随着信息电子技术的不断发展，其数字电子技术与模拟电子技术也渗透到人类生产生活的各领域中。然而二者在实际应用过程中都存在以一定的优势与不足，需要根据实际生产需求以及经济条件对二者进行选择。本文主要对模拟电子技术与数字电子技术的基本概述以及二者的优势比较进行探析。
【关键词】模拟电子技术 数字电子技术 优势比较
近年来工业行业以及计算机技术领域中电子技术的应用，很大程度上促进工业的进步与电子行业的发展。然而其中的主流技术数字电子技术和模拟电子技术在实际应用过程中存在较大的差别，而大多行业使用过程中并未结合自身实际状况以及电子技术的特点，导致信息电子技术无法充分发挥应用的效果，甚至增加技术应用的成本。因此，对二者优势比较分析具有十分重要的意义。
1 信息电子技术的基本概述
1.1 对模拟电子技术的研究
电子技术中的模拟电子技术在当前生产生活领域中应用较为广泛，其可理解为处理仿真信号的模拟电路，且与现代许多学科如自动化、电气或数学等保持密切相关。在电子元件选用方面主要以晶体管为主，而实现自动化目标主要得益于其对电路的自动控制。从许多工业控制设备中与电路中都可发现模拟电子技术的实际应用。例如，工厂化农业便将农业生产对象利用计算机技术进行模拟，既可使生产成本降低，也符合生态环境保护目标。而且伴随计算机技术的不断推进，模拟电子技术在具体分析方法方面也将趋向于系统化与通用化，而器件方面也将向集成化与多端化方向发展。
1.2 对数字电子技术的研究
对数字电子技术的概念，可理解其为一种相对的技术，可对模拟信号利用抽样定理完成整个抽样过程，这样使获得的电子信号具有较高的精度，在许多高精度设备中都有所体现。例如，以数字电子技术为基础的数字电视，既保证信号传输过程中精度得以提高，也使信号受噪声的影响得以减小。而且为保证信号的传输更具安全性，也可对数字信号设置加密系统，充分发挥数字电子技术的应用效果。实际生活中所见到的数字点数优质画面，都得益于数字信号的应用。因此，这种利用数字电路对模拟信号处理的方式随信息技术的不断发展也将应用于更多的领域中。
2 数字电子技术与模拟电子技术的优势比较
2.1 从主导电子技术应用的信号形式角度
电子技术的应用主要取决于电路的信号形式，需以电路要求为根据做好技术匹配工作。通常在应用模拟电路过程中，所选择信号主要以模拟电子信号为主，通过对模拟电路特征的分析完成相关技术标准的设定，如关于放大器电子电路的设计或增益电路的设计等更适合选用模拟电路。通常对模拟电子技术的选用主要考虑到模拟电路在造价成本方面较低，而且国内目前在该技术的应用方面也较为成熟。但也因该技术应用原理较为简单，很容易在信号传输或接收过程中受到噪声影响，使模拟信号存在一定缺陷，所以适用范围更集中在低端应用中。相比之下，数字电子技术更倾向于高端电子电路中，特别许多电路对信号传播具有较高的精度要求，都需充分发挥数字电子技术的作用。所以电子电路在数字电子技术中的设计较为高端，需保证传播与接收过程中信号的质量。也因如此，数字电路造价成本远远超出模拟电路成本，更适用于高端设备中。由此可总结，从信号形式角度，模拟电子技术主要以模拟信号为主，而数字电子技术则注重数字信号的使用。而在电路形式方面，两种技术的使用考虑的为电路精度要求以及复杂程度。尽管相比之下，数字电子技术能够满足高精度要求，但应用时需考虑到成本问题，而模拟电子技术尽管存在一定的缺陷，但对电路要求较为简单且具备一定的成本优势，所以在市场中极受欢迎。因此选择时应对二者在信号传播与电路具体形式方面所体现的优势对比分析，做好电子技术选择工作。
2.2 从二者具体应用中的优势比较角度
信息技术发展的今天，数字化已成为发展的主流，其相比模拟电子技术，具有许多无可比拟的优势。例如现阶段电子计算机领域、通信系统领域或其他控制装置等行业中都广泛应用数字电路，而且这种数字电路本身不对物理量作出精确要求，通过自身的开关电路便能从大体上确定适用范围。同时在数据信息存储与传输方面，数字电路也可保证信息传输的可靠性与存储的安全性，具有极强的抗干扰能力。所以数字电路在应用有优势上极为明显，适合系列化与集成化等方面的生产领域中，但需注意实际应用中应考虑市场造价问题。而在模拟电子技术应用中，以电视信号接收为例，利用模拟电子信号的电视不仅在画面效果上存在失真情况，在传输模拟信号时也会出现噪声混杂现象。此时便需利用数字电子技术采用抽样方式处理原有模拟信号，以此生成数字信号，避免噪声干扰的同时使信号传输更具安全性。
3 结论
无论数字或模拟电子技术从信号处理与电路角度都可理解为对不同信号所采取的相应技术，一般模拟信号强调信号的连续性，而数字信号更注重采取抽样方式获取信号。实际进行二者对比过程中，需充分认识到应用中所体现的优势与不足之处，将造价低廉且原理简单的模拟电子技术应用在低端电路设备中，而数字电子技术能够根据抽样定理使电子电路精度得以保证，可适用于精端电路设备中。因此，对于不同行业领域应用两种技术时需考虑实际经济状况以及二者的应用原理，充分发挥各自应用的优势。
参考文献
[1]帅建平.模拟电子技术与数字电子技术优势对比[J].合作经济与科技，2014，14（02）：165-166.
[2]任志刚.模拟电子技术与数字电子技术优势对比[J].电子技术与软件工程，2015，11（03）：125.
[3]张小英.信息技术与高校模拟电子技术课程教学整合的研究[D].西南大学，2010.
作者简介
孙炳（1993-），男，山西省五台县人，大学本科学历。现供职于长安大学。研究方向为信息处理与通信技术。
关键词：电子应用；电子电路；仿真技术
1电子电路仿真技术
1.1电子电路仿真技术的内涵
电子电路仿真技术就是在电子电路设计的过程中，设计人员利用计算机仿真技术对电子电路的工作状态，采用数字化的形式将其呈现出来，从而能够真实的、准确的模拟出电子电路的工作状态，能有效的帮助电路设计人员来分析电路的功能与基本特征。从工作原理上分析，电子电路仿真技术就是利用数字模拟的方法对电子电路中的各个元器件与模块进行组合测试，分析新设计的电路工作状态，并将其应用于电子电路的开发与设计中。电子电路仿真技术通过对设计的电子电路进行集成化的建模模拟，可以对电子电路的设计进行全局统筹管理，在电子电路的测试还是在研发上，都具有优势，由于电子电路的设计需要集自动化、电气、机电于一体的工作模式，为了控制产品设计的达标和质量的准确性，利用模拟仿真技术对其进行调整是十分有必要的。
1.2常见的电子电路仿真软件及功能
（1）OrCADPSpice软件。该软件是一种针对元件级别的电子电路仿真软件，主要是采用Spice通用语言进行编写，可以根据实际需要开发模块，具有较强的移植性，在电子电路设计中具有较好的性能。该软件主要由电路仿真、元器件编辑以及原理图编辑等模块构成，利用电路元件模型编程设计，可以对元器件的真实特性进行模拟，在模拟时，可以利用电路方程进行计算，分析电子电路的细节特性，OrCADPSpice软件的主要功能是用于复杂电路的特性分析，能对元件级别的电子电路进行模拟，还能对数模混合的电子电路进行仿真模拟，在电子电路设计时，该软件能够提高电路的集成效果。OrCADPSpice软件的缺点是不适合电路功率比较大的电子电路，对分析计算时间比较长的电路分析也缺乏灵敏性，对于仿真收敛性差的电子电路也不能有效的模拟。（2）Saber软件。该软件是功能比较强大，适应比较强的电子电路仿真软件，可以应用于电力电子、机械、光电等不同类型电路的模拟仿真，而且还具有兼容混合仿真的功能，能从不同的层面分析电子电路的测试与特性，它能对原理图的电路进行输入性的模拟仿真，对电路中的复杂数据进行可视化分析与建模，该软件的主要缺点是操作比较复杂，而且模拟仿真的原理图效率较低。
2电子电路仿真技术在电子电路设计开发中的应用
2.1促进集成电路的开发与设计
电子电路是集成电路的设计的关键，电子产品的不断更新与发展，对集成电路的性能也提出了新的要求，只有不断创新集成电路的设计，才能提高集成电路的性能，利用电子电路仿真技术可以有效地对电子电路进行设计，并可以对复杂的集成电路性能进行分析，从而能方便的将集成电路进行压缩，从而形成芯片级的集成电路，这样不仅有利于电子产品的开发，还能增强电子产品的可靠性、安全性、稳定性及美观性，还能提高电子产品的芯片性能与工作效率，利用仿真技术对集成电路的性能、参数等分析计算，利用仿真电路的虚拟化测试，优化电子电路的设计方案，以不断的优化集成电路的性能。因此，在集成电路的开发与设计，需要灵活的运用芯片系统思想进行常开发，不断利用仿真技术对电子电路的性能进行分析计算，来验证芯片性能，分析其是否满足电子产品的要求，同时可以利用仿真模拟技术对集成电路进行不断的完善与改进，从而保障电路设计的准确性，从而不断的促进电子电路的发展。
2.2优化电子电路的设计方案
在电子电路设计的过程中，需要综合考虑电子电路器件的性能，如温度敏感性等，一旦电子元器件外界的稳定发生变化，或者环境发生改变，外界的温度就会对电子元器件产生一定的影响，从而影响整个电路的稳定性，利用仿真软件对电子电路的长时间运行状态进行模拟，及时发现电子电路运行中存在的问题，及时调整电子电路的设计方案，才能总体提高电子电路的性能，从而能够提高电子产品的稳定性，将电子电路仿真技术应用于电子应用开发中，对电路运行的每一个细节进行模拟，达到总体优化电路的设计方案。采用电子电路仿真技术可以对不同温度状态下的电路特征情况进行分析，便于为设计人员提出电路的设计方案，进而整体改善电子电路元器件的温度敏感性，打的优化电路设计的目标。
2.3提供新的电子开发方式
电子电路新技术的发展，为人们提供了更为优质的电子系列服务，在开发新的电子产品时，需要注重电子电路的创新设计，才能提高电子系列产品的开发效率，采用仿真技术可以快速的多电子电路的相关功能、参数等进行设计分析，达到优化电子电路的目的。在传统的电子应用开发工程中，由于元器件比较复杂，电路受到多种因素的影响，导致电子电路设计与开发的时间过长，技术也比较漫长，在仿真技术发展的情况下，利用模拟仿真可以对电子电路的设计进行调整，也就提供了新的电子电路开发方式，利用模拟仿真技术还可以对电子电路的环境进行模拟、实验与调试，改善了电子产品的设计效果，极大地优化了电子产品调整效果，采用电子电路仿真技术，使得电子产品的开发呈现出多元化的发展趋势，也为电子产品的开发提供新的思路。
2.4有效验证电路设计的功能
对于电子电路的开发设计只是电子产品开发的第一步，如何有效的验证电子电路的功能是否满足要求，保证电子电路功能、参数的稳定，成为电子产品开发的关键，这就需要采用仿真技术对电子电路的功能进行模拟，对电路的功能进行多重验证，以保证电子电路应用的稳定性、合理性、科学性与安全性。电子电路的设计人员可以将仿真技术的模拟分析功能与电路设计的可行性结合在一起，全面对设计的电路进行检测分析，通过模拟仿真的参数来分析电路存的误差，以及电路在运行的过程中，与实际预期不符合的情况，从而能有效的降低电路功能的误差，或者存在着不能使用的情况，真正实现对电子产品的电路设计的功能进行验证，同时在一定程度上还能提高电子产品的功能能。
2.5在电子电路的虚拟测试中的应用
电子电路的设计要能合理根据各个电器元件的功能，详细地对各个参数进行设计，才能保证电子电路的高精密性的要求，如果电路的稳定性不强，精密性不高，就会影响着电子电路的稳定性，利用仿真软件的功能，可以对电子电路的运行情况进行虚拟性的测试，从而能够对电子电路的功能、参数进行有效的设计，提高电路的稳定性。因此，在进行电子产品开发与应用时，针对电子产品应用的环境，保证电子产品在恶劣的环境中能够发挥稳定的功能，就需要设计特色的环境，对电子电路的运用进行进行分析，采用仿真技能，可以展开特殊环境在电路运行状态的模拟分析，测试电路运行的极限值，保证电路在高温、高压情况下参数、特性保持稳定，通过仿真技术的虚拟测试，及时发现电路中的问题，可以提高电子产品应用的稳定性与安全性。
3结束语
电子电路仿真技术在电子电路开发中的应用，可以快速的、有效的对电子电路的性能进行模拟测试，便于设计者能快速、准确地发现电路设计中存在的问题，提高了电子电路的设计效率，也为电子电路的稳定性、安全性等提供了基础，从而也能够有效的促进电子产品向集成化的方向发展，使得电子产品的应用能够为人们提供更优质的服务。
参考文献
[1]苏青霄.电子电路仿真技术在电子应用开发中的作用[J].企业科技与发展,2020(02):142-143.
[2]蒋昌太.电子电路仿真技术在电子应用开发中的运用[J].电子世界,2019(24):173-174.
一、模拟电路故障模拟实验箱的要求
北京交通大学自2007年开始，遵循“兴趣驱动、自主实验、重在过程”的原则，培养大学生的创新意识、实践能力和团队精神，调动大学生学习的创造性和主动性，进行以解决问题为核心、以科研课题为依托的大学生创新性实验计划。“模拟电子技术故障模拟实验箱的开发”作为一个北京交通大学大学生创新性实验计划题目，依托指导教师的科学研究课题，开展了模拟电路故障模拟与诊断技术的研究。本实验课题需要学生掌握电路设计、PCB、系统焊接与调试、机械制作等多领域知识。实验题目需要利用的资源包括计算机、PCB设计软件、示波器、信号源、焊接工作台、直流电源、钻孔机、模拟电路实验箱等。“模拟电子技术故障模拟实验箱的开发”题目要求如下：制作一个教学和科研均可使用的模拟电路故障模拟实验箱，实验箱附带方便插拔的常见模拟电路板（例如共射放大电路、电阻网络、文世桥振荡器或二阶滤波器等）。自制实验箱直流稳压电源（+12V、-12V、+5V）和波形发生器。模拟电路板插入实验箱后，借助实验箱的固定插槽和电路板的固定脚，自动实现电路板的供电连接与信号输入（若电路板需要特殊信号，可以在电路板预留插口以方便外接信号源）。每个模拟电路板选取最容易发生故障的元件进行故障模拟，使用者能够自由选择电路板和故障类型（可以通过拨码开关控制故障元件）。每个电路板预留几个关键节点插口，以供外接示波器或其他测量仪器观察故障信息。要求实验箱实物外观精致，具有较强的实用性，能够达到教学、科研和展览等要求。该实验计划题目的创新特色在于：可以自由切换模拟电路板；自动实现电路板的供电连接和信号输入；可以自由选择故障元件和故障类型。
二、模拟电路故障模拟实验箱的制作
模拟电路故障模拟实验箱的外壳选用中小型实验箱，然后自己进行改装，需要钻孔、安装其他部件、喷涂文字标识等。实验箱附带几块方便插拔的常见模拟电路板，实验板可以是模拟电路教学或研究中经常使用的常见模拟电路。实验箱直流电源使用220V交流电，内部直流电源将220V交流电变为+12V、-12V和+5V等直流电。直流电源的功率和稳定性达到模拟电路板的使用要求。如果某模拟电路板需要使用正弦波或方波等波形作为输入信号，实验箱可以根据需求制作波形发生器。模拟电路故障模拟实验箱在四个角预留可以插入模拟电路板的插槽，需要精心设计实验箱的固定插孔和电路板的固定脚，从而实现模拟电路板的灵活插拔。实验箱部分固定孔已经与直流电源连接，当模拟电路板插入实验箱后，通过实验箱的固定插槽和电路板的固定脚，自动实现电路板的供电连接或信号输入。如果模拟电路比较特殊，也可以根据需要在模拟电路板上设计电源开关，通过开关控制是否供电或输入信号。部分电路板电路图。为了避免故障太多导致无法正常模拟采集数据，每个模拟电路板只选取几个容易发生故障的元件进行故障模拟，故障元件可以根据理论、仿真和实践经验进行选择。每个故障元件可以模拟多种故障。例如电阻可能出现阻值下降、阻值上升、短路、断路等不同程度的故障。使用者能够自由选择电路板和故障类型，并使用外接仪器测量模拟电路的关键节点数据（节点电压、信号频率和波形质量等）。每个电路板预留几个关键节点插口，以供外接示波器和其他仪器观察故障信息。关键节点的选取需要经过理论推导和实验验证，保证这些节点的信息能够直接反映模拟电路的工作状态[8]。关键节点的数量需要不多不少，数量太多会导致数据量庞大，增加后来的故障诊断难度；关键节点太少会导致无法为故障诊断提供足够的信息。模拟电路板由PCB设计完成，然后改装与实验箱匹配。
三、结束语
【关键词】虚拟现实;虚拟仪器;电子教学
2010年的年初，詹姆斯.卡梅隆的3D电影《阿凡达》席卷了全世界，这部电影完全颠覆了人们心目中传统电影的概念，艺术表现技术发生了质的飞跃，为全世界展现出了宏伟壮观的视觉效果，特别利用了三维立体的电影技术，现在的电影艺术里已经把这项技术作为重要的卖点。电影不仅让观众深深体验到前所未有的三维的视觉和心灵的冲击，同时3D技术也成为了人们关注的焦点。近年来，随着科学技术的成熟，3D技术应用于越来越多的领域，除了全国人民都比较熟悉的3D电影技术，电视与游戏的3D技术也正在兴起，同时虚拟社区的3D商店和虚拟现实技术也逐渐走进了高校的电子教学中。虚拟现实技术在电子测量领域的应用非常广泛，其中也包括电子设计和虚拟实验等。虚拟系统中的编程语言LabVIEW等课程是高校理工科学生和必修课程。目前国内的大学都配有虚拟电子实验室，其中大量应用虚拟现实技术的电子实验教学软件。为了方便教学，学校专门建立虚拟电子实验图像的交互式的教学平台，由电子计算机辅助教学，并且还可以对电路和虚拟实验的非损耗设备进行定期检测，教学设备的类型多样，实验成本低且效率高。
一、虚拟现实技术概述
一般来说，只要是通过三维模型实现人机交互的操作就都可以被称为虚拟现实的技术。虚拟现实的定义还可以用更为严格概念表述：就是指通过虚拟仪器的操作，然后应用到相应的实际场景中，并赋予这个场景一定的功能显示。例如3D汽车模型，当车辆的三维模型制作出来后，可以允许用户选择这个三维模型所处的背景，可以是运行在城市或乡村的路上，它允许用户编写动作脚本为这个虚拟模型进行定义，满足各个要素后得到的才是最完整的“虚拟现实”。
虚拟现实还应该具有以下的特点：
多感知性：这个特点是指虚拟现实不仅能够表现出来计算机技术赋予的特点，通常它还具有听觉、触觉、运动甚至包括味觉、嗅觉的感知功能。
浸没感：又称临场感知，这个特点是指模拟环境的仿真度达到理想的状态，使身临其境的用户难以分辨真假，用户全身心投入到计算机创建的三维虚拟环境中，所有的环境是真实的，就像在现实世界中一样。
互动性：用户在虚拟环境中的可操作程度以及反馈程度，具体的说就是用户可以通过直接接触的方式来控制虚拟环境中的对象，并能感觉到物体的重量等具体信息，用户也可以直接操控视觉对象。
构想性：它是指虚拟现实技术可以创造出一个广泛的空间，可以通过想象扩大用户的认知范围，可以不受真实环境限制而随意的想象，哪怕是现实环境中不可能发生的。
二、在电子教学中应用虚拟现实技术
现在我们所说的虚拟现实技术的本质主要是指人与计算机之间信息交流的技术，针对虚拟现实技术的特点，我们可以把这一技术应用于电子教学过程中，提高教学质量。
1.虚拟教学与虚拟实验
虚拟现实技术能够为为学习者提供丰富的学习资源和学习材料，借助于虚拟现实技术，教师和学生可以在虚拟环境中观察到一些关键问题，让学生在亲身体验中获得实践经验，大大提高了他们对抽象知识的理解能力和对所学内容的控制能力。虚拟实验主要是利用虚拟现实技术建立各种虚拟实验室，根据教学的需要可以在任何时间内，并以任何形式虚拟各种各样的教学设备，教学内容可以不断更新，使教学训练能够与科技的发展速度同步，为学生提供生动逼真的学习环境。
2.虚拟仿真校园
以虚拟现实技术为基础建立远程教育平台，为学生提供移动学习空间，因为高校扩招，目前学校的学生人数已经达到了一定的规模，相比而言学校的教学资源出现了紧张的现象，远程教育通过课程目录和网站程序的交互式远程教学，为每个远程终端开放继续教育，可以提供更多的学习机会和专业技术培训，也能为社会创造更多的经济效益。
三、虚拟仪器在电子教学中的优势
在教学过程中，完整的测试仪器会由许多不同的仪器组成， 这些虚拟仪器和计算机网络互连，网络模块可以建立通信系统与远程应用工具交流信息，通过互联网电子邮件系统的功能为远程实验教学创造了有利条件。
虚拟仪器拥有强大的数据处理功能，它以计算机技术为核心技术，使用虚拟仪器可以很容易地测量变量，并且清晰的显示测量分析的过程。而传统仪器的测量存在一定误差，虚拟仪器的测量速度快、精度高，优势比较明显。
虚拟实验的设计和测试是各种电子电路等电路虚拟实验的反馈，教师可以设计计算机“虚拟组件”和“虚拟测试仪”工作平台，学生通过远程网络学习后访问学校的虚拟实验室系统，执行应用程序即可进行虚拟实验，测试的结果和模拟分析过程都会存储在磁盘上，有且于学生对于学习结果的巩固。
虚拟电子实验室为学生创建了一个理想的测试环境，构建新的教学模式，促进学生的创新能力，教学结果的验证实验方案也可以选择解决具体生活中的问题，如数字电路课程结束后，学生可以把虚拟实验室中的操作用于声控灯、报警电路、控制电路和控制电子交通灯的电路设计，不仅可以提高学生学习的积极性，还有助于提高教学质量和学生的动手操作能力。教师还可以利用虚拟电子实验室设计一些高难度的综合设计，例如数字钟里的计数、译码和分频电路对于钟表数字显示的控制，集成的组合逻辑电路和时序逻辑电路等，进一步培养学生的能力。
参考文献
[1]胡长涛，徐淑娟，朱翠兰.虚拟校园漫游系统的研究与实现[J].机电产品开发与创新，2011（02）
[2]陈路，吴成明.基于VRML的虚拟场景构建的优化[J].电脑学习，2008（06）.
[3]李欣.虚拟数字校园场景建模研究[J].浙江师范大学学报（自然科学版），2005（04）.
[4]朱岩，鲍泓，张姝，孙悦，马楠. 场景三维仿真漫游系统设计与实现[J].北京联合大学学报（自然科学版），2010（04）.
[5]张伟.Web3D技术在网络课程建设中的应用[J].电脑学习，2009（06）.
Abstract The application of virtual technology to the teaching of electronic technology is a hot topic in the reform of electronic technology in Colleges and universities. On the computer， the Multisim software is used to simulate some of the circuits. It can demonstrate the experiments that cannot be done in the classroom and laboratory， and solve the difficulties in learning， so as to embody the teaching principles of combining theory with practice. Therefore， this paper will explore the application of virtual simulation experiment in the current electronic technology teaching reform， and put forward corresponding suggestions for its practical application measures， so as to better accomplish the teaching of electronic technology.
Keywords virtual simulation experiment； electronic technology； teaching reform； application
相对于传统的电子线路实验，虚拟仿真实验的演示结果与理论值之间的误差更小，参数修改更方便，且电路构造灵活，扩展性非常强，故目前高校电子技术教学改革中不约而同地引入了虚拟仿真技术，本文将针对虚拟仿真实验在高校电子技术教学中的应用进行分析与探讨，从而增强虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用效果，提高高校电子技术教学的教学质量及满足培养电子技术专业的人才的需要。[1]
1 虚拟仿真技术的优点及应用现状
电子技术是一门实践性非常强的学科，而在课堂上，由于在实验箱上进行实验繁琐且实验数据误差大，教师无法在课堂上演示所有实验。现在一般学校采用的方法是老师讲授完相关理论知识后再由学生在实验室验证，这样容易面造成了理论和实际的分离；另外电子技术高速发展，新电路、新器件不断涌现，而实验室受条件限制无法及时满足各种电路的设计和调试要求，实践环节的缺失影响了学生的学习兴趣与学习效果。
为解决此问题，一味地依靠教师的理论教学是不够的，只有课堂教学与实验结合，才能够从根本上解决。虚拟仿真技术是把Multisim仿真软件运用在PC平台上，作为图形操作的界面，与相似的现实中电子实验工作台连接，工作台能够完成与现实一样的实验操作。[2]由于虚拟仿真技术在电子技术中的应用范围主要是电子电路分析、设计及仿真方面，所以普遍采用的是一种EDA软件，因为其实践效果强，环境模拟逼真，教师对这类软件的操作也比较便利，学生在实验课中也能够灵活地对实验参数、电路改造等进行模拟，能够满足学生的实践操作欲望，对其动手能力进行有效锻炼。
2 Multisim软件的介绍
Multisim软件是目前高校引进虚拟仿真实验的重要工具，实质上Multisim软件是在windows系统环境下开发出的电路仿真软件，能进行电路瞬态分析、稳态分析、时域和频域分析、噪声分析、直流分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析、电路容差分析等，且可以完成故障模拟及数据储存等要求，其功能十分完善。Multisim软件优点：能为用户提供直观的操作界面，便于原理图的设计输入，能够帮助学生进行元件放置及连接、任意拖动引线和进行微调，有利于教师对学生的实践能力评价；元件的划分系列有序，便于学生在数量众多、型号丰富、器件模型繁琐等情况下，快速寻找到所需的元件，节省了实验时间，便于实验的高效进行；丰富了电子设备种类，由于学校对电子实验室的投入限制，电子实验室能够提供的实际设备是有限的，故而很多实验都要因实际原因进行调整，但Multisim软件能够提供与实际功能相同的函数发生器、波特图仪字信号、频率计发生器、示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪、失真度仪、网络分析仪等18种虚拟仪器，以及与实?H完全相同的示波器、数字万用表、信号发生器，既节省了实验室投入成本又便于学生的实践操作； Multisim软件的仿真电路的准确性非常高，比如对比传统的SPICE模型的高频仿真实验， Multisim软件采用了高频电路仿真元件模型库及仪表搭建高频电路所进行的高频电路仿真实验，其数据的准确性远远高于SPICE模型，加之Multisim软件能够从计算机上直接进行实验数据曲线、电路原理图、元件库清单等打印，缩短了实验的时间，能够让学生更为直观地了解到自身实验操作的情况。
3 虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用研究
基于虚拟仿真技术的各类优点，高校的教学情况及学生的学习状况等实际情况，虚拟仿真实验在电子技术教学改革中的应用可以从教学模式及学习组织形态这两方面进行，能够更好地加强其应用效果。
3.1 情景式教学
从学习共同体的构建及学生认知特点这两个角度来看，目前电子技术教学所缺乏的是情景式的教学氛围。情景式的教学能够使得学生更快地融入到学习状态、工作环境中，虚拟教学能够较好地营造情景式教学氛围，使得学生在逼真的教学环境中，进行实验操作。学习情景与真实世界的结合，能够提升学生的学习效果 。[3]其具体的应用方式是，在电子技术课堂教学中，使用虚拟仿真技术创设出一个虚拟的真实环境，将实验室操作台，图形等难以表达的事物虚拟变化呈现出来，例如在电路实验中，通过电路仿真模拟呈现出现实的电路工作状态，将电路输出结果转化为一个变化的动态过程，使得学生可以直观地观察整个变化过程。教师通过合理的引导将复杂难懂的理论知识形象化，如此学生既能够得到学习的满足感又能更加深入地投入到学习中，教师通过虚拟仿真技术的应用也能够将难解的理论知识通过图形展示、实践操作，逐步展示给学生，解决学生知识难消化的难题。
3.2 探究式小组学习
新时代背景下教师不仅要注重学生的理论知识教学，还要对锻炼学生的实践能力，探究式的小组学习，能有效地提升学生的创新实践能力。单个学生对于问题的思考总是有局限性，而多个学生组成学习小组，共同探究问题的解决方法，能够有效地进行创新思维培养，尤其是在电子技术课程中，大部分的知识都需要学生通过实践来验证。例如在模拟电子线路教学中有“三种基本的放大电路分析”的教学内容，教师可以把学生分成三个小组，分别仿真出三种放大电路的输出波形，教师引导学生根据仿真出来的结果对三种组态电路特点进行比较，总结每种电路的优缺点，然后教师提出问题：怎样利用三种基本放大电路构成多级放大电路来改善电路的性能？这样通过对问题探讨的层层深入及师生及学生之间的互动，能够让学生对所学知识的理解更加深刻。
3.3 虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用举例
振荡电路是电子线路教学中的重点也是难点，要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的fo，且在合闸通电时对于f=fo信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。利用仿真电路图能够很好地模拟从起振到稳福的过程。
关键词：Xenserver；虚拟实验；创新；模拟电子技术
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）26-0023-03
模拟电子技术是电气，电子类专业基础课程，模拟电子技术实验则是以理论为导向，将课堂知识与实验相结合，真正使学生在实验中学有所用，学有所得。但模拟电子技术实验具有原理复杂、操作繁琐、要求较高、效果差的特点，而且单独的仿真软件又不具备在线交流，深入探究的功能，因此建设基于multisim的模拟电子技术虚拟网络实验平台可趋利避害。虚拟网络实验平台不仅弥补了实验器材缺乏、损耗，实验室空间不足等问题，而且可以很好地将学生融入其中，使其学有所乐，乐有所得。同时虚拟网络实验平台不仅包括模拟电子技术基础实验，而且对于综合型、设计型实验，学生也可在此基础上自行发挥与探究，与其他同学交流学习。因此建设虚拟网络实验平台对于培养出基础扎实、知识面广、实验能力强、创新意识高的人才具有较大的实践意义。
1虚拟网络实验平台发展必要性
1.1国内虚拟现实技术研究现状
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，同时虚拟实验是信息化、模拟化教学的一个重要组成部分。根据我国的科技发展国情，制定了开展虚拟现实技术的各项研究。名胜旅游、展出展馆、工业仿真以及国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把虚拟现实技术列入研究项目。在紧跟虚拟技术发展的同时，国内一些高校，已积极投入到了这一领域的研究，比如北京师范大学基于虚拟空间的三维电子线路实验环境，上海交通大学的机器人远程控制系统，中国科学技术大学的物理实验虚拟仿真系统，浙江大学化学虚拟实验操作等都为虚拟实验发展开辟了道路。
本平台为石家庄铁道大学远程访问虚拟机仿真实验系统为高校实验平台建设提出新的理论与途径。紧跟虚拟技术发展的脚步，力求创新。
1.2 现实实验面临的问题
1）电学实验等由于自身具有实验原理复杂，连线困难，操作不易等特点，学生总是望而生畏，实验课上畏手畏脚，实验课下敷衍了事。这给高校实验教学质量带来严重影响。
2）实验器材耗损问题，由于现实实验保护措施不足或者学生操作不当等原因造成的器材损坏以及时间，温度等原因造成的器材损耗给实验的准确性、真实性造成的影响。
3）电学实验的多样性，综合性。由于电学实验不拘泥于基本电路，因此现实实验的改装电路，组合电路往往造成连线复杂不清，容易造成短路，断路等问题。
4）实验教学出现僧多粥少的局面，学生做实验限定地点，限定时间，限定实验，对于学有余力的学生往往学不到更多的知识，学生实验也逐渐成为一种形式。
5）学生平时自己在操作实验箱时缺乏创造性，对于设计性实验，动手能力严重不足，没有实验的拓展延伸创新。
1.3 虚拟网络实验平台发展价值
仿真软件multisim具有超强的仿真能力，它可以对模拟电子技术电路进行仿真，同时分析结果可以以数值或波形直观地显示出来，当仿真失败时，不仅不会损耗实际器材，而且还会显示出错信息，提示可能出错的原因，然而仅仅一个仿真软件并不具备交互，交流，探究，深入学习的功能，因此充分利用计算机网络与虚拟机技术，将信息技术与仿真技术相结合的方式就很有必要。这样的方案不仅能解决上述问题，而且具有真实性、交互性、简单和易实现等特点。虚拟网络实验平台建设可以说是在教育教学上一次重要的发展创新，也是互联网大潮来临之际一次重大革新。
2虚拟网络实验平台功能介绍
2.1设计目标
模拟电子技术虚拟网络实验平台的设计目标是，改变高校现有实验教学中普遍存在的各种问题和提高教学质量以及增强学生实验素质和创新能力，通过虚拟化的实验模拟，让学生切实体会理论的深刻内涵，帮助学生在现实实验中操作自如。利用multisim软件的仿真功能，joomla的网页构建功能，虚拟机的虚拟扩展功能和网络的交互交流功能，将模拟电子技术虚拟网络实验平台建设成一个探索性学习，创新性学习，自由式学习，协同性学习的教学工具。
2.2结构布局及其功能
虚拟网络实验平台分为登陆，基础实验仿真操作，创新性实验模拟，在线交流探讨，实验报告浏览与下载等功能。
首页上有以下模块：
1）实验报告电子版讲义功能模块
这是纸质版的实验报告在后台以发文章的形式呈现在网站上，其中包括基础实验仿真操作模块包括常用半导体器件的识别与简单测试、单管共射放大电路、负反馈交流放大电路、集成运放组成的基本运算电路、电压比较器的研究、RC正弦波振荡电路、非正弦波发生电路、OTL/OCL 互补功率放大器、集成功率放大器、有源滤波器、整流滤波与稳压电路等12个基础实验的实验报告（包括实验原理，实验器材，实验步骤，预备知识等），实验电路参考仿真图（在此模板基础上可以修改个别器件的参数，可观察修改后对整体电路或部分电路的影响）便于同学们在校园网免流的环境下可以随时随地查阅报告，在普遍使用智能手机的当下，通过这样的一种方式可以激发同学们的学习兴趣，从网上游习变为网上学习、网上实验。创新性实验模拟支持在原有的实验电路基础上修改创新也支持新建空白界面搭建电路，此模块主要方便深入探究学习模拟电子技术。对于一些包括反馈系统，多级放大系统等电路的研究更加清晰易懂。
2）仿真实验平台模块功能
这部分的功能是本系统的主要功能，即核心部分。通过进入仿真实验平台界面，有多个开启Xenserver环境里面搭建的虚拟机的按钮，学生可以通过分配的IP号与密码登录到实验仿真界面（如图1所示），从而进行远程访问云平台的虚拟机进行学生实验，这样免去了学生在本地安装仿真的繁琐过程，大大提高了学生的实验效率。学生在虚拟实验环境中按实验步骤完成整个虚拟实验，允许重做，直到驾轻就熟，不受时间、地点制约。而对于学生在原有电路的修改并不影响后续其他人的实验，任何修改在退出登陆后都将恢复如初。
3）交互留言模块功能
交互留言是此虚拟仿真系统的重要组成部分，起到反馈的作用。相当于Blog或技术交流论坛。在线交流探讨模块实现学习的交互功能，使用者可以对实验电路做出设想与建议，方便学生参与到教与学对于指导教师来说可以关注学生在实验过程中的投入程度和过程性评价。在此平台留言模块教师也可考虑学生对本课程或实验的建议与意见，使实验课程或理论到达更高水平的层次。同学们之间可以讨论模拟电子技术里面的技术问题，也可以是同学们向老师询问问题，老师专家们甚至可以互相切磋。
4）视频播放功能
此菜单栏模块是补充部分，起到辅助作用。是为教学提供便利和为学生在课余学习更多的技能服务。视频里面介绍了几种厂家的示波器的使用方法，如何操作示波器以及介绍各种电子元器件的型号，拓展同学们的知识面，以便更好地实践。
5）虚拟存储器NFS功能
NFS即网络文件系统，是FreeBSD支持的文件系统中的一种，它允许网络中的计算机之间通过TCP/IP网络共享资源。在NFS的应用中，本地NFS的客户端应用可以透明地读写位于远端NFS服务器上的文件，就像访问本地文件一样。通过平台内嵌的教学和实验反馈功能及时核查学生报告中的实验行为，监督和考评学生的实验能力，瞬间实现一对多模式，随时随地教学。这样就实现了学生和老师交互的途径。
3虚拟网络实验平台建设总体设计
本项目的整体构架（如图2所示），在XEN环境下虚拟，搭建网页服务器xampp，通过网页来获取远程实验机器和密码。 “虚拟机里嵌套虚拟机”，这是本项目的核心创新之处，也是国内虚拟实验首次创新。Joomla服务网页通过后台python语言脚本来控制和检测虚拟机的开关。虚拟机在运行（或者说用户在使用时）可以将自己产生的数据通过NFS的形式进行保存，并且每一个虚拟机采用一种类似影子系统的软件进行数据还原，避免产生更多的用户垃圾。
图2 项目的整体构架
3.1前台网站搭建
1）网站的搭建采用目前流行的joomla平台搭建，使用了WebExperts作为网站的基本模板。
2）在主页上位了便于用户使用，本平台以Multisim软件为对象，加入了仿真实验平台、在线帮助、实验指导书和在线留言四大模块链接。用户可以在主页上进入虚拟实验平台，了解本平台的使用介绍，提前学习实验指导流程和对实验问题的在线交流。
3）在网站主页上加入了在线QQ留言，便于用户在使用过程中遇到平台不能使用或其他较为紧急的情况可以通过本链接及时联系技术人员。另外就是加入账号机制，是用户可以拥有自己的账户而获得更多的是用权限。另外我们也将不断更新升级该网站以及主页新闻话题，
不断贴合用户的使用。
如图3为当前设计网站主页， 如图4为实验指导书的下拉菜单，如图5为网站主页框架布局。
3.2虚拟机平台搭建
虚拟机上有虚拟机，通过远程来解决在本机上需要安装的麻烦，这也是服务教学和在教学事业上的创新。
以下分为四个部分：
1） 在Xenserver的基础运行上有一个环境，具体下面对Xen进行介绍，Xen作为个软件开源的软件，学校在实验教学楼引进了华为的三台机器，作为后台的服务器0。
2） 客户端的多个虚拟机，是学生在远程登陆界面，进行自己的仿真电路实验，这样就可以像在自己的电脑一般，免去在自己的电脑上再次安装冗余的安装包，使用简便。
3） 在CentOS的系统下，这是属于Linux的操作系统范畴。在这里面嵌入网页的后台，相关搭建在后续。
3.3实验仿真软件嵌入
此虚拟网络实验平台安装的是multisim12.0版本，当所有任务完成后（包括网页构建完成，学生可通过互联网登录以及虚拟机的虚拟扩展实现等），将multisim镶嵌于实验平台，学生登入后可一目了然，简便操作，快速入门。
登入VM宿主机软件为将multisim12.0版本与虚拟网络实验平成接口任务，如图6：
图6 图7 图8
宿主机地址为202.206.32.235，将主机地址输入登入方式如图7以及图8。
3.4学习资源共享（NFS）
在搭建虚拟网络实验平台大环境构架基础上，为使实验平台真正成为有内涵，有资源，有帮助的学习工具，在实验平台上添加学习资料便举足轻重。12个模拟电子技术基础实验从实验理论到实验仿真将为实验者一一呈现，使学生实验的同时，深入理解实验原理，全局透析电路连接。对于电压放大电路或功率放大电路都可以通过预加的万用表或者双踪示波器观察。对于基本电路研究，在一些仿真图旁增加了基本公式，便于学生对电路理解分析。对于一些仿真，软件都无法实现的如：万用表的二极管档位，这里就采用的是利用双踪示波器观察二极管、稳压管伏安特性曲线的方法。甚至于一些功率放大器不能获得的，这里也巧妙的使用了其替代品，其性能一致，结果大同。对于虚拟网络实验平台参考教材《模拟电子技术基础简明教程（第三版）》（清华大学出版社）上的仿真练习，我们也将以multisim12.0格式为其展现，该部分将作为附录写入其中。当然对于后续国家发展和学生建议，模拟电子技术虚拟网络实验平台也将紧跟时代，更新内容。
虚拟网络实验平台交流模块相信会成为学生们最为感兴趣的，尤其在这里不仅有文字的交流而且还有表情的传达，当然最为主要的是，这里相当于一个大的QQ群，学生可以提出问题也可以解决问题，可以交流心得也可以提出质疑。这里也方便询问错误仿真原因，同学之间可以在线修改，大大节省时间和精力，也大大方便实际实验操作。
4虚拟网络实验平台测试
我们对网站和虚拟平台在不断进行着测试。在前台网站我们的留言板采用easybook进行留言创建，通过设计和不断改善使之更便于留言，使之交流可以更加丰富多样。主页上的QQ留言是为访问者提供的一种与后台服务人员直接联系的方式，这便在平台使用中突发问题而导致访问者不能正常使用，这样就可以通过该QQ及时通知技术人员进行解决。仿真平台我们通过后台建立了几台虚拟机，用户通过前台链接进入，后台分配给用户一台虚拟机以及进入账号和密码，防止两人同时登陆上同一台虚拟机。
5总结
当今时代是信息和知识经济的时代，实验教育的目的是培养具有创新精神和实践能力的高素质人才。虚拟网络实验平台以其资源共享，教学融合，创新发展的属性扩展了实验教学的功能，为学生提供了一种崭新的实验形式。虚拟网络实验平台以先进的信息技术和仿真为基础，革新传统的教学实验模式，推动实验课程远程教育的发展。在学校局域网条件下，同学们对其使用效果普遍反映良好，方便实用，但是局部须有进一步提升。
虚拟网络实验平台是互联网+教育的又一次发展，虚拟网络实验平台跟上实验的时代性，先进性，创新性和丰富性，创造 了有活力，有趣味，不受时间、空间制约的开放性实验环境。同时构建虚拟网络实验平台经济、高效且前景可观。其诱人的前景不仅在实验教学上获得的应用，而且在未来社会生产中也会有巨大的利用价值。如今创新创业呼声之高，未来信息网络与仿真技术的更多融合不可估量。
参考文献：
[1]李欣.现代教育技术虚拟实验室的设计与开发[J].现代教育技术， 2008， 18（2）：115-120.
[2]郑颖立.体验式虚拟实验研究[J].华东师范大学， 2008.
[3]蒲永红，余粟，王维荣.Multisim辅助电工电子实验教学的探讨[J].实验室研究与探索， 2013， 32（9）：174-177.
[4]李剑清.Multisim在电路实验教学中的应用[J].浙江工业大学学报， 2007， 35（5）：543-546.
[5]白雁，张娟，潘瑾，等.“虚拟实验室”在高校仪器分析教学中的应用[J].实验技术与管理， 2011， 28（12）：169-171.
[6]于秀金，张皓斐.基于joomla系统开发网站的设计与实现[J].电脑开发与应用 ，2010， 23（11）：50-52.
[7]陈玉.Joomla系统中模块运行原理研究[J].软件工程师， 2014（12）：28-29.
【关键词】中职学校 模拟电子技术 教学方法
0引言
随着社会经济和电子技术的发展，社会对电子技术工人的要求越来越高，中职学校作为培养电子技术工人的重要渠道，《模拟电子技术》则是电子技术应用专业的一门重要的基础课程。然而现在中职学校对《模拟电子技术》的教学方式参差不齐，没有针对性，而现在的中职学生具有基础薄弱、好奇心强等特点，现有的教学方法已经不适应学生的培养要求，为了使中职学生能够更好更快地掌握《模拟电子技术》的基础知识，课程教学的方法必须改进，以使其适应社会发展的要求。
1中职学校电子技术应用专业学生的现状
电子产业的快速发展，需要大量电子技术人才，同时，国家大力支持和发展中职教育，这使学习电子技术应用专业的学生越来越多。然而中职学生普遍是高中以下学历的学生，他们的知识结构单一，普遍表现为文化知识基础差、自我约束能力不强、领悟能力和学习动力不足，在此背景下，电子技术专业的学生在学习《模拟电子技术》课程时，对分析电路的工作原理以及推导计算不能熟练掌握，理论知识运用不灵活，应用不到实际。但中职学生好奇心强，比较喜欢动手，对新鲜事物感兴趣，因此，在专业教学上，可充分利用其好奇心强的特点，有针对性地开展教学工作，多开展实践课程，在实践课程上结合理论教学。
2中职学校《模拟电子技术》的教学现状
《模拟电子技术》是中职学校电子技术应用专业的一个专业基础课程，具有很强的理论性和实践性，它的教学任务是让学生获得电子技术应用专业的基本理论知识和基本技能。《模拟电子技术》课程要求在介绍一些常用半导体器的基础上，研究基本电路的概念、工作原理，然而目前中职学校《模拟电子技术》课程的理论课和实践课普遍还是用传统的模式教学，理论课与实践课单独设课，理论教师和实践教师也常常不同，因此导致理论教学与实践教学脱节。大部分理论老师都是纸上谈兵，缺乏实践实验；而实践教师在学生实践操作前也不注重复述与实践内容相关的理论知识，这导致理论与实践衔接不上，达不到教学效果。
3教学方法探索与改进
3.1对课本内容予以调整，精练教学内容
《模拟电子技术》的理论内容繁多，学生在学习过程中倍感困难，因此教师有必要在不打破理论知识系统的前提下精选理论教学内容，对有关联的知识点进行重组，尽量删除繁琐的理论推导及长篇大论的理论分析。中职教育旨在培养应用型和技能型人才，所以中职学生在学习《模拟电子技术》理论课程时只要求学生知道半导体元器件的电路符号、作用、特性，掌握基本的电路图，懂得分析电路图的工作原理即可。例如，在进行半导体二极管的教学时，先整合与二极管相关的知识点，在学习了二极管的结构、电路符号、作用及伏安特性后，马上进入与二极管实际应用相关联的“二极管的单相整流电路”的学习，而对于二极管内部的PN结形成过程的微观内容则可略讲或不讲。
3.2灵活运用理论与实践一体化教学
为了避免理论与实践脱节，提倡采用理论与实践一体化的方法教学，将理论内容与实践内容融合在一起。这要求授课教师是既能进行理论教学又能指导学生实践的“双师型”教师。例如在学习三极管的三种工作状态时，理论知识抽象难懂，如果单纯理论讲解，对于中职学生来说是非常复杂和难以接受的。如教师运用理论与实践一体化的方法教学，一边讲理论一边让学生装焊三个分别可以实现三极管的截止状态、饱和状态和放大状态的电路（教师预先设定好能分别实现三种工作状态的基极电阻和集电极电阻的阻值），然后接上电源，用万用表分别测量三极管的集电极、基极和发射极的工作电压，学生把测量数据记录下来，然后教师与学生一起分析比较数据，结合理论知识，总结出结论，学生很容易就会明白三极管工作于截止状态、饱和状态和放大状态的条件。这种教学方法，可最大程度激发学生的学习积极性，同时可有效提高教学质量，使教学内容更具有针对性，从而提高学生的分析能力和技能。
3.3开展小组互助式讨论教学
中职学生在学习《模拟电子技术》课程时，最困难的是分析电路图的工作原理。教师可以采用小组互助式讨论进行教学，以四个学生为一个小组，选一个学习能力、理解能力和分析能力较好的学生为小组长。在教学过程中，教师把握好课堂的教学方向，先提出问题，让学生思考，鼓励学生在讨论时大胆提出自己的疑问，与组员相互探讨，教师在学生交流后做出补充与总结。例如在OTL功放电路的教学中，教师把电路图板书在黑板上，让小组长和小组成员面对面的讨论与分析电路的组成、元器件的作用及工作原理，然后教师把学生的疑问作出解答。在学生的交流与讨论的过程中，学生对电路图的组成、元器件的作用及工作原理都进行了思考，既锻炼了口头分析电路原理的能力，也解决了疑难问题。
4总结
社会对电子技术应用专业学生的要求越来越高，而电子技术应用专业的基础课程《模拟电子技术》内容繁多、理论抽象、实践性强，教学质量直接影响着学生学习的效果，更是影响着培养出来的学生的质量。对课程内容予以适当调整，精炼教学内容，使课程内容紧跟电子技术发展和社会需求；运用理论实践一体化教学方式，使理论与实践有机结合，使学生灵活掌握知识，学有所用；开展小组互助式讨论教学，便于学生理解，提高学生的积极性和兴趣。在多种教学方式相结合的情况下，在不断的教学革新中，教学质量才能得以提高，才能培养出更优秀的学生。
【参考文献】
[1]李昆.电子技术基础（上册）[M].广东：广东高等教育出版社，2010.
关键词： 电力电子技术； MatlabGUI； 虚拟仿真平台； 教学可视化平台
中图分类号： TN99?34； TM743 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0063?03
Abstract： In view of the advantages of short class time， more concepts， wide knowledge scope and strong practice of the power electronic curriculum， the construction of power electronic virtual simulation platform based on Matlab GUI （graphical user interface） and Simulink is discussed. Taking the main interface of DC?DC converting technique as an example， contents of main interface， contents and functions of principle analysis interface， basic characteristics of running interface and closed?loop simulation instance are described. The interface of visualization platform for power electronic teaching is friendly and easy to operate. It is helpful to deepen students' understanding of basic concepts， improve the quality of experimental teaching. Its application can deepen students′ comprehension to the basic theory and concept of their courses， improve the experimental teaching quality， and promote the experimental teaching reform.
Keywords： power electronic technology； Matlab GUI； virtual simulation platform
电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术[1]。它是以高等数学、电路原理及模拟电子技术等课程为基础，同时也是自动控制原理，电机与拖动等专业课程的基础课，具有很强的实用性和综合性，是电气工程领域理论和实践相结合的专业核心课程之一，因此电力电子技术教学质量的好坏，将直接影响后续课程的学习[2?4]。电力电子课程概念多、知识面广、实践性强，这给老师讲课和学生理解带来很大的困惑，所以借助实验来加深学生对基本概念、基本理论和基本方法的理解很有必要。而传统电力电子实验教学受场地、器材、时间等诸多因素的影响，难以让学生达到基本的实验目标。虚拟仿真实验平台投入小，不受时间、地点的限制，具有一定的开放性，方便学生创新等优点。所以借助虚拟仿真平台来辅助课堂及实验教学会起到巨大的帮助作用[5?7]。本文借助Matlab/Simulink仿真环境，以及GUI（Graphical User Interface）设计友好的人机界面，通过GUI输入框中数值的不同，改变电路参数，即可在界面观察对应的波形变化。同时在界面中添加不同的入口画面，可以观察仿真原理图，以及该电路的原理分析。同时，在虚拟仿真平台中加入电路的闭环实例分析，加深学生对该电路的理解，提高学生的积极性和学习效率[8?9]。
1 电力电子虚拟仿真平台的建立
1.1 电力电子虚拟仿真平台结构
在设计GUI界面之前，首先需要确定虚拟仿真平台的结构。由于设计该平台的主要目的是为电力电子课程提供一个教学和实验的仿真平台，对电力电子课程中的一些常用电路进行动态仿真，帮助学生深刻理解电力电子课程中电路拓扑和电路实例。根据这些基本要求，并结合电力电子课程的特点，确定了虚拟仿真平台的结构框图，如图1所示。该平台包含了电力电子技术中常用电路，如整流电路、逆变电路、直流?直流变流技术、交流?交流变流技术及PWM控制技术5个基本模块。课程的其他内容可在虚拟仿真平台的基础上扩展，因此，该平台具有很强的通用性。
为了使每个模块设计更加简单，虚拟仿真平台采用了分层设计方法，将该平台分为若干个模块，每个模块包括一些子模块。图2给出了直流?直流变流技术模块的组成框图，它包括原理分析、运行界面和实例分析三个子模块，其他模块的设计思想同该模块基本相同。
1.2 Matlab图形用户界面设计
Matlab为用户提供了强大的集成图形用户界面开发环境（GUIDE），用户可以方便地设计图形用户界面，开发自己的用户程序[10]。图形用户界面（GUI）是由窗口、菜单、文字说明、标签等控件构成。用户通过提供的控件，如按钮、滑块、列表框等可以设计出易于理解的人机界面。一个图形用户界面必须包括控件（Component）、图形窗口（Graphics）和回调函数（Callback）三个部分，利用GUIDE创建GUI是常用方法之一。使用GUIDE创建GUI的基本步骤如下：
（1） 选择控件类型。根据预期的界面设计，选择控件类型。电力电子教学虚拟仿真平台中使用的控件主要包括按钮、输入框、标签、坐标轴及面板等。
（2） 设置控件属性。控件的基本属性包括字符（String）、标签（Tag）、字体大小（FontSize）、前景色（ForegroundColor）等。通过设置控件属性，实现预期的功能指标。
（3） 编写回调函数。确定整个界面布局之后，需要编写控件的回调函数。鼠标右键单击控件，选择“查看回调”“callback”，编写回调函数。
在界面设计中用到的主要函数如下：
get_param（′boostdianlu/Vin′，′Amplitude′）；
%获取电路输入电压幅值
set_param（′boostdianlu/Vin′，′Amplitude′，a）；
%设置输入电压幅值
options = simset（′SrcWorkspace′，′current′）；
%指定模型从当前空间运行，获取编辑框中输入电压幅值参数
sim（′boostdianlu′，[]，options）；
%使用sim（）函数使仿真模型从当前GUI函数空间进行仿真
plot（tout，yout）； %将输出波形绘制到当前坐标轴对象上
1.3 Simulink仿真模型
Simulink是Matlab的一个功能组件，为用户提供建模和仿真的工作平台。Simulink的SimPowerStems仿真工具箱提供电机与拖动、电力系统与自动化以及电力电子等仿真模块，几乎涵盖所有电力电子电路的仿真模块。按照电力电子电路的基本原理，利用工具箱提供的模块可以进行仿真电路的搭建[11]。以“升压斩波闭环仿真电路”为例，说明建立仿真模型的基本步骤：
（1） 调用功能模块。根据升压斩波电路原理图，确定所需功能模块，找到它们所在模块库。
（2） 创建并保存模型。建好模型后，使用Save命令保存，以便下次使用时直接调用。
（3） 连接模块并设置参数。将各个功能模块按照布局进行连接，并设置每个模块的参数。
（4） 运行仿真并显示结果。
2 电力电子仿真平台实例
根据图1所示的虚拟仿真平台结构框图和图2所示的直流?直流变流技术模块结构框图，采用GUIDE设计各基本模块和子模块的图形用户界面，编写各控件对应的回调函数，响应用户操作。该GUI界面由主界面、原理分析界面、运行界面以及仿真模型四个部分组成。
2.1 直流?直流变流技术主界面
主界面是访问该节的第一个用户界面，如图3所示。直流?直流变流技术主界面由标题和功能选择按钮组成。在主界面中列出了包括降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路等常用的六大类基本斩波电路。每一类电路中有三个按钮，对应三个入口，分别是“原理分析”、“运行界面”以及“实例分析”。用户点击其中任意一个按钮，即可进入对应的功能界面。
2.2 升压斩波电路原理分析界面
以升压斩波电路为例，当点击“原理分析”按钮后，通过按钮对应的回调函数，就可跳转到升压斩波电路的原理分析界面，如图4所示。原理分析界面由三部分构成，分别是电路原理图、原理分析文字说明以及主界面按钮。学生通过原理分析界面巩固所学内容，进一步加深对升压斩波电路基本原理的理解，提高理论知识的学习效果。当点击“主界面”按钮时即可返回图3所示的直流?直流变流技术的主界面。
2.3 升压斩波电路运行界面
当点击升压斩波电路“运行界面”按钮后，跳转到对应的运行界面，如图5所示。运行界面由参数设置栏，波形栏以及菜单栏三部分组成。在参数栏设置需要改变的参数，分别为电压E、电容R、电感L、电阻R。在输入框中输入对应的数值可改变仿真电路的参数[12]。波形栏共有三个坐标轴，分别显示输出电压，电感电压以及开关信号波形。菜单栏包括仿真按钮和主界面按钮两部分。点击“仿真”按钮进行电路仿真，点击“主界面”按钮返回图3对应的直流?直流变流技术的主界面。
通过输入框改变仿真电路参数，不用在仿真模型中双击元件改变，提高了仿真效率，同时该界面可直观地观察电路参数的改变而引起的波形的变化。
2.4 实例分析电路
当点击“实例分析”按钮后，打开以升压斩波电路为基础的闭环仿真电路图。“运行界面”只是针对课本中开环升压斩波电路进行操作，而在实际工程中，几乎所有的电路均使用闭环模型，由于闭环仿真电路在课堂中不作讲述重点，学生对闭环设计无从下手，不能将所学知识应用于实际工程。因此，在虚拟仿真平台添加“实例分析”入口，有助于学生从工程的角度理解闭环仿真电路的设计方法，以及闭环参数改变对电路的影响。
3 结 语
在电力电子教学过程中，针对课程课时短、概念多、知识面广、实践性强等特点，电力电子教学虚拟仿真平台可以达到辅助教学的目的。通过Matlab GUI，设计友好的人机交互界面，搭建电力电子技术虚拟仿真平台。对于一基本电路，其“原理分析”界面巩固所学理论知识、“运行界面”分析参数改变引起的波形变化、“实例分析”界面理解闭环电路设计思想。学生不仅学习基本电路拓扑，巩固课堂所学知识，而且真正学会该电路在工程实际中的使用方法。
参考文献
[1] 王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.
[2] 刘桂英，粟时平.“电力电子技术”的Matlab/Simulink教学仿真实践[J].电气电子教学学报，2011（1）：87?89.
[3] 王春凤，李旭春，薛文轩，等.电力电子技术实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索，2011（9）：127?129.
[4] 夏小虎，张春鹏，冯敏亮.“电力电子技术”课程可视化实践教学改革与探索[J].中国电力教育，2011（12）：146?147.
[5] 杨蕊，王晓燕，杨婷.基于Multisim虚拟仿真技术的电工电子实验室建设[J].实验技术与管理，2015（10）：129?131.
[6] 朱高中.基于Multisim仿真软件在高频实验教学中的应用研究[J].实验技术与管理，2012（11）：106?108.
[7] 尚丽，淮文军.基于Matlab/Simulink和GUI的运动控制系统虚拟实验平台设计[J].实验室研究与探索，2010（6）：66?71.
[8] 杜世民，杨润萍.基于Matlab GUI的“信号与系统”教学仿真平台开发[J].实验技术与管理，2012（3）：87?90.
[9] 牛天林，樊波，张强，等.Matlab/Simulink仿真在电力电子技术教学中应用[J].实验室研究与探索，2015（2）：84?87.
[10] 王巧花，叶平，黄民.基于Matlab的图形用户界面（GUI）设计[J].煤矿机械，2005（3）：60?62.
对课程学时进行大幅度削减，保留了电路和模拟电子技术中必要的基本理论、基本知识和基本技能，同时删除了与后续计算机和软件工程专业关系不大的知识内容。例如，删除了电路部分的网络函数、二端口网络及信号与系统的相关内容等，为计算机及软件专业学习后续课程以及从事与专业有关的工程技术工作打下基础。计算机相关新技术日新月异，发展速度极快，这样的改革不仅为计算机类相关专业后续的专业课程提供课时空间，更重要的是提供了学生在校期间学习最新技术，培养创新能力的机会。
课程改革不能矫枉过正
经过课程改革，《电路电子技术》课程在计算机软件专业应用了6年后，在2010—2011学年软件专业从本身的专业方向考虑，取消了《电路电子技术》课程，而其后续课程《数字逻辑》予以保留，笔者对此表示质疑。下面从几个方面表述观点：
1软件技术人才的局限
软件工程是指开发、操作和维护软件系统的规范和可度量的方法，由于软件工程专业重点是培养工程技术人才，不同学校的专业培养可以有不同的侧重。因此，软件工程专业的课程规划应强调工程性、实用性和系统性。培养目标的不同，将导致各学院在基础课程设置和实践重点方面的侧重点不同。《电路电子技术》课程强调的是电路与电子技术基础，注定其理论性强，但它又是学生遇到的第一门介于科学类和工程类之间的课程，且有广阔的工程应用背景，是学生从理论学习到工程应用的过渡，将为他们今后从事工程技术工作打下坚实的基础。软件工程专业的课程规划一方面应强调工程性、技术性、系统性、实用性、复合型和综合性，另一方面也要充分强化基础课程的学习。软件工程学科发展迅速，从2011年起将其从计算机学科分离出来，成为一个一级学科，无论其发展过程如何，对于涉“电”专业而言，《电路原理》和《模拟电子技术》的基本理论是必不可少的专业技术基础课程。
2课程设置缺乏系统性
《电路电子技术》曾经是计算机专业科学技术和软件工程的共有理论基础课，对计算机硬件的深入学习起着非常关键的作用，并且直接影响着后续课程的掌握，如《数字电子技术》、《计算机网络》等。特别是软件专业后续课程，如《数字逻辑》。数字逻辑是数字电路逻辑设计的简称，其内容是应用数字电路进行数字系统逻辑设计。电子数字计算机是由具有各种逻辑功能的逻辑部件组成，这些逻辑部件按其结构可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路是由与门、或门和非门等门电路组合形成的逻辑电路；时序逻辑电路是由触发器和门电路组成的具有记忆能力的逻辑电路。有了组合逻辑电路和时序逻辑电路，再进行合理的设计和安排，就可以表示和实现逻辑代数的基本运算。而现代数字电路又是建立在晶体管基础上的，所以《模拟电路》就成了《数字电路》的根基。模拟电子技术是一门研究对模拟信号进行处理的模拟电路的学科，它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件，包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等研究方向。《模拟电子技术》的基础又是《电路原理》，《电路原理》是电子信息类专业的必修课，是以分析电路中的电磁现象，研究电路的基本规律及电路的分析方法为主要内容。电路分析是在电路给定参数已知的条件下，通过求解电路中的电压、电流而了解电网络具有的特性。
在《数字逻辑》课程讲解中，其内容渗透着电路和模拟电子的知识，例如，对数字逻辑中逻辑代数的讲解，逻辑“0”和逻辑“1”的电路实现，是有具体的电位定义的，由三极管搭接的非门电路是要通过电路计算才能确定电路参数及正确的工作状态。因此，没有《电路理论》的基础根本不懂电位的概念，当然更不会进行相关的电路计算，没有《模拟电子技术》的基础，就不懂三极管，当然也不会懂三极管的开关特性，没有之前电路和电子知识的铺垫，学生对该课程知识的理解和接受能力明显受到影响。所以，《电路原理》和《模拟电子技术》对《数字逻辑》的重要性是不言而喻的，《电路原理》、《模拟电路》以及《数字电路》，应该是一系列不可分离的、完整的知识体系。
对学生就业的影响
当今社会科技发展迅猛，本科毕业生就业压力加大，就业形势不容乐观。大众化高等教育的结果之一就是毕业生剧增，就业分配会愈来愈难。学生必须全面提高自身的综合素质，才能在社会激烈的竞争中立于不败之地，这就要求我们坚持和加强素质教育。教学内容的改革最终必须要体现在以社会需求为指导确定教学内容，注重理论和实践紧密结合，强调能力培养，注重教材内容的基础性和科学性。对于应用型本科院校，应加强工程应用教学，软件工程专业的教育目标定位于面向软件产业培养高素质的工程型软件实用人才。围绕这一定位，软件工程专业的高等教育应该围绕大型软件开发过程中的工程方法、关键技术和相关工具展开。在很多工程环境下，软件工程毕业生，需要同时掌握必要的硬件基础知识，才能对整个工程放眼全局，而《电路原理》和《模拟电子技术》是所有硬件知识的基础课。
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