电路实验教学改革研究（精选11篇）
电路实验教学改革研究 篇1
0 引 言
高频电路是通信工程、电子信息工程等电类专业学生的主要专业基础课,通过该课程的学习,使学生掌握高频放大、振荡、高频功率放大以及调制、解调、混频等基本电路的工作原理、性能特点及各种电路的基本分析方法,为学习卫星通信系统、GPS导航系统、光纤通信系统等课程储备基础知识。
高频电路实验与电路实验、模拟电子技术实验和数字电子技术实验相比,具有如下特点:
(1) 因分布参数的影响,使高频电路实验更加复杂。可能会因为一个元件的放置位置,导线的布线等出现测试结果出现较大的误差。
(2) 电路实验、模拟电路实验、数字电路实验通常只研究时域特性,用示波器查看波形,用万用表测量电压、电流即可。而高频电路实验除时域分析外,还要进行频域分析。例如,观察调幅波的频谱。
(3) 高频电路实验线路比电路实验、模拟电路实验和数字电路实验复杂得多,分析和理解更加困难。
随着计算机技术和网络技术的发展,虚拟实验在电子技术实验教学中的应用日益广泛。但目前的研究成果主要集中在电路实验、模拟电路实验和数字电路实验的教学中,高频电路实验几乎是空白。
综上所述,开发虚拟高频电路实验教学系统,将仿真技术应用于高频电路实验教学更具有实际意义。
1 系统的功能
虚拟实验是对实物实验的有益补充,这里开发的虚拟高频电路实验教学系统的主要功能有:
(1) 作为实验预习系统。传统实验的预习因实验时间和地点的限制,学生往往只能是看实验指导书预习,无法进行实际操作,观察实验现象,预习效率很低,导致学生进入实验室后,教师需要花大量的时间讲解,减少了学生实际操作的时间,不利于实践能力的培养。
该系统设计以中国民航大学对通信工程、电子信息工程专业开设的高频电路实验项目和实验内容为依据,同时兼顾其他高校的实验项目和实验内容。目前,该系统设计有高频放大电路实验、LC和石英晶体振荡实验、调制与解调实验等10个基础实验。借助于该系统,学生可以在一台计算机上查看实验目的、实验原理、实验内容和实验步骤等,还能对实验电路进行仿真分析,得到实验的理论测试数据和波形,为实物实验测试提供参考依据,减少实验的盲目性;也可以任意改变电路参数,观察电路的性能,使实验的预习更加灵活、有效,更有利于培养学生的自学能力。
(2) 作为演示性实验系统。有些开设成本高、需要仪器设备复杂的实验只能设计成演示性实验。例如,调幅、调频收发机实验就比较复杂,既有高频电路,又有低频电路;既有时域分析,又有频域分析,实物实验室内很难完成综合程度如此高的实验。但借助于虚拟实验可以对这些实验进行演示,使学生建立模拟通信系统的整体概念。目前,该系统中已设计完成了调幅收发机方面的演示性综合实验。
2 虚拟实验系统开发技术分析
开发虚拟实验系统按使用的软件分,主要有以下方式:
(1) 利用LabVIEW构造的虚拟实验系统。LabVIEW是开发测控仪器和商业软件工具,它既能通过编程进行仿真设计实验,又能通过输入/输出接口,编程完成数据的采集、分析和处理,构建真正的虚拟仪器实验和虚拟实验。LabVIEW提供的界面功能强大,外观接近真实仪器仪表,不但可以开发各种虚拟实验,而且可以作为训练学生掌握信号发生器、示波器、频谱仪等常用仪器、仪表的有力辅助工具。文献[1]给出了使用 LabVIEW开发的RLC电路分析实验。这种开发方法的优点在于开发实验的元件器和仪器仪表与真实的几乎一样,但实现较复杂的电路比较困难,在开发摸拟电子技术实验和高频电路实验方面均没有报道。
(2) 利用Matlab构造的虚拟实验系统。Matlab具有强大的仿真和计算能力,一直是控制领域里最重要的工具之一,可以用来开发自动控制原理、信号与系统等课程的虚拟实验。文献[2]给出了使用Matlab开发的自动控制虚拟实验,但开发电子技术类的虚拟实验目前尚未有报道。
(3) 自行编程(VB,VC,Java)的虚拟实验系统。由于自行编程开发的实验系统可以最大程度地适应设备的性能,灵活定制实验的功能和界面。目前有许多学校的研究集中在实物仿真实验上,大多是借助于编程软件和多媒体技术实现的。文献[3]给出了使用VB开发的电工虚拟实验。因编程工作量较大,实现的功能主要集中在电路和数字电路的部分实验,没有全面系统的实现,使用受到限制。
众所周知,基础实验教学主要是以验证理论为主,基础实验中大多为验证性实验。从这个角度考虑,虚拟实验不一定要有实物感,只是以电路符号的形式展示出来是可以的,关键是电路性能的仿真应准确,或能达到目前利用实验箱进行实验的效果。基于该原则,选择了利用VB结合电路仿真软件Multisim开发虚拟高频电路实验系统。利用电路仿真软件自身提供的元器件库、仪器、仪表库和电路分析功能,无需编程,就可以开发出各种功能的实验电路,完全可以满足验证性实验和演示性实验教学的需要。
3 虚拟高频电路实验系统开发方法
虚拟高频电路实验系统的设计内容主要分为两部分:实验界面的制作和实验电路的创建与仿真。
3.1 实验界面的制作方法
VB(全称Visual Basic)是Microsoft公司推出的可视化编程环境,它具有很强的图形界面编程能力,因此在软件设计过程中采用VB制作实验的界面部分。实验界面的功能是:通过“选择实验课程(选择实验项目)”查看实验原理、实验步骤,还可以将实验结果填入表格,也可以双击查看“实验模拟”进入Multisim界面进行实验仿真或设计电路。界面具有较好的交互性,设有“进入系统、退出系统、上一页、下一页、返回首页”等功能,便于操作。该部分是由VB制作而成的。在设计过程中,主要用到的控件有:标签:用于编辑实验项目的名称;文本框:用于编辑实验目的、实验仪器、预习要求、实验内容和步骤等内容;命令按钮:实现翻页功能或查看电路图;OLE:用于在VB中插入Microsoft office Excel工作表或调用Multisim进行实验仿真。
图1和图2分别为虚拟高频实验系统的主界面和集成电路模拟乘法器MC1596的应用——同步检波器的实验界面中的一页。
3.2 实验电路的创建与仿真
Multisim是目前应用最广泛的电路仿真软件,它具有丰富的元器件库;虚拟测试仪器仪表种类齐全,有可以产生正弦波、方波、AM信号、FM信号的信号发生器,其参数可以根据需要自行设置,也有万用表、双踪示波器、频谱仪、失真度仪等测试仪器,可以完成信号的时域与频域分析,仿真结果与真实情况十分接近。因此,利用Multisim可以创建各种高频电路并对电路进行时域和频域分析。
下面以“集成电路模拟乘法器MC1596的应用——同步检波器”实验为例介绍电路创建与仿真方法。
3.2.1 同步检波器原理
一般用包络检波器对普通调幅波进行解调,而对于双边带调幅信号和单边带调幅信号的解调,通常是由同步检波器完成的。解调时需要利用一个与调幅信号的载波同频同相的载波信号。同步检波器有两种:乘积型同步检波器和叠加型同步检波器。图3为乘积型同步检波器框图,其对双边带调制信号的解调原理为:
设输入的双边带信号及同步载波信号分别为:
式中:Ω为调制信号的角频率;ωc为载波信号的角频率。则乘法器的输出电压为:
经过低通滤波器,滤除高频分量,即可得到解调后的低频调制信号:
同理,可分析同步检波器对单边带信号的解调原理。
3.2.2 MC1596芯片创建方法
集成模拟乘法器MC1596的内部结构如图4所示。
Multisim的元件库中并没有MC1596芯片,如直接采用内部电路设计,因MC1596电路太复杂,在Multisim工作区设计较困难,原理也不够清晰。为了简化实验仿真电路,通过MC1596内部结构可以自行创建MC1596芯片,其方法为:运行Multisim进入工作区,将图4中所需的元器件分别从元件库中拖出来,并设置好参数,然后连接导线,即可完成电路图的绘制工作。通过以下操作可以生成MC1596芯片:选中MC1596的内部结构电路部分→点击Place→选择Replace by Subcircuit→输入芯片名称“MC1596”,即可将复杂的电路结构用一个芯片代替,如图5中MC1596部分。
3.2.3 “集成电路模拟乘法器MC1596的应用——同步检波器”实验电路创建与仿真
在上面已创建的MC1596的芯片的基础上,从元件库中将“集成电路模拟乘法器MC1596的应用——同步检波器”实验中所需的信号源、电阻和电容元件从元件库中取出,连接好电路,即可完成实验电路的创建,如图5所示。
设载波信号的频率、幅度和调制信号的频率、幅度分别为:fc=100 kHz,Vc=200 mV(p-p);fs=1 kHz,Vs=200 mV(p-p)。从Multisim右侧的仪器仪表库中取出示波器连接在电路中,运行电路,可以观察实验的波形,如图6所示。利用频谱分析仪可以观察调幅信号和解调后信号的频谱,调幅信号的频谱如图7所示。
4 结 语
虚拟高频电路实验系统为学生提供了利用计算机实现高频电路实验预习和电路设计的环境,学生可以在EDA实验室、学生宿舍或网络中心任何一台计算机上完成高频电路实验预习任务,使实验方式变得更加方便、灵活、高效;学生可以根据需要设计各种电路,对电路进行仿真分析,从而更加有效地培养学生的电路分析和设计能力,激发学生的学习兴趣,培养学生的自学能力和创新能力;也可以开设一些设备短缺、扩展学生知识面的演示性实验,实验内容更新不受实验硬件条件的制约。
参考文献
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电路实验教学改革研究 篇2
摘要：本文介绍了重庆邮电大学数字电路实验课程组对数字电路实验教学的改革和实践思路，通过梳理课程内容，增加基本技能训练环节，引入现代电子设计技术，并配套包括教学资源建设，教学模式改革以及考核方式改革等。
关键词：数字电路实验;课程内容;教学资源建设;考核方式改革
重庆邮电大学是以信息技术为特色和优势的以工科为主的高等学校，数字电路实验是我校大部分专业的基础课程，关系到后续专业课程的进一步学习，在学生工程实践能力的培养中占有举足轻重的作用。
一、存在的问题
数字电路实验教学内容以基础、经典知识点和传统设计方法为重，缺乏对现代电子技术的引入。课程内容采用固定功能元器件完成简单功能小系统的设计与搭建，这种方法有利于学生熟练掌握硬件电路搭建的规范、熟练掌握固定功能数字芯片的逻辑功能、有利于锻炼学生硬件故障的分析和排查能力，但是由于受传统技术的限制，学生很难设计实现较大规模的.、功能复杂的数字综合系统。随着电子技术的进步，相继出现了EDA、PSoC等各类新技术并成为数字系统设计的主流技术，数字电路实验教学急需引入现代电子设计技术，使教学和实践训练能够有效地向后续课程延续。
二、教学内容改革
针对以上问题，课程组以学生工程能力培养为目标，对数字电路实验教学内容重新进行了梳理，归纳基本技能训练内容，引进现代电子设计技术，完善课程知识架构。数字电路实验内容包括“基本技能———单元电路/小系统(传统)———综合系统(现代)”三部分：
1.数字电路实验基本技能，指完成数字电路设计、搭建、制作、调试等需要掌握的基本能力，包括常用仪器仪表的使用，常用数字器件的识别，面包板的使用，数字实验平台的使用等，这些内容简单但是非常重要，是后续学习的基础，需要学生反复实践才能熟练掌握。这部分内容从课上教师集中讲解改为课前学生自学练习掌握，配套相应的考核，充分调动了学生自主学习能力，切实夯实实验基础，优化课上实验教学内容，有效解决课上学时有限却需要增加实验内容的问题。
2.保留并优化基于传统固定功能芯片的数字电路实验内容，以小系统小项目的形式组织实验内容，强化训练低年级学生硬件搭建、故障定位和排查能力。
3.增加现代电子设计技术，以综合性较高的项目为引导，帮助学生掌握“自上而下”的数字系统设计方法，掌握FPGA硬件平台的使用，开发软件的操作，综合系统的调试等。
三、配套教学改革
1.丰富教学视频资源，自制实验教学平台，有效保障实验教学开展。由课程组教师亲自演示和讲解，录制数字电路实验基本技能视频16个，总时长100分钟左右，每个演示视频短小精悍，学生可以利用碎片化时间进行反复学习，然后到开放实验室进行实际操作练习。丰富的视频教学资源可以帮助学生快速、有效地掌握各项基本技能。课程组开发制作了一些与教学配套的硬件平台，包括简易数字电路实验平台和FPGA实验平台。简易数字电路实验平台用于支撑传统实验教学内容，与市面上大部分数字电路实验箱相比，简易数字电路实验平台裁减掉可以由标准仪表提供的功能，例如直流电源模块、信号源模块等，只保留了完成数字电路实验需要的最为基础的功能模块：高低电平的产生模块和高低电平指示模块。平台小巧方便携带和使用，学生人手一块。FPGA实验平台用于支撑基于FPGA的数字电路实验项目的开展，平台提供丰富的外设资源，便于设计复杂的综合性较高的数字电路实验项目。
2.改革实验教学模式，采用视频教学+集中授课+开放实验+仿真实验的多样性教学模式，互补优势，提高实践教学效果。在基本技能训练阶段，要求学生自学，学习内容简单，需要反复练习才能熟练掌握，所以采用视频教学+开放实验的模式。基于传统设计方法的小系统设计和基于现代电子设计技术的数字系统综合设计，需要学生课前仿真完成预设计，课上完成硬件实现和调试，课后完善和补充系统功能，所以配套仿真实验+集中授课+开放实验的模式。
3.改革考核方式，制定评分标准，注重过程化管理，合理评价学生课程掌握程度。课程考核主要包括三部分：
(1)数字电路实验基本技能，采用技能考核的方式，学生抽取试题，按要求完成任务，教师根据学生完成情况现场测评，考核不合格者不允许进入下一阶段学习。
(2)基于传统技术的小系统设计和实现，采用实验考试的方法进行考核，考题覆盖所有已授内容且有难易度区分，学生抽选考试题目，自行选择题目难易度，根据题目要求完成设计、电路搭建、测试以及数据记录和分析等，老师现场评测各项指标并按评分标准评定成绩。
(3)基于FPGA的数字综合系统设计和实现，采用系统综合测评的方式进行考核，综合测评包括系统基本功能、扩展功能、学生答辩、实验报告等。
四、结束语
课程组分析了本校数字电路实验课程存在的问题，从改革教学内容出发，配套实验教学资源、实验教学模式和过程化考核方式等改革。实践结果表明，基本技能的训练，将现代电子设计技术引入课程，增加数字系统综合设计，有效地夯实了学生的基础，锻炼了学生的动手实践能力。
参考文献：
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[3]林建中，王明伟.在开放式实践教学中加强实验过程管理[J].实验科学与技术，2017，15(02)：85-87.[2017-09-21].
高频电路实验教学改革与创新 篇3
摘要：针对高频电路实验干扰大，实验现象不明显，学生总体兴趣不大等问题，根据多年来的高频实验教学经验，介绍了在实验教学中培养学生实验兴趣，改进高频电路实验教学方法的一些探索与实践。
关键词：教学改革；高频电路；实验兴趣；创新
作者简介：徐善永（1983-），男，安徽淮南人，安徽理工大学电气与信息工程学院，助教；黄友锐（1971-），男，安徽淮南人，安徽理工大学电气与信息工程学院，教授。（安徽?淮南?232001）
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）21-0090-01
高频电路是电子信息和通信技术类专业一门重要的技术基础课，主要讲述模拟高频信号电路的基本组成、工作原理性能特点及分析方法。特别对通信专业，为后来学习通信原理、移动通信原理等专业课程具有重要作用。[1]高频电路实验课是高频电路理论课的辅助课程，实验内容主要包括调谐放大器实验，高频功率放大器实验，LC电容反馈式放大器实验，晶体振荡器实验，信号的调制与解调实验，集成锁相环及频率解调器实验等。在实验的过程中可以获取丰富的知识和实践经验，有助于理论的学习，加深对理论知识的理解。但高频电路因为受到分布电容、引线电感等分布参数的影响，高频电路实验干扰大，现象不明显，影响学生的学习兴趣，学生对高频电路的原理和特性掌握不够好。
一、高频电路实验教学的特点
高频电路是模拟电子技术的延伸，其最大特点是电路元器件的工作环境发生了明显的改变，因此对电路的分析和研究也复杂得多，因此，高频电路实验教学有如下特征：（1）在高频的条件下，电路的电阻、电容、电感的特性都发生了变化。即使做实验用的导线，因肌肤效应，导线的电阻和电感量也会随着频率变化。[2]所以受电路参数的影响,使高频电路实验比较复杂,实验现象不稳定。在实验的过程中可能会因为导线的长短或元件位置的改变都可能造成较大的实验误差。（2）实验设备繁多，学生对实验仪器的使用有难度。高频电路实验所用仪器有高频信号发生器、扫频仪器、失真度测试仪、高频毫伏表等仪器。因高频仪表对于使用的环境要求很严格，但在实验室的环境中，仪器的稳定性大为下降，实验现象不稳定，所以学生感到实验仪器很难用，影响学生的实验兴趣。而且因实验教学的学时有限，一般一周只安排一次实验课程，所以大部分学生经过一周的时间，对于仪器仪表的使用方法已经淡忘。（3）高频电路实验教学的模式单一，开设的实验教学内容都是一些基础性的、验证性的电路，缺少综合性设计性和开发性的实验内容。
二、高频电路实验教学的改革思路
1.调动学生的学习兴趣和主动性
实验教学的目的是通过观察和实验进行学科知识的学习，培养学生的分析问题、解决问题的能力，使学生具有一定的实践和应用的能力。为了使学生能够爱实验，敢实验。在高频电路实验教学实践中，应该努力调动学生的学习兴趣和主动性。伟大的科学家爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。”这就是说一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣，就会主动去求知、去探索。但由于高频电路实验教学的特点，学生在做实验时感到一定的难度，出现了畏难情绪。基于此，为营造和谐愉快的教学氛围，提高学生的实验兴趣，在高频电路实验教学的第一个实验前，为学生演示实际的高频电路装置。如：小型调频发射和接收系统、收音机等装置，让学生亲身感受并参与进来。让学生对高频电路装置有了直观的感受后，然后根据高频电路装置的原理图进行分解，引入实验教学内容，学生就觉得容易理解，引起兴趣。[3]
2.优化实验项目
目前，高频电路实验项目开设的比较单板，创新性实验开设较少，学生只是按照学习机上的固定实验电路，按步骤进行的验证性实验，实验缺乏创新性。实验教学要和理论教学相互依托，以培养学生的实践能力和创新能力为目标。要发扬“以人为本、夯实基础、提高能力、激发创意精神”的教学理念。除了学生必做的基础性实验以外，一定要有综合性、设计性的实验项目，与各种教学模式相结合、与科研项目相结合，把培养学生的创新意识作为实验教学的主要任务。
（1）制定合理的实验教学内容，改进硬件电路。高频电路实验课所使用的设备比较多，所用设备都比较复杂，学生在短时间里不能很好的掌握和应用，对实验的进度有很大的影响，而且由于实验课程的不连贯性，等一次实验课程结束，再等下一次实验课的时候，大部分学生对实验仪器的实验已经忘的差不多了，针对这个问题，在实验课程内容的安排上应做出相应调整，安排专门的一次实验课程来认识和熟悉实验仪器，并在每次实验课程开始时在对本次实验所用到的仪器再次进行说明，使学生能更好的熟悉实验仪器的实验。
针对高频电路实验的特点，在实验的过程中要强调测试的方式和方法，由于高频电路受到分布电容、引线电感、高频辐射等的影响，实验的稳定性能差、实验结果误差大，而且在实验室的环境下，各种仪器之间的电磁干扰无法避免。为了减少误差，增加实验结果的可靠性，这就要求学生对实验电路原理要有充分的认识和理解，在理解的基础上进行实验，必须要学会进行实验误差分析，提高实验能力。对于硬件电路的改进，主要是减小高频电路的分布电容、引线电感等的影响。特别是在实验过程中电路引线的使用，要尽量的缩短长度，增加截面积。在连线时，尽量较小平行间的引线长度，增加引线间的距离，以减小引线间的互感和分布电容。
（2）与科研、设计大赛相结合，培养学生的综合能力。高频实验教学项目除了必要的基础性实验，为了培养学生的动手实践能力，在实验项目的设计上要加强综合性、设计性。与科研和设计大赛相结合，以科研促进实验教学，以设计大赛提高学生的动手能力，让学生参与到老师的科研项目中来，积极鼓励学生参加各种设计大赛，不仅可以培养学生的主动性，提高学生的学习兴趣，而且有利于对学生综合能力的培养。
3.引进仿真系统，培养学生的创新能力
以往的高频电路实验都是围绕在厂家生产的高频电路实验箱来完成的，这种实验模式学生动手操作很少，实验的拓展性差，大部分是以验证性实验为主。随着计算机技术发展, 电路仿真软件日益完善，如：SystemView，Matlab 和 LabVIEW 等仿真软件正日益融入许多经典的专业基础课教学中，软件仿真实验内容灵活、设计性强，既与基本理论相互补充，又能与硬件实验相互弥补。[4]将仿真系统应用于高频电路实验教学, 可以克服教学内容和仪器仪表的局限, 使实验更加灵活, 也更有利于提高学生的自学能力和创新意识。实践证明，引入计算机仿真系统，实验教学效果非常好，激发了学生的学习兴趣，提高了学生学习的主动性，使学生易于理解难懂的理论知识，而且有利于提高学生的动手能力和分析问题的能力。
三、结束语
实验教学是培养学生科学的世界观和方法论，培养学生的创新能力、实践能力的重要环节。[5]高频电路实验教学的改革的目的在于培养学生对高频电路知识整体性的把握，通过改进实验教学内容和新的教学方法，培养学生的动手能力和创新思维能力。为培养高素质、创新型的人才做出有益的尝试。
参考文献：
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电路实验教学改革研究 篇4
1. 高等教育在教学中存在的问题
高等教育实训课程现场教学很多时候受到各种限制条件的约束, 一些大型实验设备占用大面积的场地, 不能很好地让学生自己动手操作, 老师也只是对学生进行理论培训, 导致很多学生不明白实验原理。
很多的实验设备只是针对教学实验, 没有用于生产加工, 更新速度较慢, 如果对设备不断进行更新, 又会导致投入巨大, 造成不必要的浪费。同时一些高端的设备的价格相对较高, 结构也十分复杂, 大量采购这些设备增加了教学经费, 机器的成本较大。
在文理科专业教学中, 很多都是对理论的讲解, 教学实践相对不足, 导致学生对知识的掌握很不牢固, 在处理相关问题的时候, 也就不能灵活运用这些知识。老师在平时的讲解过程中, 都是通过多媒体进行学习, 学生获取的这些知识只是简单的理论, 导致很多实验效果不理想。
2. 模拟电路虚拟实验教学系统具体实例
模拟电路是电子信息专业的基础课程, 也是实验性较强的课程, 对虚拟实验教学系统的运用, 可以很好地提高学生的实践知识。虚拟实验一般都是借助多媒体、仿真和虚拟现实等技术, 很大程度上打破了传统实验教学的局限, 极大地提高了教学效果。在学习数控加工课程期间, 学生按照老师的要求在仿真系统软件上对数控铣床进行了仿真实验。首先要让学生掌握计算机辅助铣削加工的基本方法, 了解数控铣床操作面板各按键的功用、数控铣床的调整及加工前的准备工作;然后对给出零件图形进行手工编程, 用txt格式文本进行传输, 并模拟铣削出指定的零件。
3. 模拟电路虚拟实验教学系统的优点
在国外, 有很多高校都已经将虚拟技术成功运用在教学中, 并且开发了许多的功能性虚拟教学软件和虚拟仿真教学平台, 在教学中可以很好的选用教学实验, 同时也确定了仿真教学系统的功能和体系结构, 能很好地进行实验教学、开发相应的系统软件, 教学试验和实践可以在虚拟实验中进行, 从而不必购置昂贵的实验设备, 又可以增加学生的实践教学, 在实验工程中培养和提高学生的动手能力、分析问题和解决问题能力。
模拟电路虚拟实践教学系统主要是采用虚拟现实技术, 应用软件手段进行视觉和听觉的模拟。采用虚拟实验教学具有很多优势。在实验教学中可以让学生亲身体验, 增加教学内容的可视化, 虚拟教学系统可以添加大量的多媒体素材, 还能很好地讲解实验原理, 展示设备的内部结构, 确保教学实验的互动性和真实性, 提高学生学习效率以及对知识点的掌握, 学生自己也可以大胆动手操作。利用虚拟现实系统, 学生在实验室可以通过老师的讲解自己进行虚拟仿真实验, 获得真实的操作体验。因此还可以减少实验过程中的安全隐患, 比如, 在进行数控实验操作的时候就有很大的危险性, 利用虚拟实验教学系统进行教学实验, 学生在虚拟的实验环境中, 可以全身心进行课程项目实验, 大大降低了教学风险, 确保了人身和设备的安全。
4. 结束语
对于我国当前的教育形势, 虚拟实验教学系统具有很大的发展空间, 我们要大力发展虚拟实验教学, 提高教学质量, 为社会提供广大的就业和培训的机会, 创造更大的经济效益与社会效益。
摘要：随着社会经济的不断发展, 我国教育制度的不断改革, 网络化教育已经涉及各个课程, 课堂内容也变得越来越多样化, 计算机应用软件越来越多, 对我国经济发展起到重要的作用。实验教学课程都有实物作为课程基础, 在网络上无法直观地进行实验操作, 在理工科网络学习中, 实验教学问题也一直没有很好地解决。本文针对模拟电路虚拟实验教学进行研究, 探讨模拟电路虚拟实验在教学中的应用, 对于模拟电路虚拟实验教学系统, 也就是模拟真实环境下实验的器材和原理进行开发的虚拟平台, 学生在这个平台上可以随意开展实验, 老师对学生的实验进行指导, 通过这样的方法不断提高学生的学习能力。
关键词：模拟电路,虚拟实验教学系统,研究
参考文献
[1]成艳真.虚拟现实技术VR在计算机类教学中的应用[J].晋城职业技术学院学报, 2011, 04 (02) .
电路实验教学改革研究 篇5
关键词：设计性实验教学；课题设计；课题评估
中图分类号：G652 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0008-03
《数字电路实验》是我校电子类专业的一门专业必修课。是继《数字电路》理论课程后单独的一门实验课程。《数字电路实验》是理论教学的补充和延续，通过实验教学可以巩固理论知识，培养实践能力。同时数字电路实验也是《微机原理》、《微机接口技术》等的前端课程，有着很重要的地位。数字逻辑电路技术领域的知识包含理论和实践，这一特点决定了数字电路实验教学必须重视实践能力的培养。如何在数字电路实验教学中注重培养学生的实践能力和创新意识，是实验教学中的重要课题。我们尝试把数字电路实验分成三部分进行：基础实验；单元电路设计实验；综合性设计实验。第一步分的基础实验是和理论课程紧密的结合，实验的设置主要是一些入门级的基本概念，进度跟随理论课程同步进行。第二、第三部分是在第二学期进行。第二部分的单元电路设计是为了进一步加深对数字电路的重要概念的理解和运用。从本质上讲应该是属于验证性的实验。第三部分是数字电路综合设计，在综合设计的题目中，适当的涉及一些传感器，模拟电路等其他课程中的知识，目的是为了提高学生的设计能力。
一、传统实验教学中存在的问题
1.实验内容设置。在传统的重视理论教学，轻视实验教学的影响下，每一次的实验内容仅仅局限于验证理论课上的结论。对于通过实验加深理解理论知识的应用方面有所欠缺。传统的数字电路实验内容中，很少有涉及到模拟电路、传感器等方面的内容的综合性实验。传统验证性不利于培养现时代所需要的有理论知识、有动手能力、有创新意识的人才。
2.实验设备。传统的数字电路实验设备实验教学的手段相对落后，实验内容和实验方式也就受到了限制。实验一般是在面包板或者是类似于面包板的实验箱上进行。学生只要对照书本连线即可完成实验。造成了部分学生在不懂实验原理的情况下，依样画葫芦也同样完成了实验。部分学生在做完实验后还是知其然，不知其所以然，完全处于被动地位。没有起到实验教学应该起到的作用。
3.实验报告和实验评分。合理的成绩评定方法是客观评价教学质量的一个指标。传统的实验考核成绩主要由实验报告和期末考试决定。但由于传统的实验内容和实验方式的限制，依靠实验报告和期末考试的评分方式无法全面评价学生是否掌握了实验原理、技巧、以及实验过程中的表现，有失公正、全面的评分原则。
二、设计性实验教学必要性
验证性实验是加深对理论知识的理解，仅仅是验证性的基础实验不利于提高学生的综合素质，不能适应后继课程和当前的经济时代对人才培养的迫切需求。设计性实验则要求学生在掌握牢固的基础知识后，运用一种或多种方法完成教师给定的实验。教育部在《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》明确指出：“设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件由学生自行设计实验方案并加以完成的实验”。设计性实验在实施的过程中，很明显的产生了以下几个特点：
1.发挥了学生实验积极性。在数字电路的设计实验中，实验教师只是给定了实验的课题，考虑到学生个体的差异，教师根据课题的实际情况，对部分设计性实验课题给出了原理性框图。设计实验并不规定实现课题的方法和手段，学生可以在教师的指导下，自主选择实现实验器材、方法和手段。学生必须自己查阅资料，规划实验过程和方案，设计实验电路，主动询问教师。学生在实验的过程中处于主动的学习状态。例如课题：晶体管图示仪用的三角波锯齿波发生器设计。该题可以用常规的模拟电路实现，也可以用数字器件加上部分模拟器件设计出性能更稳定的电路。学生在接受设计课题后，首先是要查找资料，了解图示仪工作原理，查找三角波锯齿波发生器各种设计方法。充分调动了学生实验的积极性。
2.在实验方法上的多样性。设计性实验的课题是明确的，但是并不规定实现课题的方法。不同的学生有不同的思维方式。当多个实验小组在选择了同一个实验课题时，各个实验小组会有不同的实验方法。在设计性实验的过程中，充分的发挥了人的创造性思维，也就是最大限度地调动了积极性。例如：在实现图示仪中用的锯齿波三角波发生器电路设计时，可以采用555电路作为CLK信号，对数字电路的计数器进行计数，通过运放产生锯齿波和三角波的设计方案。但是也有同学用555电路作为振荡器，使用三极管对555波形输出进行积分，从而直接产生三角波锯齿波的实验方案。
3.实验内容的探索性。部分的设计性实验课题，实验中包括了一定含量的探索性质。这部分实验课题适合于部分基础好求知欲旺盛的学生。对于这部分的学生来说，是参与教学科研早期结合的一种重要形式。能激发学生对科学技术的好奇心和求知欲望。例如：课题《简易四踪示波器》的实验，是在普通示波器上同时显示四路数字信号。在设计时除了数字电路的知识外，还应具有简单的单片机知识和示波器原理方面的知识。要完成实验，则必须要对单片机和示波器方面的知识进行探究。这个过程也是培养学生对知识探究能力的有效途径。
4.实施设计性实验教学法的效果。现代的教学理念更应注重于学生能迅速发现问题并解决实际问题的能力。从对本系2009级设计性实验教学的效果来看，设计性实验教学法在理论和实践相结合的实际效果以及调动学生主动学习的积极性方面，有了很大的改善。增加了设计性实验教学后，尽管学生在实践的过程中会遇到很多的问题，但通常学生都会主动地查资料，找老师讨论，会自主地通过各种途径去完成项目，使得以往单调的学习过程变得生动起来。
三、设计性实验教学法的实施
我们在实验教学的过程中，并不是完全否定传统的验证性实验，设计性实验教学法的教学应该有层次的推进。从对我院09级的学生实施设计性实验教学法来看，在实施设计性教学法时，应注意四个重要的环节：①改进和精简传统性的基础实验。②设计性实验中，设计课题的选择能最大限度的复盖数字电路知识点的课题。③选择带有探索性实验的课题。④建立合理的实验评分规则。
1.验证性实验项目的训练。对于刚从理论课堂上转入实验室的学生来说，传统性的基础实验在数字电路实验教学中的作用不可忽视。它能加深和巩固理论知识，学生能在进行验证性实验的同时适应实验仪器使用技能，数据处理方法等。但是传统验证性的实验要加以改进，在对某一知识点进行验证后，要求学生进一步深入，生成建构新的知识。例如：门电路外部特性测试：①在按实验指导书对输入电平、电流、负载和空载情况下的电平、电流进行了测试。②给出电压传输特性曲线的定义，要求学生测试出该门电路出电压传输特性曲线。3.要求学生从电压传输特性曲线解读出门电路的几个参数。允许学生查阅资料，描述出参数的物理意义，举例指出此参数在实际使用的场合和注意事项。传统的验证性实验要少而精，教师不应过多的进行讲解。重要的是要求学生在课前进行预习。
2.实验课题的设计。该阶段以设计性实验为主线，教师从知识的传输者变为指导者，学生从知识的被动接受者转变为知识的主动建构者。设计性实验的宗旨是为了锻炼学生运用基础知识的能力，拓宽学生的视野，引导学生对理论课程进行比较深入地探究。在进行实验课题的选择时，我们注意了以下几个方面：（1）选择复盖数字电路知识点多的课题。设计性实验的要点应紧密的结合数字逻辑电路的重要概念、原理、技巧等展开。适当的增加一定量的模拟电路和传感器方面的应用知识，以增强学生对实验课题的系统性认识。教师在备课时要仔细的研究实验课题，精心组织实验内容，撰写实验任务书，使学生对实验课题有一个清晰的认识。（2）实验课题的可选择性。由于学生个性上的差异，在设计实验课题的设计上应该分为几个层次。我们的做法是分为基本型课题，提高型课题和探究型课题。基本型课题的难度不应低于验证性实验。提高型设计实验的课题是以数字电路为主，传感器和模拟电路为辅。探究型课题一般是在提高型的基础上，需要另一门学科的配合，例如需要单片机控制等，探究性课题适合于个别的基础非常好的学生。（3）工作量和难易程度要适合。设计性实验的课题工作量和难易程度要适中。课题的设计可以多样性，课题要尽可能采用统一的模板，包含学习的目标，各阶段要达到的目标和时间节点，参考资源和评价标准等。例如：锯齿波阶梯波发生器电路设计（提高型课题）。（1）教师和学生共同讨论和分析通用晶体管图示仪的扫描信号和阶梯信号，可以得出有以下几个缺点：①使用了50HZ的低扫描频率，显示的特性曲线闪烁比较严重。②X轴扫描为正弦波，线性度差。③波形变换电路复杂。（2）课题的任务是设计一个基于数字逻辑电路的锯齿波和阶梯波信号发生器。通过555定时器产生同步的X轴扫描锯齿波和Y轴扫描阶梯波。克服使用50HZ扫描频率低带来的缺点。③比较以上二个方案，得出二个电路的性能、成本等优缺点。基于数字电路的锯齿波阶梯波发生器电路，它所包含的数字电路有：①振荡器；②加法器；③数模转换器；④运算放大器等电路。包含了数电的重要知识，模电中的运算放大器知识也得到了灵活的运用。加深和巩固学生数字电路的知识，拓宽学生在仪器原理、模拟电路等方面的视野等。
3.设计性实验教学的评分机制。正确合理的实验教学的评分机制，能够规范学生的实验过程，激发学生的实验兴趣。在设计性实验指导的过程中，由于设计性实验的方案、过程、实验的元器件等各不相同，由此而增加了实验考核的难度。为使设计性实验教学的顺利进行，要注意以下的几个问题。①制定统一的考核标准。在设计性实验考核的过程中，要制定统一的考核标准，避免实验教师间不同的考核标准，挫伤了学生的积极性。在考核同一设计性实验课题时，各教师间要互相通气，防止学生互相抄写实验数据和实验报告等作弊现象。②建立合理的考核分数比例。实验教学的评分是教学中重要的环节。在评分的机制上重视实验课题的实现过程，淡化考试成绩的比重。在考核分数的比例方面，我们认为实验过程的考核占50%，期末考试占30%，实验报告15%、实验室纪律方面占5%。③实验过程的考核。占50%实验过程的考核，把设计课题分为基本分、性能优异分、创新分三大部分。对提高题而言，如果课题设计达到了基本功能，实验报告叙述正确为基本分。课题中的电路设计合理精炼，电路排列合理、实验报告格式规范、叙述精简合理为性能优异分。采用了新技术（数电课程以外的技术）或者有所创新为创新分。评估采用了自评、学生互评和教师评相结合，评分时公开透明。考核时要求学生现场演示和答辩，提问并要求学生解释部分实验数据。目的是使能力培养回归到平时的实验过程，提高学生的责任感和学习的主动性。
通过大二时期的数电设计性实验训练，为学生在对课题的设计，电路的调试等方面打下了规范的和扎实的基础，在参加电子设计等竞赛时，学生在拿到课题先做什么，该做什么等一套规范的设计过程非常清楚，其优势就很明显的凸现出来。实验教学在培养学生实践能力和创新意识方面，有着其他教学环节不可取代的重要作用。设计性实验教学把理论、实验、探索有机的融合在一起，改善了教学的氛围，提高了学生的设计能力，使得学生在学习的同时，不但学习到了理论怎样应用于实际，重要的是学生参与了一次完整的研究过程，提高了学生的综合素质。
参考文献：
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[4]刘芳.浅谈数字电路实验教学中学生设计能力的培养[J].中国科技纵横，2010，（21）.
电路实验教学改革研究 篇6
一、基础实验建设
根据国外教材的特点和教学内容进行整合, 设计6学时的基础实验, 帮助学生了解实验设备原理、使用方法、实验的设计原理、实验操作方法。基础性实验, 包括仪器使用、电路、电子部分实验。实验的内容应该对教材的内容加以整合, 将电子和电路实验融为一体, 将电阻器件和网络、电路分析方法、动态电路、一阶和二阶电路的动态分析、集成运算放大器、直流电源以及模拟和数字电路及其应用等方面的关键实验内容进行整合, 设计出6个学时的基础实验, 实验类型分为验证性。建设的关键要考虑, 第一层次基础性实验阶段, 学生对理论的知识还处于被动接收阶段, 通过设计思考题, 让学生进行思考和实践, 从而掌握知识的内涵。
二、EDA实验建设
根据课程教材的需要减少了部分验证性实验, 被删减的验证性实验项目通过EDA实验进行仿真和验证, 此外, 实物实验无法覆盖全部内容, 而EDA实验耗时少, 简单易于实现, 可以覆盖更多的内容, 仿真及设计实验主要介绍虚拟实验项目的设计方法, 帮助学生更好地理解课堂教学内容, 仿真软件采用Multisim、Lab VIEW、Elvis, 引进EDA技术三步措施是:课堂讲一部分EDA基础知识, 之后学生上机做EDA仿真实验, 首先是验证性的实验, 然后是思维训练型实验, 最后安排EDA研究和设计实验。
EDA实验建设分以下四个层次:
1. 基础验证型。
基础实验主要针对实物实验中被删减的验证型实验, 例如实物实验无法覆盖的实验内容, 可以利用EDA实验完成, 因为EDA实验耗时少。在模拟电路部分, 由于课程学时的限制, 减少的分立元件的内容, 可以利用仿真实验的方法来强化学生静态和动态分析的概念。实验主要内容有: (1) 直流电路实验 (具体的实验还包括基尔霍夫定律、叠加原理、戴维宁定理等实验) ; (2) 一阶电路瞬态响应; (3) 交流电路; (4) 放大电路; (5) 运算放大器; (6) 脉冲波型的产生与变换; (7) 组合逻辑电路实验; (8) 时序逻辑电路实验。
2. 思维训练型。
思维训练型实验的目的是逐渐培养学生的逻辑思维过程。故障排除是电子电路课程教育的重要部分之一, 在学习理论知识的同时, 培养学生进行故障排除和解决黑盒问题的技巧, 进而提高学生解决实际问题的能力。注意问题的设计要循序渐进, 由浅入深。故障排除问题主要是使用EDA创建电路, 使它包含您自己定义的错误或是在程序中提供的错误。可以通过设置密码防止学生直接访问它们。通过创建并锁定子电路也可以隐藏错误。您可以使用说明框指导学生隔离错误。这样学生就可以使用提供的元器件和电源修正错误。黑盒问题要求学生们选择并适当地调整测试仪器、解释读数、应用基本理论, 最重要的是进行各种思考和问题解决。可以通过创建与锁定子电路制作出新的问题。原始文件设置教师密码保护, 学生可以将原始文件下载、解答问题, 将他们的解答写入说明框中, 再反馈给教师。教师的工作主要是编制开放性的原始文件、设计故障电路以及设计黑盒问题。
3. 研究型实验。
所谓研究型实验是指教师指定选题, 让学生经过仿真实验, 从数据分析或者现象中引出结论。研究型实验所针对的实验类型:第一, 由于受实验仪器的限制, 无法对组合逻辑电路的竞争冒险进行硬件实验验证, 主要是逻辑门的传输延迟时间极短, 现有的示波器很难观测暂短出现的冒险信号;第二, 解决了触发器的工作波形无法用电子实验仪器进行分析验证的问题。第三, 主要研究新器件的特性、元件的建模与分析过程。研究型实验的主要选题有: (1) 组合逻辑电路竞争冒险仿真分析; (2) 时序逻辑电路中RS触发器仿真分析; (3) 变容二极管特性分析与仿真; (4) 热敏电阻模型建立及仿真应用; (5) 功率因数提高研究; (6) 忆阻器。
4. EDA设计型实验。
EDA设计型实验也可以称之为小设计, 是通过选择一个具体应用电路进行设计, 让学生掌握电路的设计方法, 提高对所学电路理论的应用能力, 从而培养学生分析和解决实际问题的能力。设计课题的注意事项: (1) 要明确目的, 最好是包含某个重要的知识点, 而这个知识点是比较抽象或者比较难理解的; (2) 课题的设计要有利于学生进行发散性思维, 举一反三, 灵活运用理论知识和实验技能, 培养学生的创新意识; (3) 教师要引导学生对实验进行总结, 这部分通常被忽略。
设计型实验的主要内容有如下: (1) 双向流动彩灯控制器的设计; (2) 电压检测电路设计与仿真; (3) 八音阶电子琴的设计与仿真; (4) 智能抢答器的设计与实现; (5) 四人表决电路设计; (6) 光控路灯自控电路或简易调光灯电路。学生可以在这些设计项目中选择一个自己感兴趣的内容进行设计, 也可以经教师同意进行自选题目设计。
三、远程及创新实验建设
从2011年开始, 我们设计了一个基于ELVIS的可切换的远程系统平台。该平台将相关的信号通过模拟开关技术扩展成六路信号, 并通过串口与PC机通信控制六块实验板之间的切换。上位机通过Lab VIEW编程制作便于人机交互的图形操作界面, 该系统成功地拓展了实验资源, 具有视频反馈, 实现了远程实验的操作和监控。目前, 需要在远程实验的系统平台上进行具体实验的设计, 以满足国际班电子电路学远程实验的要求。根据国外的教材的内容, 需要在系统平台上开发的相应实验有8个学时的实验: (1) 半导体器件实验; (2) 仪器使用实验 (示波器和信号发生器) ; (3) 基本运算放大器实验; (4) 放大器综合应用实验; (5) 555电路实验; (6) 瞬态响应实验; (7) 交流电路实验; (8) 电源实验。此外还需要开发的是课堂及课后的演示实验。创新开放性实验为综合设计实验。针对具体的设计任务, 介绍电路的设计方法、基本电路单元的运用、系统参数的测试以及电路的整体调试等。拟开设的开放性实验项目有电源设计、抢答器、节日彩灯、数据采集系统、电子鸟电路、双密码电锁电路、简单的电子报警器电路、触摸开关电路等。学生可以在其中选择一个设计项目进行设计。教师可以为同学们介绍当今最先进的电子器件的应用、各类电路的设计方法和最新电路设计手段, 开阔同学们的视野, 强化同学们的工程概念, 并给出多种设计制作的题目供同学们练习。在电子设计竞赛的启发下, 我们主张在实验的实际设计制作环节中, 可以仿照竞赛的要求将同学分组, 共同完成实验电路设计、制作与调试, 并写出详细总结报告。在制作电路的训练过程中, 鼓励学生用不同的方案实现, 锻炼学生的思维的广阔性, 培养学生的创新能力。
四、实验教材建设
进一步研究分析相关的国外优秀教材, 编写全英文的实验教材。教材的特点应突出注重动手、加强实践、培养兴趣和积极创新的理念, 教材还应该增加新器件和EDA仿真软件的使用方法介绍。实验类型分为验证性、综合性和设计性等三个层次。在教学内容上, 电子与电路学实验将电子和电路实验融为一体, 内容按三个层次编写: (1) 基础性实验, 包括仪器使用、电路、电子部分实验; (2) 仿真及设计实验, 介绍EDA实验项目的设计方法, 进行辅助实验教学, 仿真软件采用Multisim、Lab VIEW、Elvis等; (3) 综合设计实验, 针对具体的设计任务, 介绍电路的设计方法、基本电路单元的运用、系统参数的测试、电路的整体调试等。
五、实验课程资源平台建设
实验资源平台建设包括: (1) 实验教学文件资源, 包括:实验大纲、实验内容、和实验要求等; (2) 录像资源, 包括:英文实验操作录像、EDA实验操作讲解、基础实验步骤、远程实验操作步骤和实验现象分析等录像资源; (3) 在线实验预习检测, 引入MIT自行编制的虚拟实验软件以及在线练习, 学生在课前和课后可以随时通过远程实验和虚拟实验强化概念。学生在做实验的过程中, 通过动手操作, 很容易就掌握了相关的专业词汇, 不自觉地突破了语言的障碍, 实验资源贯穿于授课的全过程, 为学生的全英文学习和实践提供了难得的实验环境, 在学中用、在用中学, 进一步提高了学生的语言的综合运用能力。
通过电子电路学实验课程的学习, 不仅使学生掌握电工电子技术方面的实验方法, 获得电气工程技术方面的基本实验技能, 了解电工电子技术的发展及其在各方面的应用。而且为后续课程的学习以及从事相关的工程技术工作打下必要的基础。同时拓宽学生的学术视野和国际视野, 培养具有独立分析、综合设计以及创新应用能力的国际化人才。
摘要：国际班电子电路学实验建设的主要内容为基础实验、EDA仿真实验、创新及开放性实验、实验教材以及实验资源平台建设等五个方面。旨在巩固和加深学生对电工电子学的基本知识的理解, 通过循序渐进的实验层次设计, 培养了学生的实验技能, 加强了学生独立分析、综合设计以及创新应用的能力。实验教材注重加强实践、培养兴趣和积极创新的理念, 还增加了新器件和EDA仿真软件的使用方法介绍。在学中用、在用中学, 进一步提高了学生的语言的综合运用能力。
电路实验教学改革研究 篇7
关键词：Multisim10,电子线路仿真,RF电路,最大功率传输
0 引 言
随着教育改革的不断深入,教育技术现代化,教学手段现代化已成为我国教育改革所面临的十分重要的课题。其中电子线路EDA技术的发展,正是弥补目前我国各院校电子学实验室的条件不足,特别是新器件,新设备价格昂贵时,而开设一些内容更新颖、具时代意义的创新型、设计型以及综合型实验而设置的[1]。同时,对于具备条件的实验,正是对理论联系实际的检验,对满足现代电子领域对高校培养具有高层次专业技术人才的需求提供了一定程度上的保障。
1 Multisim 10软件简介
利用Multisiml0可以实现计算机仿真设计与虚拟实验,与传统的电子电路设计与实验方法相比,具有如下特点:设计与实验可以同步进行,可以边设计边实验,修改调试方便;设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全,可以完成各种类型的电路设计与实验;可方便地对电路参数进行测试和分析;可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;实验中不消耗实际的元器件,实验所需元器件的种类和数量不受限制,实验成本低,实验速度快,效率高;设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
Multisim 10还可以应用到日常课堂的演示教学中,它可以制作在课件中,对于所讲述电路的各种参数进行即时分析,可以生动在投影上模拟各种实验的结果,具有极佳的演示效果,提高电子技术开发中心系列课程的趣味性和直观性[2,3,4]。
Multisim 10提供了16 000多个高品质的模拟、数字元器件和RF组件模型,另外用户还可以自行编辑和设计相应的元器件。Multisim 10不仅提供了电路的多种仿真分析方法,如直流扫描分析,参数扫描分析,交流频率特性分析,瞬态分析,傅里叶分析,后处理器功能等,而且提供了2个仪表和多台仪器,仪表有:电压表、电流表;常用的仪器有:数字万用表,函数信号发生器,示波器,逻辑分析仪和逻辑转换仪等。同时,应用Multisim 10可以进行模拟电路、数字电路、模数混合以及射频电路的仿真。其中,它的高频仿真和设计环境是众多通用电路仿真软件所不具备的[5]。
2 射频理论
目前,包括大学生电子技术设计大赛在内的很多知名赛事,都把无线收发作为一个重点的研究方向,而各个高校都有开设类似的课程和实习作为培训学生得一项基本内容。这都是由于RF电路自身特点的主要用于无线电通信系统的发射装置和接收装置的研究中。所以随着信息技术的发展,对各种发射、接收装置的要求越来越高。RF电路的性能好坏,将直接关系到通信的质量。尤其是RF频段中的微波波段,其频率高、频带宽的特点,使其很适用于作为大容量通信的载波,来传输多路电报、电话和电视信号[6]。
射频技术RF(radio frequency)的基本原理是电磁理论,指的是从音频以上至可见光频率的整个频段,其范围约为16 Hz~20 kHz。可见光波段在微波波段以上,所以RF的范围大约为20 kHz~3 000 GHz,其中包括微波波段。总的来说,RF频段的频率很高。射频系统的优点是不局限于视线,识别距离比光学系统远,射频识别卡可具有读写能力,可携带大量数据,难以伪造,且有智能[7]。
近年来,便携式数据终端(PDT)的应用多了起来,PDT可把那些采集到的有用数据存储起来或传送至一个管理信息系统。便携式数据终端一般包括一个扫描器、一个体积小但功能很强并带有存储器的计算机、一个显示器和供人工输入的键盘。在只读存储器中装有常驻内存的操作系统,用于控制数据的采集和传送。
PDT存储器中的数据可随时通过射频通信技术传送到主计算机。操作时先扫描位置标签,货架号码、产品数量就都输入到PDT,再通过RF技术把这些数据传送到计算机管理系统,可以得到客户产品清单、发票、发运标签、该地所存产品代码和数量等,这些研究领域对于电子信息类专业的学生来讲,都是实践理论的研究课题。
根据射频理论,它与一般的低频电路相比较,有其自身的特点,主要包括以下几点:
(1) 大量使用调谐网络:这些网络不仅提供调谐到所要求的工作频率,同时还使晶体管特性与输入和输出阻抗匹配。因此,调谐网络设计的好坏,将直接关系到RF电路的性能。
(2) 需考虑阻抗匹配问题:在RF电路中,处理信号的不同部件被安置在相距有一定距离的地方。这个距离往往和被传输信号的波长可以相比拟。将它们连起来时,必须考虑到阻抗匹配。
(3) 不同频段使用的元件不同:RF频带宽,包括长波、中波及短波、超短波和微波。从使用的元件、器件及线路结构与工作原理等方面来说,中波、短波和米波波段基本相同,但它们和微波波段则有明显的区别。前者大都采用集中参数元件,如:通常的电阻器、电容器和电感线圈;后者则采用分布参数元件,如:同轴线和波导等。在器件方面,中、短波和米波主要采用晶体管、集成电路及电子管,而微波除上述器件外,还需特殊的微波器件,如:微波二极管、速调管、行波管及磁控管等。
3 Multisim 10软件及其在射频领域模块技术
随着电子通信技术的发展,RF电路的开发研究吸引了众多电子设计工程师。Multisim 10射频模块可以提供基本的射频电路所需的设计。分析和仿真射频电路的功能。Multisim 10的射频模块由RF-Specific(射频特殊元件,包括自定义的RF SPICE模型)。用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器。
在Multisim 10中,标准的RF元件包括电容、电感、环行线、耦合器、传输线、波导以及有源器件等。在RF设计中,该模块包含了大约100多个元件和元件模型,这些模型都可以在高频下准确工作而设计的,克服了SPICE模型中在高频时候工作不稳定的问题。
元件在电子学领域中可以分成两类:集中式和分布式元件。当λ=c/f时,集中式元件的尺寸小于波长,在这种情况下,电压波长和电流波长运行时比元件自身大很多,欧姆定律在此时有效。另一方面,大部分的分布式对象中电压相位和电流相位的改变远超过器件的物理扩展,因为器件的尺寸都是类似的,某些时候甚至大于波长。因此常规的电路理论已经不适用工作在MHz到GHz之间的频率电路中。射频元件存在寄生效应,与用于低频状态的模型有所不同。射频模型使用的电容和电感都在高频工作状态下,两节点之间连接发生的行为和低频工作状态下两节点连接发生的行为是不同的。在PCB上执行这些行为时,将表现传输线的形式。电路板本身将变成电阻的一部分,会干涉到电路的正常工作。这就是EDA工具中可行的低频电路仿真在高频电路中却变得不可行的原因[8]。
4 基于Multisim 10的射频电路设计
高频电路的设计通常有别于低频电路,射频设计的主要工作就是设计好输入输出阻抗、功率增益、噪声分析以及问点因数的参数性能。高频电路可以被理想化成为一个双端口网络,为了恰当的使用网络分析仪,电路的输入端、输出端必须断开,在仿真期间,网络分析仪可以通过插入子电路完成对电路的分析。
对于设计一个简单的直流偏置,重要的是晶体管的性能和放大器的静态工作点。应用Multisim 10设计一个最大功率传输放大器,首先应选择射频功率管,由于在相对较高的频率上有低功率和低噪声的优势,这里选择MRF927T1,从元件库中选择该元件并将其放在电路中[9,10]。
为了配合低频电子线路相关课程的内容,选择静态工作点,静态工作点表现为Vce和Ic。Vce通常要小于VCC,并且通常在集电极-发射极之间的最大摆幅为VCC/2,因此,选择Vce=3 V和Vcc=9 V。而Ie近似于Ic,晶体管的集电极耗散功率为Ic×Vce。为了达到较好的频带增益和电压增益,这里设置Ic=3 mA。
同时,设定Vbe=0.7 V,β=100计算如下:
设计完静态工作点之后,就可以在Multisim 10下进行仿真,设置Rb=277 kΩ和Rc=2 kΩ,绘制电路如图1所示。
在低频电子线路的教学中,学生已经掌握对静态工作点的直流分析,而Multisim 10软件自带有直流工作点分析语句,可以直接设置选择基极和集电极工作节点。通过仿真,可以得到Vce=3.33 V和Vbe=0.8 V,当修改以上这两个值以满足静态工作点的需要,经过实验得到,当Rb=258 kΩ和Rc=2 kΩ时,近似得到Vce=3.00 V和Vbe=0.80 V,这时有:
此时,β比较接近设定值,可以应用到此次实验中。对于信号源,假定使用信号源的中心频率为3.02 GHz,设置偏置网络,连接两个电容到网络分析仪,如图2所示。
对于一个连接好网络分析仪的电路,可以进行双端口测量,以及测量传输参数。Multisim 10软件自带有网络分析仪。网络分析仪主要测量信号所包含的频率和频率所对应的幅度。对于RF系统来说,可以应用到调制波的以及载波信息的失真。Multisim 10中的网络分析仪所模拟的是实际中Agilent公司生产的HP8751A和HP8753E两款网络分析仪,可以方便的测量S、H、Y、Z四种参数,并且是高频最常用的仪器之一。连接好电路打开网络分析仪界面,如图3所示。
对于一个无源负载条件下不会产生振荡的电路稳定可以称为“无条件稳定”,这时可以使用阻抗匹配器自动改变RF放大器的结构以便获得最大增益阻抗。
为了获得放大器以及源阻抗之间的最大匹配,必须要求放大器的输入和输出端口之间的阻抗匹配最大。这种阻抗匹配电路提供的最大功率传输适用于非常窄的频带,对于选频网络特别适合。图2的网络自动匹配结果如图4所示。
应用图4所得到的网络参数,加入到原始电路图中,所得电路图如图5所示。
5 结 语
无论是高频还是低频电子线路课程是 电子信息类学生必修的课程,它不但要求学生掌握电路的基本原理和计算方法,更重要的是培养学生对电路的分析、设计和创新能力,因此实验教学在整个教学过程中成为不可缺少的一部分。
因此,利用Multisim 10进行射频电路设计型实验教学,改变了利用电子元器件、仪器等物质手段的传统设计型实验教学模式,从而更好地培养学生的实验技能、提高学生的电路设计能力和设计周期, 培养学生的科学作风和创新精神,为以后从事电子技术方面的工作打下良好的基础。
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三相电路实验方法研究 篇8
1 实验原理与方法设计
1.1 实验原理
在电工学中功率有三种, 即视在功率、有功功率、无功功率, 将三种功率有机联系在一起的量是功率因数。功率是电工学中的基本概念, 是电力电路中重要的参数, 功率、功率因数的大小直接影响配电线路的设计、配电器材的选用。三相电路功率测量的教学欲达到的目的是让学生学会对功率的估测、粗测、准确测量, 并通过对实验现象的观察, 实验数据的分析深刻理解相关理论知识。为了达到实验教学对学生能力培养的目的, 结合学生已学过的理论知识, 进行了实验项目的设计、试作、思考题的提出。
在三相三线制电路中, 无论负载连接成星形或三角形, 也无论负载对称与否, 都可两功率表法来测量三相功率。在三相四线制电源, 有中线的三相电路中, 用二个功率表测量三相功率, 无意义。
对于三相四线制供电的三相星形连接的负载, 可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC, 则三相负载的总有功功率∑P=PA+PB+PC。若三相负载是对称的, 则只需测量一相的功率, 再乘以3即得三相总的有功功率。
三相三线制供电系统中, 不论三相负载是否对称, 也不论负载是Y形接法还是△形接法, 都可用二瓦特表法测量三相负载的总有功功率。若负载为感性或容性, 且当相位差φ>60o时, 线路中的一只功率表指针将反偏 (数字式功率表将出现负读数) , 这时应将功率表中电流线圈的两个端子调换 (不能调换电压线圈端子) , 其读数应记为负值。而三相总功率∑P=P1+P2 (P1、P2本身不含任何意义) 。
对于三相三线制供电的三相对称负载, 可用一瓦特表法测得三相负载的总无功功率Q。
1.2 测量设计
三相电路功率的测量方法有3只瓦特表法和2只瓦特表法两种。3只瓦特表分别测量3个相的功率, 然后相加, 即
若为对称系统, 则只要测量一相的功率, 然后乘以3即可。在三线制中, 常采用2只瓦特表来测量功率, 其接法如图1所示。三相电路所吸收的功率为2只瓦特表读数的代数和, 即P=P1+P2
在对称负载的四线制中, 因为无中线电流, 故用2只瓦特表测量的方法也适用。
在对称的三相电路中, 由2只瓦特表的 (W 1、W 2的读数分别表示为P 1和P 2) 读数还可以求出无功功率和功率因数、负载阻抗角, 即
在对称的三相电路中, 用1只瓦特表作特殊的连接, 也可以测量出电路的无功功率, 接线方式如图2所示, 则无功功率的数值为Q=, 式中P为瓦特表的读数。可以证明, 当负载为感性时, 数字功率表读数为正;当负载为容性时, 读数为负。
因此, 我们现在关注的应该是如何连接功率表来测量我们制作的三相三线制的负载的功率, 包括测量有功功率, 无功功率, 计算功率因数等。
2 实验步骤的设计
将实验线路板的灯泡负载并联上三相电容 (4.7μF) , 如图3所示, 作对称星形连接 (或串联电容, 线路自定。避免接线短路情况发生, 要求注意安全) , 用2只瓦特表测量三相电路的功率。
(1) 三相负载对称时, 测量两个功率表读数, 记录此时的电压值 (调压器输出电压以小于150V为宜, 避免高压容易造成危险和灯泡过热而损坏负载) 。
(2) 三相负载不对称时 (采负载灯泡3:2:1形式) , 测量两个功率表读数, 此时的相电压值也为150V。
用1只瓦特表测量上述对称电路的无功功率, 注意一个功率表的接线 (如图4中瓦特表2的电压接线) 。此时的相电压值与实验步骤1中相同, 仅读取瓦特表2的读数。
(仅读瓦特表2的读数)
3 实验仪器及注意事项
3.1 仪器要求
本实验所需仪器:三相负载电路板、含多组高耐压值电容器1套;数字功率表 (瓦特计) 2只;导线、插座若干。
3.2 实验注意事项
瓦特表测量的功率因数应该是测量的电流和电压相位的夹角的“cos”, 本实验的接线方式导致此时2个功率表的功率因数不代表这个三相电路的功率因数;注意2瓦特表测量时, 两个表的读数可能一“正”, 一“负”;如果采用其他方式连接构成三线制三相负载 (如三角形负载) , 连接一定要细心, 确认正确后再开始实验, 以免造成事故。实验线路须经指导教师检查无误后通电, 更改线路, 拆、接线时要断开电源。
测量时, 严禁用身体的任何部位接触带电的金属裸露部分。严禁带电改接线路, 改接线中时应断开电源, 如电路中有电容负载, 应在断开电源后, 将电容放电。
正确使用调压器, 本实验是强电实验, 实验线路联接完毕, 自检无误后, 经指导教师查线合格后, 方可合闸做实验。测量中线电压时, 注意万用表表笔放置的位置。注意功率表的接线方法、以及功率表的读数方法。合理选择仪表的量程。做实验内容二时, 负载端的线电压不得超过给定值。
4 实验总结
4.1 实验报告
根据所测得的参数, 在同一图中画出负载对称与不对称有无中线的电压, 电流相量图;为什么中线上不能装开关或保险?如果装上了会造成什么后果;用实验数据和观察到的现象, 总结三相四线制供电系统中中线的作用。
比较测量结果, 并进行分析。总结三相电路功率测量的方法。
4.2 实验总结
根据上述实验的目的和技能要求, 结合参考方案, 请各组独立完成实验。要求:每组设计一套实验方案, 包含:
1) 给出实验的线路连接图, 量值和线值的计算公式;
2) 列出实验所用到的仪器仪表和设备;
3) 拟定实验的步骤和实验的数据表格;
4) 指出实验的注意事项。
经审定合格后, 完成本次实验。
递交本次实验的实验报告与总结。
摘要：本文通过两个基于三相交流电路的实验训练, 提高复杂交流电路的实验能力, 提高分析问题和解决问题的能力, 增强动手能力。
关键词：三相电路,功率测量
参考文献
[1]伍秀萍.三相电路有功功率测量新方法[J].青海师范大学学报 (自然科学版) .2004, (02) .
电路实验教学改革研究 篇9
关键词：电路虚拟技术,数字电路,教学实验
虚拟实验技术是综合运用多媒体、计算机网络和虚拟现实等技术而产生和发展的一种实验模式[1],引入虚拟实验技术,通过软件模拟硬件电路的行为,为学生提供逼真的实验环境[2]。虚拟实验不受时间、空间的限制,学生动手设计电路、编写程序、调试、运行程序、模拟分析仿真结果,有利于保护实验仪器,提高实验仪器的利用率,也可弥补实验器材不足而无法进行相应的实验的弊端,达到获得近似真实的实验效果目的。
1 《数字电路》实验中存在的问题
(1)传统的实验课教学大多采用“课前预习-实验操作-实验报告”的形式。督促学生在课前做好预习工作的目的是熟悉相应实验流程,避免实验过程中不知所措。在课前指导学生预习时,学生对仪器相关知识的了解只能面对书本和多媒体中一些静态的图片和文字性的描述,缺乏面对仪器时的真实性和具体操作的过程。
(2)实验室设备、师资力量等配套设施难以满足个性化教学的要求。由于时间限制,教师无法单独指导参与实验的学生,学生也不可能在学习过程中随时到实验室实验操作,在实验中学生因无法熟练使用实验设备而无法取得良好的实验效果。
(3)因实验学时限制,一些难度较大的实验难以在有限的时间内完成。
(4)实验设备限制了创新性实验的开展。
(5)真实实验具有一定的危险性和不可逆性。实验的不可逆性会影响实验的继续进行,也会带来实验设备的损耗。
2 虚拟实验的特点
(1)虚拟实验可以解决仪器短缺的问题。虚拟实验只需很少的资金就可以买到相应的软件,甚至可用到免费的软件,这样就可解决仪器短缺的问题。
(2)在课前指导与预习环节时可对着虚拟实验认识和操作相应的仪器,熟悉仪器的操作流程,可避免实际操作时错误的发生,避免实验过程中的盲目,有利于仪器的维护。
(3)虚拟实验没有时间和空间的限制。
(4)虚拟实验技术可以进行创新性实验。
(5)虚拟实验可以反复修改、尝试,避免了器件的损耗,节约实验开支。
(6)实验结果可以保存分析。虚拟实验中,可以把稍纵即逝的实验结果保存下来,便于仔细观察和分析。
3 虚拟实验在教学中的实践情况
(1)在教学实践中,采用先用虚拟电路实验,后用实验箱验证完成的模式,如图1所示。
(2)对于现有实验箱提供的实验项目,引入虚拟实验系统来补充,如图2所示。
(3)设计类实验的虚拟实现。在掌握了数字电路基础理论前提下,让学生做一些小型的设计类实验,可帮助学生将所学的知识结合起来,是融会贯通的一种方法。
4 结束语
虚拟实验是现代教学发展的一个趋势。但是,虚拟实验也有弊端,主要是虚拟实验不利于学生发现问题和解决问题能力的培养,不利于学生实际动手能力的培养。因此,在实际操作过程中,既不要降低传统实验的地位,也不要无视虚拟实验的作用,要二者有机结合,互为补充,才能提高实验的效果,充分培养学生各方面的能力。
参考文献
[1]江晓安.数字电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.
[2]单美贤,李艺.虚拟实验原理与教学应用[M].北京:教育科学出版社,2005.
[3]张春芳,马志彬.数字电路虚拟实验的建模与仿真[J].电脑开发与应用,2006,19(9):36-37.
[4]谢自美.电子线路设计、实验、测试[M].武汉:华中科技大学出版社,2008.
[5]侯伯亨.数字系统设计基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.
[6]王春海.虚拟机技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2006.
[7]马明山,张明.虚拟现实技术在现代教育中的应用探讨[J].安阳师范学院学报,2008(2):142-144.
[8]王莹莹.浅谈虚拟现实技术在高校教育中的应用[J].重庆石油高等专科学校学报,2004,6(4):89-90.
电路实验教学改革研究 篇10
关键词：教育现代化；仿真实验教学；射频电路；电子信息技术
中图分类号：TM933.3+3
1引言
高校《射频电路》教程介绍了射频电流的基本理论和仿真实验设计方法，能够使大学生通过科学的仿真实验，验证相关的物理现象和反应，在加深学习印象的同时，也提高了实践能力，这与素质教育的初衷不谋而合。所谓射频，指的是大容量通信载波电磁频率，其频率在200KHZ到500GHZ之间不等，可用于传送电话以及电视信号等。通常，射频电路的计算往往是复杂而繁琐的，最重要的是要在多个不同的近似值中找到最合理的一个数值，此外，器件的变化也会影响最终的优化值，使其受到多种复杂因素的影响导致实验的不稳定性。所以，仿真实验设计显得尤为重要，也是设计射频电路的必要手段，是射频工作人员必须掌握的项目之一 。通过射频仿真實验，高校学生能够充分理解实验的设计思路和原理，在独立自主的情况下观察数据变化，分析实验结果。
2《射频电路》中射频仿真实验设计
下面我们主要介绍两种滤波器设计的仿真实验，实验主要以ADS为工具进行。
2.1集总参数滤波器设计
滤波器，即信号处理器，在射频电路中是不可或缺的器件之一，它能够有效传送系数和发送频率波，反射耗损及形状系数等。本次仿真实验利用了集总参数原件实现滤波器设计，它指的是电容、电阻这些元件，它们的频率较低，通常在1GHz以下，因此教材中采用了7级滤波器。首先，要设置实验的总体属性，步长定位于10MHz，其他数值为默认。然后开始实验步骤，将元器件放于规定位置，再将变量的极限范围确定好，保证滤波器的电路是对称顺畅的。值得注意的是，元器件署名必须保持唯一性，在选择配件时要选择与配件一致的名称。其次，添加矩形窗口LowPass-Lumped-Graph，将复选框里的全部打对勾，然后将参数设置为D33，D35。再次，进行优化目标。将算法设置为Local Random，根据电路原理中的变量属性确定能否将每一个变量进行优化。也许优化结果与仿真目标有一定的差距，这需要我们逐渐改变变量的初始值和极值范围，若仍存在误差，则打开TUNER进行微调。由此可见，集总参数滤波器的设计不适用于高频率的工作节奏，将电容与电感互换位置会使低通和带通效果更好。
2.2 耦合微带线带通滤波器设计
耦合微带线带通滤波器用于抑制通信系统的噪音问题，用ADS软件建模后的耦合微带线带通滤波器能够实现带宽120MHZ的频率进行试验。
首先，我们需利用ADS协助操纵频域和时域电路仿真的优化设计，将标准参数选好后，统一归化值。再次确定上边频和下边频，将微带线的实际尺寸与标准数据相核对。
其次，归一化后的滤波器阶数要与元件参数相吻合，然后保证带通滤波器电路的奇模和偶模抗阻顺利，如果遇到较为繁琐的运算，可使用现有的计算工具帮助运算。通过一段时间的抗阻后，不难得出微带线路板的参数和微带线的几何尺寸。
再次，设计电路原理图上的各项数据都计算完毕后，即可连接电路进行仿真。仿真过程中得出的数据可能和理论值差异较大，这时我们可以采用OPTIM进行修复优化，将取值范围和试验次数进行不断的调整，直至达到或接近理想值。在仿真实验进行的过程中，学生要仔细观察各项参数的变化对试验结果有怎样的影响，以及都有哪些因素能使设计结果发生改变。
最后，进行版图的仿真设计。电磁场数据的计算要通过矩量法，先添加PORT程序以生成版图，再将仿真窗口设置为优化变量值，这样初步的仿真曲线就形成了，若曲线与实际偏差较大，可继续重复上一步骤进行重新优化，直至得到理想曲线为止 。或者将变量的初始值更改为优化目标的参数值，这样得到的数据会更为接近实际操作结果。上述步骤的仿真试验是耦合微带线带通滤波器的制作依据，实验参数对科研具有很大的参考价值。
3 射频仿真设计所需的软件
现代化的教学设备和手段已经成为新时期高校教育改革的新目标，实验室条件的不足会直接导致教学成绩的不理想，下面我们就射频仿真试验所需的Multisim 10和ADS两种高科技软件进行简要介绍。
3.1 Multisim 10仿真软件
Multisim 10是用于设计电路和虚拟仿真试验的软件，广泛应用于实验室和工程设计中，它为元器件提供了20000多种高效模拟模型和RF组件，必要时用户还可自己编辑程序。它在数字电路和射频电路的仿真效果上是其他软件无法比拟的 。
Multisim 10能够为射频电路提供基本的设计方案，其射频模块与射频元件能够根据用户所需自动生成模拟器，随时解决SPICE在高频工作中出现的不稳定因素。高频电路实际上相当于一个双端口的局域网，需通过插入电路才能完成射频分析，而Multisim 10恰好具备最大功率的传输放大器，由射频功率管将元件依次放入电路中。然而，《射频电路》教程中也包含了低频电子线路的相关内容，为了使Multisim 10在实验室中通用，我们通常选择静态工作点，使摆幅控制在V CC / 2以内。
3.2 ADS仿真软件
ADS仿真软件能为射频电路仿真实验提供一系列功能强大的优化器，通过系统设置自动得到最优值，最优值数据往往与教材中的理论值非常近似，非常适合学生理解与运用。ADS原理是从最基本的电路设计为起点，使用S参数进行仿真和设计。有关ADS软件的设计资料相当丰富，可吸取经验的实际案例也比较多，当学生在自主实验的过程中遇到任何不懂的疑问或操作上的难题，可随时通过资料参考解决，从而有利于其自主学习习惯的养成。
4 总结
综上所述，《射频电路》是一门理论结合实际的实用教程，射频仿真实验教学为高校学生独立思考问题和探索真理搭建了一个平台，能够提高学生自主学习的能力，使其学习科学技术的同时，提高了创新能力和实践操作技巧。
参考文献
[1]鲍景富，陈瑜.射频电路教学中的理论与工程实践.《实验科学与技术》.2012，4（3）：145
[2]李松松，李响，高晓也.Multisim 10在射频电路实验教学中的应用研究.《现代电子技术》.2014，5（18）：83-84
单相正弦交流电路的实验研究 篇11
关键词：正弦交流电,实验,验证,相位差
1实验线路及原理
本实验采用KCO5晶闸管集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶闸管电路的交流相位控制, 具有锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交保护、输出电流大等优点。
单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成, 如图3-15所示。
图1中电阻R用D42三相可调电阻, 将两个900Ω接成并联接法, 晶闸管则利用DJK02上的反桥元件, 交流电压、电流表由DJK01控制屏上得到, 电抗器Ld从DJK02上得到, 用700m H。
2实验方法及目的
2.1实验方法
2.1.1 KCO5集成晶闸管移相触发电路调试
将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V, 用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端, 按下“启动”按钮, 打开DJK03电源开关, 用示波器观察“1”~“5”端及脉冲输出的波形。调节电位器RP1, 观察锯齿波斜率是否变化, 调节RP2, 观察输出脉冲的移相范围如何变化, 移相能否达到170°, 记录上述过程中观察到的各点电压波形。
2.1.2单相交流调压带电阻性负载
将DJKO2面板上的两个晶闸管反向并联而构成交流调压器, 将触发器的输出脉冲端“G1”、“K1”、“G2”和“K2”分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载, 用示波器观察负载电压、晶闸管两端电压Uv T的波形。调节“单相调压触发电路”上的电位器RP2, 观察在不同α角时各点波形的变化, 并记录α=60°、60°、90°、120°时的波形。
2.1.3单相交流调压接电阻电感性负载
(1) 在进行电阻电感性负载实验时, 需要调节负载阻抗角的大小, 因此应该知道电抗器的内阻和电感量。常采用直流伏安法来测量内阻。电抗器的内阻为
电抗器的电感量可采用交流伏安法测量, 如图2所示。由于电流大时, 对电抗器的电感量影响较大, 采用自耦调压器调压, 多测几次取其平均值, 从而可得到交流阻抗。
电抗器的电感为
这样, 即可求得负载阻抗角
在实验中, 欲改变阻抗角, 只需改变滑线变阻器R的电阻值即可。
(2) 切断电源, 将L与R串联, 改接为电阻电感性负载。按下“启动”按钮, 用双踪示波器同时观察负载电压U1和负载电流I1的波形。调节R的数值, 使阻抗角为一定值, 观察在不同α角时波形的变化情况, 记录α>φ、α=φ、α<φ三种情况下负载两端的电压U1和流过负载的电流I1波形。
2.2实验目的
(1) 学习交流仪表及功率表的使用方法。
(2) 验证单相正弦交流电路总电压、电流与各元件电压、电流的相量关系。
(3) 日光灯电路的连接。
(4) 熟悉功率因数提高的方法及功率的测量方法。
2.3需要注意的事项
(1) 触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极, 此时, 应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置, 并将Ulf及Ulr悬空, 避免误触发。
(2) 可以用DJK02-1上的触发电路来触发晶闸管。
(3) 由于“G”、“K“输出端有电容影响, 故观察触发脉冲电压波形时, 需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极 (或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端, 来模拟晶闸管门极与阴极的阻值) , 否则, 无法观察到正确的脉冲波形。
3结果分析
(1) 在交流电路中, 基尔霍夫的两大定律中直流电流在任何时刻, 流入任一结点的电流 (电压) 代数和恒为零, 交流电流在任何时刻, 流入任一结点的电流 (电压) 矢量和恒为零。
(2) 启辉器由双金属片组成, 电路接通后, 供电电压通过填充气体引起辉光放电。由于两种金属片热膨胀系数不同, 缓慢加热的接触片产生了相对弯曲, 当接触片碰在一起时, 通过镇流器和灯丝形成了串联电路, 使一个相当强的电流将灯丝迅速加热。金属片接触后, 辉光放电结束, 金属片开始冷却, 接触点弹开, 电路断开连接, 灯光点燃
(3) 电感和电容的无功功率是异号的, 在感性电路中并联电容, 可以降低无功功率, 提高功率因数;串联电容也可以提高功率因数, 因为串联电容也可以降低无功功率, 提高功率因数, 但是负载上的电压改变流入。
(4) 并联电容后, 灯管两端的电压不变, 电流也不改变, 消耗的功率不变;总功率因数会因为总无功功率减小而提高。
参考文献
[1]王飞.单相光伏并网系统的分析与研究[D].合肥:合肥工业大学, 2005.
[2]易映萍.单相正弦波逆变蓄电池回馈放电技术的研究[D].长沙:湖南大学, 2005.
[3]邢毅川.单相-三相电力电子变换器调制策略研究[D].沈阳:大连理工大学, 2014.
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