间的良好互动，不仅能够丰富课堂教学内容，还能提高学生的学习热情，提升网络课程的影响力。

1.3实践教学改革

作为电路分析课程教学中的重要环节，实践对于培养学生的动手能力、逻辑思维能力具有重要作用。我院对该门课程的实践教学体系进行了如下改革。第一，将电路分析实验单独设置课时，并增加其实验教学课时比例，注重对学生进行工程实践能力培养。截至2020年，理论与实验学时的分配统计情况见表1.从表1可以知，自2016年至2020年，理论学时由85.3%下降到81.2%，而对应的实验学时由14.7%增加到18.8%。实验学时的增加，使得学生有更多的时间进行动手实践操作，进而锻炼了学生的工程设计能力，学生的综合设计能力有所提高。第二，在实验项目上，适当增加设计性及综合性实验的数量，加强对学生实践操作能力及创新意识的培养。在内容选择上，根据学生工作后从事的实际工作的类型、专业特点灵活选择开展的实验项目；例如，针对自动化及供电专业的学生，强化了交流部分的实验教学，而将直流部分的实验作为可选内容；在实验方法上，采用软件仿真和硬件实验相结合的方式。电路分析实验内容形式见表2。

1.4考核方式改革

课程考核作为对学生学习完一门课程后的评价方式，也是检验学生学习效果的一种硬性指标。电路分析课程考核包含两部分，即理论考核与实践考核。理论考核主要针对教师课堂上所讲的理论内容，教师依据教学大纲要求，建设试题库，包括主观题和客观题。考试内容须围绕知识点、设计能力及专业素质，对学生进行全方位考核。实践考核主要针对平时实验项目的完成情况展开，具体由学生完成实验情况(划分为合格、良好、优秀三个等级，实验不合格的要求学生重做)、实验报告的撰写情况及出勤情况构成，按5∶3∶2的比例构成实践考核成绩。

2结语

我院在教学内容、教学方法、教学实践及考核方式等方面对电路分析课程进行改革，在一定程度上有效提高了学生学习的积极性与效率，较好地培养了学生的实践能力与创新精神。在后续教学过程中，笔者将不断进行探索、思考与实践，为更好地培养创新型电子设计人才而不断努力。

参考文献

[1]王花,邴丕彬.《电路原理》课程教学改革探索[J].中国电力教育,2020(2):63-64.

[2]孙毅,韩耀振,胡冠山,等.《电路原理》课程混合式教学改革实践与思考[J].教育现代化,2019,6(A5):82-83.

[3]刘新,杨文君,宋东方.电路原理课程的教学实践分析[J].集成电路应用,2020,37(1):108-109.

[4]付扬.电路原理课程教学改革与实践[J].中国教育技术装备,2019(17):90-91.

第4篇：模拟电路分析与设计范文

Abstract: In order to lead the student to study digital circuit course better, it developed a digital circuit experiment system by LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench), it included all contents of the digital circuit, such as logic algebra, combination circuit, trigger, sequential circuit, pulse produce and adjustment, digital to analog conversion and analog to digital conversion, this experiment system strengthened the students’ perceptual knowledge, and increased the students’ interest.

关键词: 虚拟仪器;LabVIEW;数字电路;实验

Key words: Virtual Instrument;LabVIEW;digital circuit;experiment

中图分类号:TP315文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)31-0197-02

1系统介绍

虚拟仪器充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能式的功能,把传统仪器的专业化功能软件化,使之与 PC 机结合起来融为一体,这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同,同时又充分享用了 PC 机智能资源的全新的仪器系统。

本着“好学、好用、好懂”的原则进行开发,利用labview语言的良好人机交互优势极其方便的各种控件,开发出用于数字电路课程辅助教学的实验系统,充分发挥虚拟仪器的优点,通过各种控件形象地模拟逻辑信号,把抽象的理论感性化,改变了滞后的实验设备和死板的实验模式,特别是这套系统直接用在课堂教学上,调动了学生的主动性和创造性,使学生更容易理解相关的知识,其起始界面如图1所示。

系统内容基本涵盖了数字电路的全部内容,包括逻辑代数、组合逻辑电路、触发器、时序电路、脉冲产生整形与DA转换等。

1.1 逻辑代数实验模块此模块主要包括逻辑代数的原理性知识,是整个数字电路课程的基础,能否掌握此部分知识关系到后续课程内容的理解和掌握。内容主要涉及基本逻辑运算及复合逻辑运算,基本公式及其它常用公式,真值表、表达式、逻辑图及最小项等逻辑函数表示方法,通过此模块学生可以加深对理论性知识的理解,为后续内容学习打下基础。

此部分通过labview的逻辑控件,以信号灯的形式模拟逻辑变量,用不同颜色代表不同的逻辑变量0或1,如红灯或绿灯代表1,白灯代表0。通过颜色变化加强学生的感性认识,以更好理解、掌握知识。

以基本逻辑运算为例,如图2所示,“与运算”输入两个逻辑量均为1(两个均为绿灯)时,输出为1(绿灯),“或运算”1个输入为1(绿灯),1个输入为0(白灯),则其输出为1(绿灯),“非运算”输入为1(红灯)则输出为0(白灯)。而且各种组合灯的变化和真值表相对应,增强了认识。

1.2 组合逻辑电路模块此模块为组合逻辑电路,是数字电路的核心内容之一,内容包括组合逻辑电路分析、设计及常用集成电路,常用集成电路主要包括编码器、译码器、加法器、数据选择器、数值比较器等常用集成电路及其各种应用。

此模块中,通过模拟,提供了完整的实例,形象地展示了电路的分析和设计过程,加深了理解。特别对于各种常用集成器件,通过各种信号模拟,展示出各种集成器件的引脚、特征及应用情况,更形象、更直观,便于学生理解各种集成模块的功能,而又不必过分关注其内部结构。

典型示例数据选择器的扩展应用如图3所示。用不同颜色逻辑信号代表输入/输出变量及控制变量,形象表示出输入信号在不同控制信号变化下的输出情况,使抽象理论变得感性化,便于理解。

1.3 触发器模块此模块内容主要包括基本RS触发器、同步触发器(同步RS触发器、D触发器及同步JK触发器)、主从JK触发器(主从RS触发器、维持――阻塞边沿D触发器、主从JK触发器、T触发器及T′触发器)。

触发器具有记忆功能,是构成时序电路的基础,掌握其内容是学习时序电路的基本要求,但部分触发器结构复杂难理解,因此,本部分主要从功能角度出发,弱化结构要求。

通过信号灯的变化描述触发器的变化过程,即触发器何时保持原态,何时置0、置1,何时进行状态翻转,结合触发器特征表,非常容易理解触发器功能及其实现条件,同时避免了死记硬背的弊端。

1.4 时序电路模块此模块主要包括时序逻辑电路,是数字电路的核心内容之一,内容主要包括时序电路分析(同步时序电路分析和异步时序电路分析)、常用时序电路(主要包括寄存器、同步计数器、异步计数器和集成计数器及其应用)。

此模块主要包括数字电路的另一类电路时序逻辑电路,由于时序概念的抽象性,学生掌握起来难度较大,因此,通过信号的模拟,加大感性认识,使学生更好理解知识内容。

典型示例74LS160置数法如图4所示,用不同颜色逻辑信号代表输入/输出变量及控制变量,通过软件的运行,显示了数字循环变化的完整过程,通过变化可以看出数字何时开始增加,何时通过置数重新开始计数,同时可以观察到数字变化过程中时钟信号的变化,使学生在掌握计数器工作过程的同时更深入理解了时序的概念。此外,可以通过改变输入变量,模拟任意进制数字。

1.5 脉冲产生整形与模/数及数/模转换模块模块包括555集成电路、模/数及数/模转换,由于脉冲的产生整形与模/数及数/模更为抽象,理解起来难度更大,因此,通过形象化的模拟,使学生能够理解其概念、意义及过程,达到预期目标。

典型示例D/A及A/D转化如图5所示。通过信号模拟,可以形象看出A/D转换过程是通过采样、保持、量化、编码四步完成,同时可以把数字量和模拟量进行对应观察,更容易理解两者的关系。设置了正弦波、三角波、锯齿波、方波信号,通过多种不同信号的变化加深理解。通过对信号频率的设置,体现出频率的变化对信号采集的影响,充分理解采样频率。

2结论

第5篇：模拟电路分析与设计范文

【关键词】模拟电路故障诊断估计法

模拟电路故障诊断是电路分析理论中的一个前沿领域。它既不同于电路分析，也不属于电路综合的范畴。模拟电路故障诊断所研究的内容是当电路的拓扑结构已知，并在一定的电路激励下知道一部分电路的响应，求电路的参数，他是近代电路理论中新兴的第三个分支。但由于模拟电路中未发生故障的正常元件存在容差，其参数并不恰好等于额定值，而有一定的分散性，这给电路分析带来一定的模糊性。而且模拟电路常含有非线性元件，他的性能不仅因本身故障而改变，而且其他元件故障引起他的工作点移动时，也将造成其性能变化。因此模拟电路故障诊断的理论还不是十分成熟。

模拟电路发生了故障，就不能达到设计时所规定的功能和指标，这种电路称为故障电路。故障诊断就是要对电路进行一定的测试，从测试结果分析出故障。一般来讲，模拟电路故障诊断的方法可以分为估计法，测试前模拟法和测试后模拟法三大类。本文将对其中的估计法展开讨论。

估计法是一种近似法，这类方法一般只需较少的测量数据，采用一定的估计技术，估计出最可能发生故障的元件。这类方法又可分为确定法和概率法。确定法依据被测电路或系统的解析关系来判断最可能的故障元件，概率法是依据统计学原理决定电路或系统中各元件发生故障的概率，从而判断出最可能的故障元件。本文重点介绍确定法中的最小平方判据法。最小平方判据法又分为结合判据法和迭代法。

1.结合判据法：

设模拟电路含有m个不同的参数，对电路进行测量，得到m个不同的特性测量值，且m<n。令xi(i=1,2,3,4……n)表示参数值，yj(j=1,23…,m)表示特性计算值，因为如果电路的拓扑结构已知，则参数和特性之间存在一个确定的解析关系，所以y&not;j=fj(x1,x2,….xn)。特性参数的测量值用gj(j=1,2,3…,m);如果实际所用的各参数值为实际值，同时测量不存在误差，则gj=yj,即特性偏差为零，其中yj是在参数为额定值x10,x20,…,xn0时计算出来的。如果特性的测量值与计算值相等，说明电路没有发生故障，处于正常工作状态。

如果电路中第I个元件发生故障，其参数为xi,其余各元件的参数都为额定值，那么任意一个点的测试值都可以表示为xi的函数：yj=fj(Xi)=fj(x10,x20,…,xi,…xn0)j=1,23….m

其中，Xi为参数矢量，其中除第i个分量为xi外其余各分量为参数的额定值。于是有：j=1,2,3,…,m(1.1)

对每一个参数都引入一个物理量s，s为特性偏差的平方和，于是对于参数I有：i=1,2,3…,n(1.2)

当xi变动时，s也随之而改变。如果电路中只存在单故障，那么当xi等于故障参数的实际值时，特性值的测量值与计算值十分接近，特性偏差接近与零。此时表征特性偏差平方和的物理量si将最小。因此我们可以将si作为故障诊断的一种判据，我们将si的最小值定义为结合参数I的灵敏度因子。

如果电路中发生的单故障是偏离其额定值不大的软故障，特性值yi的计算值可以展开成泰勒级数：(1.3)

式中额定参数矢量X0=[x10,x20…,xn0]’;参数增量矢量，为泰勒级数中大于一阶的高阶项，若电路中发生的是软故障，此项可以忽略不计。∣xi=xi0(i=1,2,3…n)，为特性j对特性I的灵敏度。发生单故障时，只有不等于零，所以(1.4)

代入(1.2)式可得：(1.5)令求得：(1.6)于是可以求出结合参数I的灵敏度因子(1.7)

测试前可先根据电路的额定参数计算出各灵敏度aji及各特性值的计算值yj0，测试后可以得到各特性的测量值gj,由上式可以直接求出灵敏度因子，从而确定故障发生点。

由前面的讨论我们可以总结出采用结合判据法进行故障诊断的具体步骤如下:

（1）先进行测试，从可及节点得到m个特性测量值。

（2）求得结合参数xi的灵敏度因子，即si的最小值，作为故障诊断的判据。

（3）在n个参数的灵敏度因子都求得之后，其中最小的灵敏度因子所对应的参数是最有可能发生了故障的参数。

结合判据法简单易行，所需的测量数据少，但是由于各元件的参数都存在一定的容差，各特性在测量时也存在一定的误差，这些都会影响判断的真实性。另外，从前面的分析我们可以看出这种方法只适合于参数变化不大的单、软故障的定位，而不适用于多故障的定位。

2.迭代法

我们在最小判据法的基础上进一步引申，找一个类似于灵敏度因子的判据，并计算使这个判据达到最小时的各个参数的值，即各个参数的实际值，然后与额定值进行比较，从而确定故障点，这样就可以用于多故障的定位。这就是迭代法的基本思路。

与结合判据法不同的是，迭代法对所有的参数都共用一个判据。令(2.1)

其中，为特性测量值gj的方差。将yj=fj(X)在X0处按泰勒级数展开，如果不大，可忽略高次项，得(2.2)代入式(2.1),得：(2.3)

当s达到最小值时所对应的X＝X0+即为各参数的估计值，如果某些元件的参数估计值超过其容差范围，则可能为故障元件。式(2.3)可以写成：(2.4)其中：

如果要求s的最小值，只需对式(2.4)求导，并令倒数为零，可得：(2.5)我们采用迭代法求解，首先设X的初值为X0,在X0处计算P,A,PA,

然后再由式(2.5)计算出，由式(2.4)计算出s,完成一个迭代过程。然后令X的新值为,在X1处计算P,A,PA,及s的值，如此循环下去，直到第k次满足时为止，此时对应的Xk就是所要求的参数估计值。

由此可以看出迭代法与我们前面所讨论的结合判据相比，测量值数必须要大于或等于参数的个数，它考虑了测量误差。另外，它能够估计出各个元件的参数值，可以用于多故障诊断，但计算量大。

3.总结：

本文主要介绍了模拟电路故障诊断方法中的估计法。这种方法只需要较少的测量数据，但诊断结果一般只是近似的。估计法中的大部分方法都适用于电路元件的故障定位，可用于诊断线性电路中的单个的软故障。其中很多方法还可用于多故障诊断，例如文中介绍的迭代法。

估计法只是一种比较传统的故障诊断方法，随着人们对这一领域研究的不断深入，已经出现了一些用于非线性模拟电路以及大规模网络的故障诊断方法，例如分解网络技术，人工智能技术等。故障诊断技术与计算机技术的结合也越来越密切，利用微型计算机和微处理器可使故障诊断更加快速可靠。

参考文献：

第6篇：模拟电路分析与设计范文

【关键词】 电路分析基础；教学方法

引言

《电路分析基础》是电子类、电气类、自动化类等专业的专业基础课，通过该课程的学习，使学生掌握电路分析基础的基本概念和原理，培养对电路进行正确分析的基本能力，具备电类专业实验实训的初步技能，为后续的学习打下良好的基础。高等职业教育的培养目标要求《电路分析基础》课程教学更加突出实用性和实践性，突出与生产实际相结合，使学生所学的知识能够转化成能力，毕业后成为生产一线的技术骨干。目前这门课程的教学多沿用传统的教师讲授为主、学生被动接受的教学方法，重理论、轻实践，忽视学生独立思考能力、分析综合能力和动手实践能力的培养，难以达到高等职业院校对学生职业能力培养的要求。本文就《电路分析基础》的教学方法进行探讨。

一、现象导向教学法

现象导向教学法是使学生同时用脑、心、手进行学习的一种教学方法，这种教学法是以“情境教学”的“境”即现象为导向，以人的发展为本位的教学[1]。

（一）实物导向：通过直接感知要学习的实际事物而进行的一种直观方式。具有生动性、鲜明性、真实性，易于激发学生的求知欲，培养学习兴趣，提高学习的积极性。例如，验证性实验。

（二）模像导向：事物的模拟形象，通过对事物模像的直接感知而进行的一种直观方式。比如，常用的仿真软件EWB，这种软件可以融合文字、图像、动画和电路设计与仿真等多媒体形式，可以使课堂教学中许多抽象的和难以理解的内容变得具体化、直观化，同时，利用EWB软件教学，可以设置各种电路故障进行仿真，使学生能真正掌握电子元件的特性、电路的调试等，将理论与实践相结合，从而灵活应用所学知识。

（三）图像及视频导向：利用电影、电视、图片和幻灯等现代化手段进行教学的一种直观形式。根据需要，可将事物的重要特征进行特写，它可以重复，且生动形象。这些图文并茂的多种感官综合刺激，对学生的认知结构的形成和发展非常有利，这也是其他教学媒体或其他学习环境无法比拟的。

二、启迪教学法

在理论课堂教学中，应充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，实行“启发式”教育，“授之以鱼，不如授之以渔”。

每堂课上，教师要根据教学内容及要求，向学生提出许多问题，在问与答中展开教与学，这样才能充分调动学生用已有的知识思考问题、理解、掌握和探求新知识。同时，教师要努力营造一种生动活泼的民主气氛，鼓励学生积极参与课堂教学，教师必须始终记住自己与学生的地位是平等的。与学生的活动是交互的，要让学生凭自己的直觉与经验观察物理现象，分析物理规律，允许学生展开讨论或争论，可以独立地发表意见，引导学生得出正确的结论，让学生感到是作为教师的合作者学习的，以此提高学生自信心、责任感与主动性。

例如，在讲解线性电路分析方法这一章内容时，先介绍较为简单并很容易理解的“支路电路法”，通过例题使学生发现用该方法求解时不仅需要列写方程数多而且方程求解较繁琐，从而引导学生提出“有没有更好的解决方法？”进而引入“网孔电流法”、“节点电位法”等其它解决途径；讲解“戴维南定理”后，引导学生主动提出“该定理在具体运用中有什么途？”带着这个问题去学习，不仅能对“戴维南定理”加深认识和理解，还为引出最大功率传输定理埋下伏笔。这样通过积极引导，逐步培养学生学会思考，学会学习，提高自学能力。

三、任务驱动教学法

任务驱动教学法是建立在建构主义理论基础上的教学法，是一种通过整合教学内容，使学生在阶段任务的驱动下分组探究，自行完成学习任务的方法[2]。任务驱动教学法的核心是“任务”的设计。任务设计的完整性、难易程度以及是否能引起学生的兴趣等，将直接影响到整个课程的学习效果。例如，在讲解基尔霍夫定律时，该课题设置的目的是为了在理论学习后，加深对基尔霍夫定律的理解，正确理解电压、电流的实际方向与参考方向的关系，进一步练习使用电工仪器仪表。任务实施的步骤如下：

（1）要求学生动手接线前分析电路结构，并弄清楚电路有几个节点、几条支路、几个回路、几个网孔。该问题的设立为以下的任务做准备。

（2）完成电路连线。按照学生的分组自行完成，学生在接线过程中遇到的问题，教师进行操作示范。

任务二：验证KCL定律。

（1）回答问题，电路用KCL定律可以列几个方程？需要测量的电流有哪些？

（2）动手测试电流。在测电流的时候，一要注意电流表的接法。二要注意电流方向问题。

（3）列出两个节点的KCL方程，计算电流代数和，验证KCL电流。

任务三：验证KVL定律。

（1）回答问题，电路用KVL定律可以列几个方程？需要测量的电压有哪些？

（2）测试电压。要注意电压的方向问题。

（3）列出三个回路KVL方程，计算电压的代数和，验证KVL定律。

让学生自主交流心得，通过改变电源电压值，使得流入各节点的电流值也随着发生变化，但变化之后的电流依然满足KCL定律，从而得出任何时刻，流入各节点的电流值之和等于流出各节点的电流之和。

结束语

随着电子技术的发展，社会劳动力结构的调整，人才需求规格发生变化。虽然，每年有相当数量的高职毕业生走向社会，但是从质量上看，还有一定比例的毕业生不能从事专业劳动，导致专业对口就业率低，造成教育投入的浪费，也影响了高职院校的社会声誉，从而制约了职业教育的发展。所以，推进适合高职学生的教学方法势在必行，这将为学生的可持续发展奠定基础，培养他们的生存能力，同时有利于人的全面发展和整个产业技术的进步。

参考文献

[1] 毛文娟，彭远芳.任务驱动法在高职《电路分析基础》教学中的实践[J].科技信息.2011（29）

[2] 陈爱群，吴秋平.浅析在高职《电路基础》课程中运用“现象导向教学法”的意义[J].教育教学论坛.2011（4）

第7篇：模拟电路分析与设计范文

【关键词】微世界;PSpice;电子教学;模拟仿真

【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)01―0127―03

一 微世界理论及其在模拟仿真中的应用

微世界(Microworld)一词最早由Papert提及,特指Logo的学习环境。Logo语言主要作为激发学习者思考、创造、认知发展的学习环境。利用简单的电脑几何作图,学习者可以学习基本的程式设计、逻辑思考、几何空间概念与解决问题的方法。它能够让学习者用很简单的指令,学习控制“海龟”的移动,并观察其移动的轨迹和特性;借由将“操作海龟”转变成自己的物件来创造出自己个人的视觉世界,进而产生有趣的逻辑问题与几何现象,探索逻辑与几何观念问题,最后提出假设加以验证并解决问题[1]。

微世界是一种模拟真实世界现象与环境的发现式学习系统(环境)。它只是提供某一个学科知识领域的微小但完整的“世界”,将微世界作为向学习者传递知识和技能的一种环境或一种载体[2]。创建微世界环境的目的是为了向学习者提供一个可供自由探索、完全自主控制的学习环境,在该环境中学习者可以对学习进行自我组织,自行确定学习内容与目标,从而达到帮助教师讲授某个教学难点,或帮助学生学习某个知识技能点和探究新知的效果。

当前微世界的教学或学习环境大多是借助计算机化建模技术构造的,从这个意义上讲,可以将微世界看作是一个有效整合计算机科技与模拟环境的认知学习支援工具。由于微世界具有仿真模拟真实环境的特点,它已经被逐步应用到数学、计算机、经济学等各种不同的领域:20世纪90年代开始在中国广泛应用的“几何画板”工具解决了平面几何、物理矢量分析、作图和函数作图的难题,把抽象的内容以形象的方式呈现给学习者;台湾学者张基成以微世界在自然科学学习上的应用为着眼点,开发出名为《小小旅行家微世界探险》的微世界学习环境,其设计理念正是提供模拟真实世界现象的发现式与探索式的经验学习环境,借助于模拟与实验活动,促进学习者主动发现与探索问题的认知历程,从而激发学习者高层思考、多元创造、主动积极学习与解决问题的能力[3]。

二 PSpice在教学中的应用

在电子技术教学中经常会遇到这样的情况:学生对专业中所涉及的实用技术有浓厚的观察和动手兴趣[4],但对课堂教学却十分厌恶。究其原因主要就是教学时因为学时的限制和实验设备的局限性,使教师无法全部采用边讲理论边做实验的教学模式,以至于学生的好奇心被磨灭,甚至使学生对模电这门课产生畏惧,认为“模电就是魔鬼电路”。

由于微世界要求学生对模拟的环境可操纵、可建构,因此将基于微世界理论的仿真软件引入到电子线路课堂教学中进行辅助教学可以大大改善教学的效果。比如现在比较流行的PSpice软件,它允许学习者利用它提供的元件构造各种模拟电路和数字电路,并可以动态测试电路的性能,帮助学生在理论学习过程中及时印证所学的内容,理解电路的复杂变化工程,达到理论与实践相结合的目的。

PSpice是由SPICE发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序。SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美国加州大学伯克利分校于1972年开发的电路仿真程序。随后版本不断更新,功能不断增强和完善。PSPICE可以对众多元器件构成的电路进行仿真分析,能进行模拟电路分析、数字电路分析和模拟数字混合电路分析。其主要分析功能包括直流分析、瞬态分析、蒙特卡罗(Monte Carlo)分析和最坏情况(Worst Case)分析等,用它还可以观察到变量的各种波形数据列表,功能强大[5]。

下图是PSpice A/D的运行界面,PSpice A/D (included in OrCAD with PSpice v10.5)是一个全功能的模拟与混合信号仿真器,它支持从高频系统到低功耗IC设计的电路设计。PSpice的仿真工具已和 OrCAD Capture及Concept HDL电路编辑工具整合在一起,让工程师方便地在单一的环境里建立设计、控制模拟及得到结果。

在电子技术实验教学中,除了要求学生掌握一些常用仪器的使用方法和参数测量方法外,一般要求学生通过所做实验进一步掌握有关元器件及电路的各种性能,通过直观的实验巩固所学的理论知识。然而对于复杂电路,学生在短时间内很难把握电路输出及各种性能指标。由于PSpice的仿真计算精确,利用PSpice仿真软件进行电子电路的分析验证几乎与真实实验室环境下的实验调试结果一致。PSpice有文本和图形两种输出方式,有利于学生对电路的全面理解,而且具有完全不耗材和元器件资源、仪器仪表资源丰富及设计调试安全等特点。

三 教学应用实例

1 教学问题

我们结合一个具体的教学实例来对PSpice在模拟电子教学中的应用进行详细阐述。如图2a是一个乙类互补对称功放电路(参照PSpice帮助文档中功率放大器电路仿真例题及联系),基于该电路要解决如下问题:

第一,Vi幅值为5V,频率为1KHz的正弦波。作瞬态分析,观察输出Vo形的交越失真。进一步作直流扫描分析,求失真所对应的输入电压范围。

第二,为减小和克服交越失真,在两基极间加上补偿二极管及相应电路,以供给T1和T2两管一定的正向偏压,构成甲乙类互补对称功放电路(图2b)。再作瞬态分析,观察输出Vo交越失真是否消除。

第三,求图2b的最大输出电压范围。

2 教学过程

在PSpice中可以通过以下步骤来分析该电路:首先进入Schematics主窗口,绘出图a所示电路,并设置好参数,接着按以下步骤进行解题:

第一,设置瞬态分析(Transient)功能。得瞬态波形如图2c所示,可看出Vo有交越失真。再设置直流扫描分析(DC Sweep),信号源Vi的扫描范围为-2V~+2V。得电压传输特性如图2d所示,由图中看出,输入电压在-0.68V~+0.68V范围内出现失真。

第二,将电路改成图2b的形式,重复(1)的步骤,可得电路的瞬态波形和传输特性分别如图2e、2f所示,可看出Vo已无交越失真。

第三,设置直流扫描分析,电压源Vi的扫描范围为-10V~+10V。得电压传输特性如图2g所示,由图中看出,最大输出电压范围约为-5V~+5V。

3 讨论

根据上述教学实例,我们可以看出基于微世界理论的PSpice模拟仿真软件在辅助教学中可以起到如下作用:

(1)将实验室引进课堂,提高教学效率

微世界倡导的学习模式是情境式、经验式、自我调节式的“在做中学”。在有关电子技术的部分教学中,实验耗时多,实际操作难度大,难以在课堂时间内穿插演示,而人的记忆具有随时间推移遗忘率增大的特点,如果理论与动手的时间间隔较长,学生的学习效率就会降低。例如在上述“乙类互补对称功放电路”教学中通常采用分段式教学,论教学和实验部分分开进行,但这样会造成知识在传授过程中的断点。应用PSpice辅助教学就能直接在课堂上快速、完整的建构出实验原理图,并且能够展现完美的仿真实验过程,及时显示实验结果。

(2)调动学生学习的主观能动性,培养学生的分析、应用和创新能力

微世界学习环境的出现为学生问题的解决提供了崭新的平台,促进学生在学习后将知识迁移到实际环境中,学生可以借助于微世界建立问题空间的模型,通过假设验证等类似科学家探究问题的方法来解决遇到的问题。例如在该教学实例中,学生可以在PSpice中添加或修改各种元器件以探索解决乙类互补对称功放电路出现的交越失真问题的方法。它可以加强学生与学习环境的交互,使学生明确问题的性质,进而作出明确的表征,并通过建模调试到反思和总结,在遍遍错误和重新寻找解决办法的反复过程帮助学生解决问题。同时学生还能对问题所涉及的相关知识有更深刻的理解,达到将所学知识融会贯通的目的。

(3)可以恰当运用反例教学,培养学生发现与解决问题的能力,优化教学效果[6]

微世界可以培养学生观察现象、发现问题、寻找资料、提出假设、设计实验、执行实验、验证结果与讨论结果等系统化程序的能力。在传统电子技术的实验课中,对实验时接线的要求非常严格,万一接错线可能会烧坏元件甚至烧坏仪表,不仅造成实验材料的浪费而且还有一定的危险性。而将PSpice引入教学后,学生则不必畏首畏尾,可以把电路图故意接错,设置短路、断路、漏电等故障:如在电路中接一指示灯进行故障仿真时会出现指示灯被烧坏或不亮等现象,此时再加上教师的及时解释和强调,将会给学生留下深刻的印象,从而大大减少实际操作中的线路故障率,节约实验材料,提高实验效率,改善和提高学生掌握正确的测量方法和熟练使用仪器方面的能力。PSpice给学生提供了模拟真实情景的问题情境,是学生应用知识、解决问题的一种良好的训练工具。

四 结语

简言之,基于微世界理论的PSpice软件具有逼真再现真实电路并能自行操作的显著特点,将其作为一种教学媒体和教学环境引入电子技术的课堂可以给学生留下深刻的印象,显示出传统教学不可比拟的优势。它能有效地激发学生的学习兴趣和求知欲,激励学生积极主动的学习思考,从而达到认识事物、启发思维、激发想象、引导感情的目的,提高了学生分析问题和解决问题的能力,提高了学生实践和动手能力,培养了学生勇于探索不断创新的能力,促进了电子技术课堂面貌的革新,使电子技术不再枯燥。但同时也应看到电子实验培养学生动手能力的重要性,电路的焊接和调试的实际操作是该软件无法实现的,因此完全依赖微世界而舍弃实际操作是不可取的,在实际教学中必须将两者合理结合,充分发挥仿真软件在电子教学中的魅力,达到最佳教学效果。

参考文献

[1] 张基成.电脑微世界认知学习环境――探索与发现问题之心智工具[J].视听教育双月刊,1999,(1):30-39.

[2] 张伟.微世界教育应用探索[J].远程教育杂志,2003(5):7-10.

[3] 张基成,岳修平,吴明德 等.微世界学习环境[C].第八届国际电脑辅助教学研讨会大会论文,1988.

[4] 何克抗,郑永柏,谢幼如.教学系统设计[M].北京:北京师范大学出版社,2003.

第8篇：模拟电路分析与设计范文

【关键词】电子线路；仿真技术；分析；应用

一、引言

在接受系统设计任务之后，电子工程师首先要做的就是对设计方案进行确定，并且对于该方案要求相符的元器件进行选个，之后以具体元器件为依据，对电路原理图进行设计，然后针对数字电路的逻辑模拟、故障分析、模拟电路的交直流分析与瞬态分析等进行第一次仿真。此外，站在另外一个角度，在计算机技术与集成电路技术不断进步的背景下，现代电子与电工设计逐渐朝着自动化的方向发展，虚拟仿真技术在电子产品前期调试中具有重要的应用价值，对于电路分析、设计与创新能力的提升而言有着关键的影响。

二、软件功能与特点分析

Multisim2001软件的一个最重要的特点就在于仿真方法充分考虑了实际问题，在元器件、仪器的选用方面非常贴近实际情况，其元件库提供的电路元器件数量达到数千种之多，并且元器件的理想值能够从中获取，例如对分析进度的要求比较特殊，可以对具体型号的器件模型进行选择，以此作为虚拟的电子工作台，Multisim200软件的电路分析手段也比较信息，基本的分析方法比较完善，例如瞬态分析、噪声分析、失真分析、直流工作点分析以及交流分析等等，而高级分析也包含了十余种电路分析方法，例如零极点分析、灵敏度分析、参数分析、最坏情况分析等等，在该软件的支持下，设计人员可以对不同情况进行细致分析，进而对故障状况下的电路工作状态进行观察。在仿真的过程中，还能够对测试点的数据进行存储，将所有元器件清点罗列出来，还具备向Excel文件进行转换的功能，并且测试仪器的工作状态的存储、波形与测量数据的显示等等都得以实现。存放在Multisim2001仪器库的虚拟仪器有11种。此外，在电路图创建过程中，该软件需要的元器件库与现阶段大部分电子线路分析软件能够相互兼容，并且能够相互转换，基于该软件支持的电路文件，能够将向常见的印制线路排版软件进行输入，如此一来，电子产品的开发就更加快速，设计人员的工作效率也得到很大的提升。

三、基于仿真软件对实际电子线路的仿真分析

1.电路原理图的编辑1.1选取器件首先，双击Windows界面中的Multisim2001图标，进入到主窗口，在工作区编辑并测试电路原理，将器件库中调出电路原理图中涉及到的元器件，具体操作为点击元器件栏中的器件图标，将元器件库打开，然后电机该元器件，并向电路工作期拖移，如下图所示。为了将10kΩ电阻调出来，单机工具按钮，将10kΩ的电阻找出来，然后向窗口工作区拖移，并采用相同的方式将功率放大器、电容等器件调出，如果需要以原理图位置放置元件，那么可将元器件进行相应的旋转。1.2连接导线将鼠标指向元器件端点，进而会有一个小圆点出现，以左键单击将一根导线向另一个元器件端点进行拖拽，在完成连接之后，导线会对相应的走向进行自动选择，其他元器件或仪器不会与其产生重叠，到此就算完成了原理图的编辑。2.仪器使用在仪器库中拖拽相应的仪器图标，在移至电路工作区后即完成了仪器的选用。仪器图标上会有在连入电路中发挥作用的连接端，以文本介绍的例子为参考，上图中对示波器的使用一共有A、B、G、T四个连接端，分别为两个通道端、触发端以及接地端，如果测试波形有观察的需要，那么可以对仪器图标进行双击，将仪器面板打开即可。

四、电路的仿真分析

1.仿真流程在开始仿真分析之前，对仪器图标进行双击，将仪器面板打开，做好被测试波形的观察准备。将电路启动/停止开关按下开始仿真分析，如果将开关在此按下，那么就会停止仿真分析，在启动电路之后，为了确保波形显示正常，应对示波器时基与通道控制进行调整。2.仿真输出结果在波形的观察中，可以基于Multisim2001工作台，获取其中的示波器对实际电路的观察结果，具体如下图所示。通过示波器对输入、输入波形进行测定，其中输入波形为A通道，蓝色，输入波形为B通道，红色。

五、设计指标

1.放大倍数第1级Gain=1+200k/22k=10；第2级Gain=1+1M/10k=100；从中不难发现，该电路的中频电压大约放大了1000倍。2.幅频特性单击Simulate|Analyses|ACAnalysisi...，将交流频率分析设置对话框打开，对起止频率进行设置，分别为1Hz、1MHz，采用Decade作为扫描类型，最后对“Simulate”按钮进行点击，将交流分析启动，并获取分析结果，具体如下图所示。3.参数调试，优化设计确定方案在模拟仿真分析之后，如果上述电路设计与设计要求不相符，那么可以对元件参数或者元件型号进行适当更改，并使其与设计要求相符合，使最终元件参数得以确定。如果想要对电阻取值进行更改，那么就可以电阻进行双击，然后以屏幕提示为参考键入阻值，电路更改之后可以马上进行仿真分析，通过对虚拟结果的观察与分析，来判断设计与实际要求是否相符，显然，这在实际电路板中存在较大的难度。六、结束语根据上述实例分析，我们不难发现，Multsism2001这种电子实验台具有较强的开放性，模拟水平也相对较高。通过Multsism2001的运用，电路、信号与系统的辅助分析与设计水平得以有效提升，在未来电子工程、信息工程以及自动控制领域中，该项技术的应用与发展具有十分巨大的潜力。

参考文献

[1]董磊.仿真技术在分析电子线路中的重要性[J].硅谷,2009,(4):27-27.

[2]赵山.EDA仿真技术在电子线路分析中的应用[J].现代电子技术,2003,(10):57-59.

第9篇：模拟电路分析与设计范文

关键词：电路分析基础；课程体系；教学模式；实践教学

《电路分析基础》是电气工程类专业的第一门专业基础课，是电子通信学科的基础核心课程之一。学好本门课程，对学生后续课程的进一步学习有着重要的和深远的影响，也对培养学生的专业学习方法、动手能力、基本技能以及工程概念等起着十分重要的作用。这里笔者就《电路分析基础》课程教学体系的改革与教学大纲的修订、课堂教学模式的探讨等方面谈一些体会。

课程教学体系的改革与教学大纲的修订

（一）《电路分析基础》课程内容体系改革的新思路

随着社会需求和人才素质与结构的变化，对传统的课程体系提出更合理的改革，这种需求显得越来越迫切。另外，注重课程体系间的相互联系也非常重要。所以现在出现了把“电路”与“电子技术”或其他课程以模块方式组合成一门课程，这是一种已经开始推行并被大家认可的课程体系改革。

高职教育实际上是大众化教育，培养的是有一定理论基础的实用型、职业型技术人才。职业技术人才的培养，对实践能力和动手能力的要求大大提高。笔者认为动手能力和基本技能实际上是一种综合能力。随着科学技术的发展，学科间的交叉和渗透越来越明显，利用传统的《电路分析基础》课程体系，甚至模块式课程体系实现教学目标存在一定的困难。为了解决这个问题，笔者提出一种更加新颖的《电路分析基础》课程的改革思路，即将某些相关学科内容，如电子测量技术与仪器仪表使用、元器件及工艺等，融入《电路分析基础》课程。职业教育应着重于职业知识技能的训练和实践能力的培养，根据这种教育观念，《电路分析基础》课程在课程内容的设置上应该打破传统课程的学科单一性，而将相关的学科知识和技能与电路分析基础知识有机地结合在一起，这样就能很好地给《电路分析基础》课程的实践教学环节提供相关知识与技能，使《电路分析基础》课在实践能力和动手能力的培养上，得到根本的以及应有的支撑，也为后续课程在提高职业知识技能的训练和实践能力的培养上，开辟一条绿色通道。

（二）关于教学大纲的修订

在教学大纲的修订上，应强调基本理论的学习，基本方法的掌握，基本概念的理解以及因材施教的原则。教学重点应放在强调基础、弱化难度；强调基本概念、弱化解题难度；强化基本概念和基本方法的掌握及准确运用定律和公式，弱化某些推导和公式记忆上。比如，在讲授电路的基本分析方法这一块内容时，对于通信、微电子专业应该重点讲授电路的等效变换（如电阻的串、并联，两种电源模型的等效变换，戴维南定理，叠加定理等），网络方程法选择一两种讲授即可，且重点在“方法的运用”，而非“推导过程”。

教学大纲的制定，传统做法往往追求单一学科知识结构的完整性，面面俱到。然而，面对现今理论课时大幅压缩、学生的素质较差这样一个现实，按传统做法，很难实现使学生掌握完整的知识结构体系的目的，反而弱化了基本知识和重点知识的掌握。所以一定要根据专业需求和培养目标，从“广而博”的电路分析学科知识中进行选择，重构“少而精”的教学内容。这对编写教学大纲的教师提出了更高的要求，一方面要与相应专业的教师紧密沟通，另一方面应该对该专业的知识结构和内容有一定的了解和理解，即具有较广的知识面和工程技术能力。删减不是简化，不是泛泛而谈，而是集中力量把基本概念、基本定律和重点内容讲透，且反复强化（包括举例、设置问题、讨论、课堂练习、作业、实验、实训、课程设计等），以强化基本知识的掌握。

（三）对强化和改革实践教学环节的探讨

强化和改革实践教学环节，一方面要增加实验课时，另一方面要制定科学的符合培养目标的实验实训项目。关于电路课程的实践教学，这是一个必须重视的环节。通过实验和实训，使学生真正掌握电路知识及实验的基本技能和安全操作知识，学会常用电工电子仪器仪表的使用，以及电路参数和元器件的测量，注意培养学生的动手能力；培养学生初步掌握一定的电气工程技术的能力；了解专业信息渠道与检索的能力、识读电路图的能力和排查电路故障的能力等。

过去传统的电路实验以验证性实验为主，效果并不理想，已经不适应高职教育的需求。因为电路课程既是电路知识的入门，也是专业技能的入门。技能的习得过程，可借鉴美国加利福尼亚大学德莱弗斯兄弟等人提出的技能发展模型，即德莱弗斯模型：新手—高级学徒—合格者—熟练者—专家。该理论研究了技能发展从新手到专家的五个阶段。根据这个理论，结合笔者的教学实践与技术工作经验，对高职教育电路课程的实验课程教学，提出这样的改革建议：保留部分传统的验证性实验，增加电工基本技能训练实验和工程应用型实验。

试验内容笔者把试验内容大致分为如下三个部分：（1）电工基本技能训练实验，应包括如下几个内容：线路的搭接、元器件的识别；通用仪器仪表的使用，仪器仪表的精度概念；电路参数的测量方法、元器件参数的测量方法等；测量数据的处理，测量误差的计算。（2）验证性实验。这在电路课程里已是一种较成熟也较完整的实验体系，可根据专业需要或具体情况进行选择与修改。（3）工程应用型实验。可根据专业需要进行开发，比如电路故障检测、排查与维修，自选测量用仪器仪表和元器件，实验方案的设计和测量方法的制定等等。

实验时间的安排这也是一个值得研究的问题。过去的验证性实验一般安排在相应理论教学内容之后。笔者认为，应该根据授课内容的实际需要安排实验时间。比如线性电阻的伏安特性测试实验，安排在讲电阻元件和欧姆定律之前做，并设置几个问题让学生思考，通过该实验，让学生感觉是自己归纳总结出的欧姆定律，对欧姆定律的掌握效果更好。再比如，在讲暂态分析的暂态（过渡过程）的概念之前，安排一个RC电路的充放电实验，给学生一个感性认识，并让学生了解，哪些参量的改变将影响充放电的速度（或时间）。通过这个实验，不但加深了概念的理解，而且提高了学生学习的兴趣。

实训课要求应设计成工程技术与技能综合应用型课程。现以安装调试万用表为例，作如下的设计和要求：（1）学会识读电路图，掌握万用表电路工作原理；（2）掌握元器件及其参数的识别、选择与采购；（3）掌握焊接工艺和安装；（4）学会排查故障和维修；（5）学会万用表灵敏度的调试；（6）了解或学会仪表的校验；（7）了解专业信息渠道与检索；（8）掌握实验实训报告的书写。

课堂教学模式的探讨

理想的课堂教学模式应该是教师在掌握多种教学模式，并了解不同模式的适应条件及其局限性的基础上，根据具体的教学目标和教学情境所选择的最适当的教学模式。教学内容的多样性、教学过程的复杂性以及教师对教学过程理解的差异性等因素决定了教学模式的多样性。从另一方面来看，学生智力的差异性和学习风格的多样性导致了学习方式的多样性和学习过程的个性化。所有这些，都要求教师要学会运用开放的、多样化的方式和策略，把多种教学模式灵活地注入到课堂教学中。

美国高校20世纪80年代以来，兴起了一种新型的课堂教学模式，这种模式主要由三种模型构成：范例教学模型、交互式教学模型、小组合作学习模型。主要是通过从感性认识到理性认识、从具体到一般，并通过学生与教师、学生与学习伙伴、以及学生与学习资源之间的互动，一方面帮助学生构建知识、发展能力，另一方面促进学生成为学习的主人。笔者觉得该教学模式值得借鉴和推广。

（一）范例教学模型

范例教学模型属于“概念获得”教学模式，目的是通过实例帮助学生有效地学习新概念、新知识。实例也可以是实验（如上述安排在相应理论教学内容之前的线性电阻的伏安特性测试实验、RC电路的充放电实验等）。比如，通过线性电阻的伏安特性测试实验，引出线性电阻和非线性电阻的概念，引出欧姆定律。应强调的是，在运用范例进行教学的过程中，不仅要呈现范例，更重要的是向学生示范在头脑中对信息进行加工的全过程，包括解决一个问题，或对复杂的信息进行归纳、重组时的心理活动，即着重于演示思维过程。教师呈现范例帮助学生学习新知识，还要让学生自己选择范例验证知识，最后能运用知识创造范例。

（二）交互式教学模型

交互式教学模型在课堂教学中是一种非常重要的课堂教学模型，是以师生对话为背景构建的互动教学方式。

在互动教学中，教师的任务是精心设计课堂提问，利用提问吸引学生参与对话。通过对话，可对范例进行分析、归纳，形成概念，让学生真正参与其中。课堂提问可分为低层次——对新概念进行辨识和描述；高层次——引导学生用比较、应用、综合、评价等方法对信息进行加工。课堂提问根据需要，有些可设计成聚合性问题，有些可设计成发散性问题。

这里仍以“电阻元件和欧姆定律”这一章节内容为例，说明在进行交互式教学时，如何通过设置问题来达到教学目的（详见表）。

交互式教学模型的形式是对话和倾听。这就要求在课堂上创设一个互相尊重、互相信任、互相平等的教学氛围。

（三）小组合作学习模型

小组合作学习模型，要求在课堂上创设一个互教互学的学习环境，通过人际交往促进认知的发展，通过恰当的组织形式提高学习兴趣和学习效果。

小组合作式比如，当课堂上刚讲完某一知识点内容，往往要出一些课堂练习题让大家来做，以加强对这一知识的理解或运用，问题是此时会有相当一部分学生不完全会做，有些学生就此放弃学习。这时采用小组合作式效果较好。将学生分成若干小组，让每个小组分组讨论，小组成员共同来做某些题，然后每个小组派代表到黑板上来演示他们的解题过程，再让其他组来点评，最后由教师点评或裁判。这是一种互助式的学习，参与的学生将增加很多，课堂气氛也相当活跃。

切块拼接式就是将某一教学内容切块，分到每一组进行分组阅读，让学生谈自己的理解，最后由教师来讲解。这种方式的特点是文章（内容）切块，合作备课，互教互学，培养和提高学生的自学能力。

团队合作式这种方式主要体现在分工合作上。比如，在课程设计（或实训）中，有一个内容要求学生在某个时间段里完成查找元器件及电路图资料，进行元器件市场调查与模拟采购。因为时间有限，可根据学生的特长和意愿，安排一部分学生负责查元器件手册，一部分学生负责上网查资料，另一部分学生作市场调查与模拟采购。最后大家交流信息，探讨问题，分享成果。学生在这种多边互助互动与协作的集体活动中，可以增长知识，发展能力，培养合作精神。

参考文献