模擬仿真技術(shù)在電子電工實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究

將模擬仿真技術(shù)運(yùn)用在電子電工實(shí)驗(yàn)中，可以從根本上解決電子電工實(shí)驗(yàn)中的安全隱患，降低電子電工實(shí)驗(yàn)中的失敗率從而減少對設(shè)備儀器所產(chǎn)生不必要的損傷，同時也保障了實(shí)驗(yàn)者自身的安全性。此外，仿真技術(shù)在一定程度上可以替代傳統(tǒng)的電子和電氣實(shí)驗(yàn)。在電子學(xué)和電工實(shí)驗(yàn)中，采用仿真技術(shù)使實(shí)驗(yàn)效果非常逼真，實(shí)驗(yàn)人員提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確性，同時使電子電工實(shí)驗(yàn)變得更加科學(xué)化。
1、何為電子電工實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真技術(shù)
EWB被稱為電子設(shè)計(jì)平臺或虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。在EWB軟件中提供了分析工具有十四種、掃描分析工具有四中，其中多達(dá)八千多個元器件模型，覆蓋范圍十分廣泛，同時也使實(shí)驗(yàn)員更加便捷的將原理圖信息輸出到系統(tǒng)當(dāng)中，全面的獲得仿真電路的各種參數(shù)，也可以在對電路進(jìn)行操作的時候引入其他的設(shè)備儀器，如電壓表、萬用表、函數(shù)發(fā)生器、波特率繪圖儀等設(shè)備和儀器。在虛擬電子實(shí)驗(yàn)室中使用模擬仿真技術(shù)，能夠更加有效、準(zhǔn)確的觀察到電路中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還可以觀察到隨著參數(shù)條件的變化而產(chǎn)生電路發(fā)生變化的現(xiàn)象。與此同時在這樣的觀測平臺下可以對實(shí)物進(jìn)行對比，使操作變得具有真實(shí)性、可比性，并且解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)下設(shè)備不齊全，不充足的根本性問題。
2、模擬仿真技術(shù)在電子電工實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)勢
2.1實(shí)驗(yàn)操作過程中的優(yōu)勢
在模擬仿真的技術(shù)中，由于所有的設(shè)備儀器以及元件都與實(shí)物相同，從而在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時可以得到更加直觀以及真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，同時也提高了實(shí)驗(yàn)員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的效率。利用模擬仿真技術(shù)可以將電子電工實(shí)驗(yàn)中一些抽象的知識概念變得具體化，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)員對電路的理解能力，在實(shí)驗(yàn)員實(shí)驗(yàn)中提供了便利性，同時也使實(shí)驗(yàn)員腦海中留下更加深刻的印象，大大提升了實(shí)驗(yàn)的效率。
2.2實(shí)驗(yàn)操作成本中的優(yōu)勢
在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，由于電子電工元件的數(shù)量以及類型都非常的多，從而導(dǎo)致電子電工實(shí)驗(yàn)室的資金受限，無法全部備齊各種設(shè)備儀器以及元件，并且對于這些設(shè)備儀器進(jìn)行維修也是一筆很大的開銷。與此之外，如果要對設(shè)備儀器進(jìn)行維修的話需要找出故障、分析故障，則會耗費(fèi)大量的時間和人力，而通過使用模擬仿真技術(shù)可以為實(shí)驗(yàn)者提供虛擬元件和虛擬儀器，沒有設(shè)備維護(hù)，從根本上解決了實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)問題，同時實(shí)驗(yàn)者可以通過對虛擬元件參數(shù)的修改來實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)，使整個實(shí)驗(yàn)過程變得更加便捷、方便。
2.3增強(qiáng)電子電工實(shí)驗(yàn)的安全性
在傳統(tǒng)的電子電工實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)員經(jīng)常要與電壓以及電
流打交道，從而使實(shí)驗(yàn)員暴露在一個不安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，
在這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)人員的人身安全是無法保證的，例如實(shí)驗(yàn)員在連接電源設(shè)備的時候，如果電路發(fā)生了短路就很容易引起火花導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。而通過模擬仿真技術(shù)的介入使實(shí)驗(yàn)員在一個虛擬的環(huán)境中進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，從根本上避免了一些不安全的因素，給實(shí)驗(yàn)員提供了一個安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，同時也使電子電工實(shí)驗(yàn)中的安全性得到了保障。
2.4提高和培養(yǎng)電子電氣實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)者的創(chuàng)新能力
由于傳統(tǒng)電子電工實(shí)驗(yàn)下實(shí)驗(yàn)室一些設(shè)備儀器的匱乏以及存在一些安全隱患，實(shí)驗(yàn)人員不可能發(fā)揮創(chuàng)新能力，提高實(shí)驗(yàn)熱情，同時，也不能保證實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)過程中的安全。而模擬仿真技術(shù)完全可以避免掉這些因素，消除實(shí)驗(yàn)員實(shí)驗(yàn)時怕?lián)p壞設(shè)備儀器的顧忌心理，讓實(shí)驗(yàn)員大膽嘗試、大膽進(jìn)行電子電工實(shí)驗(yàn)，另一方面也為實(shí)驗(yàn)員提供種類、數(shù)量更多的設(shè)備儀器及元件，為實(shí)驗(yàn)人員提供更多的實(shí)驗(yàn)空間，同時提高實(shí)驗(yàn)人員的創(chuàng)新能力，激發(fā)他們的實(shí)驗(yàn)熱情。除此之外，模擬仿真技術(shù)也可以更加形象的將一些數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，給實(shí)驗(yàn)員的自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰砹藰O大的提升和幫助。
3、模擬技術(shù)在電工實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
采用模擬仿真技術(shù)對電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。首先，將實(shí)驗(yàn)電路的基本信息輸入到虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，而對于元件參數(shù)只要跟之前設(shè)定好的參數(shù)一致就可以，然后，利用仿真軟件對電路進(jìn)行分析，包括電路的靜態(tài)特性、動態(tài)特性和傳輸特性，分析后，根據(jù)所需數(shù)據(jù)輸出并打印。
譬如，對于在實(shí)踐應(yīng)用中，先設(shè)定好電路實(shí)驗(yàn)的相關(guān)步驟以及實(shí)驗(yàn)中元件的參數(shù)，然后通過實(shí)驗(yàn)對實(shí)際電路進(jìn)行測量，再對測量的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出并且相互比較，同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后找出數(shù)據(jù)存在差異的地方。通過對數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修改、使用模擬仿真軟件對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，這種形式是由模擬到現(xiàn)實(shí)，然后由結(jié)果到模擬結(jié)果的過程。通過電子與電氣實(shí)驗(yàn)的仿真技術(shù)，使理論知識和實(shí)際應(yīng)用更加全面地結(jié)合起來，實(shí)驗(yàn)人員可以促進(jìn)對電子與電氣實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)理解和知識獲取。
虛擬電子實(shí)驗(yàn)室可以模擬和分析混合電路、數(shù)字電路和模擬電路的基本性能。分析方法的應(yīng)用應(yīng)以SPICE程序和對象網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立構(gòu)件模型庫。首先，實(shí)驗(yàn)者要收集素材對電路圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，從示波器讀取電路中的每個元件的參數(shù)信息，并將理論結(jié)果與使用其他測量儀器監(jiān)測和分析電路中的測量數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行比較。如果模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間存在較大差異，則可通過調(diào)整輸入的元件參數(shù)，更正相關(guān)數(shù)據(jù)并再次輸出結(jié)果來獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。
4、模擬仿真技術(shù)在電子電工中的實(shí)踐應(yīng)用
在當(dāng)前電子電工這個領(lǐng)域中，模擬仿真技術(shù)被眾多實(shí)驗(yàn)員廣泛的應(yīng)用，許多實(shí)驗(yàn)員對這種新技術(shù)表現(xiàn)出極大的興趣，而模擬仿真技術(shù)中的設(shè)備儀器以及元件與現(xiàn)實(shí)中實(shí)物的差別是微乎其微的，從而使實(shí)驗(yàn)員能準(zhǔn)確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察。另一方面，實(shí)驗(yàn)員根據(jù)系統(tǒng)提示的錯誤代碼就可以對錯誤的參數(shù)進(jìn)行修改，模擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中去模擬元件的特性與實(shí)物實(shí)驗(yàn)中元件的特性具有一些相似性，并且僅僅通過修改元件、儀器參數(shù)就可以將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程中一些繁瑣的步驟取而代之，縮短了實(shí)驗(yàn)時間、提高了實(shí)驗(yàn)的效率。例如，實(shí)驗(yàn)員在對RC電路的直流暫態(tài)過程進(jìn)行分析的時候，由于暫態(tài)過程會出現(xiàn)電流過大或者電壓過大，從而很大幾率會導(dǎo)致電路的損壞，所以為了使實(shí)驗(yàn)員能更加直觀的觀察到電容上的波形，和電路中RC的變化，可以采取EWB的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察，解決了傳統(tǒng)電子電工實(shí)驗(yàn)中操作的不方便的問題。除此之外，模擬仿真技術(shù)在電子電工實(shí)驗(yàn)的過程中，可以采用人機(jī)進(jìn)行溝通交流，使每位實(shí)驗(yàn)員可以獨(dú)自去操作以及實(shí)驗(yàn)，再通過模擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，最后再相互比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果的差異性。對于一些理論知識，實(shí)驗(yàn)員也可以使用模擬仿真技術(shù)來進(jìn)行加以論證，從而加深實(shí)驗(yàn)員對電子電工實(shí)驗(yàn)的理解能力和分析能力。
另一方面，模擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)電子電工實(shí)驗(yàn)不同之處在于不需要專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室，只需要在計(jì)算機(jī)上使用模擬仿真軟件就可取代傳統(tǒng)電子電工實(shí)驗(yàn)中繁瑣的實(shí)驗(yàn)過程，并且隨之網(wǎng)絡(luò)多媒體的迅速發(fā)展，對模擬仿真技術(shù)也提供了更加便利的平臺去進(jìn)行電子電工實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)員進(jìn)行全新方式的指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)員可以通過多媒體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分享與交流。
5、結(jié)論
仿真技術(shù)在電子和電氣實(shí)驗(yàn)中具有顯著的優(yōu)勢，它從根本上解決了傳統(tǒng)電學(xué)實(shí)驗(yàn)的弊端，為實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了便利。給實(shí)驗(yàn)員提供更大的實(shí)踐空間，通過使用仿真模擬件來使實(shí)驗(yàn)員更加熟練地掌握電子電工實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟，這也加深了實(shí)驗(yàn)者對基本知識概念的理解和解決實(shí)驗(yàn)問題的思維方式，激發(fā)了實(shí)驗(yàn)員的實(shí)驗(yàn)熱情，同時也消除了實(shí)驗(yàn)員在傳統(tǒng)電子電工實(shí)驗(yàn)中的安全隱患。