如何运用EDA软件完成电子电路的自动化设计工作?

作者:电工吧 日期:2020-09-14 21:33:51 人气: 栏目:市场动态

在高职院校。电力电子技术是电气类专业必修的争业基础课,电力电子技术是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科,随着科学技术的发展。电力电子技术与现代控制理论、材料科学,电机T程,微电子技术等许多领域密切相关,由此可见电力电子技术已成为一门多学科相互渗透的综合性学科,正是由于本门课程涉及领域多。知识面广,利用传统一支粉笔一块黑板。教师一言堂的教学方法很难达到理想的效果。这样在电力电子技术的教学过程中就迫切需要引人一种新的教学模式,有效的提高教学效果,增强学生的创新能力和自主学习能力。将EDA技术与探究学习教学模式相结合不失为一种电力电子技术教学较好的教学模式。本文就如何运用EDA技术实现电力电子技术的探研学习教学模式作了一些探索。

1 EDA技术及探究学习教学模式

1.1 EDA技术及软件

EDA(Electronic Design Automation )即电子设计自动化,是指以计算机为工作平台。运用EDA软件完成电子电路的自动化设计工作。主要进行三方面的设计工作,电子电路设计、电子电路仿真PCB设计。利用电子EDA技术缩短了电子电路的设计周期。节省了了设计费用,同时也提高了电子电路的设计质量,常用的EDA软件有Protel、OrCad、Maflab、Pspice、Multisim等。其中Multisim使用简单,功能强大。主要用于电子电路的仿真和设计。因而在电力电子教学过程中的选用此软件作为电路构建及仿真可以为教学现场营造一种真实的电路工作场景。Mulitsim软件版本也有多种。我们在电力电子教学中选用了Mulitsim2001,它是加拿大InteractiveImage Technology公司于20世纪90年代开发的一个主要用于电子电路仿真和设计的软件版Mulitsim200l具备强大的功能。将电原理图创建、电路仿真。电路分析测试及所需的常用电子仪器表等,集成于一个桌面窗口中,在使用过程中极为方便。Mulitsim2001提供了电压表、电流表两种虚拟仪表:数字万用表、函数信号发生器、瓦特表、示波器、波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、失真分析仪、频普分析仪等共计11种虚拟仪器。另外,Muhisim2001仿真软件的元器件库非常丰富,包含了数干种电子元器件,有电源库,基本元器件库,二极管库,晶体管库,模拟集成器件库,混合集成器件库,ITrL数字器件库。CMOS器件库,其它数字器件库。混合器件库,指示器件库,射频器件库,机电类器件库等。对于电路性能的分析方面,Muhisim2001软件具有较为详细的电路分析功能。可以完成电路的瞬态分析和稳态分析,时域分析和频域分析,器件的线性分析和非线性分析。电路的噪声分析和失真分析。离散傅立叶分析,电路零极点分析,交流分析、直流分析等电路分析方法,分析结果以数值或波形显示。利用EDA软件的这些功能,结合计算机网络技术可以将教室变为一个功能强大的多功能虚拟实验室。教师在教学时,利用这样一个虚拟实验平台搭建电路,讲解、分析仿真电路,将电路的工作状态清晰地展现在学生面前,既具体又生动,这样的教学效果就可想而知了:除些以外,还可以利软件提供的参数扫描功能。通过在一定范围内改变某器件参数。经过仿真可直观地观察到电路相关性能指的变化。当然,也可以对被仿真元器件设置各种故障,如开路,短路和不同程度的漏电,从而可是在教学中模拟各种故障,这一方面加深了对学生对所学知识的理解,另一方面对培养学生的探索精神和创新能力也有很大的帮助。为探研学习教学模式提供了完备的教学环境保障。

1.2探研学习教学模式及教学环节

探究学习教学模式是建立在建构主义学习理论基础之上的以学生为中心。以自主学习能力和创新能力培养为日标的一种教学模式。在这种模式下,学生是认知的主体,是知识意义的主动建构者,教师对教学意义的生成起帮助者和促进者的作用,并不要求教师直接向学生传授和灌输知识。教学中利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神。最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的。这一教学模式主要具有以下几个特点:

如何运用EDA软件完成电子电路的自动化设计工作?

有利于允分发挥学生的主体作用。探究学习教学模式与传统教学模式最大的不同,在于学生不再是只听教师讲、看教师做,而是在允许的范围内,由自己来确定时间的分配,进行方案设计和实验操作,对实验结果加以分析并得出结论。这种学习氛围能使学生真正感受到自己是学习的主人,是课堂教学活动的主体,由此激发其主动参与的热情、变“要我学”为“我要学”。

有利于培养学生的学习兴趣。因为实验背景或与课程内容相适应的情境下学习。这必然能引发学生浓厚的认知兴趣和强烈的求知欲望。而且只有学生通过亲自探究实验现象的原因和规律时所形成的兴趣,才具有一定的稳定性和持久性。实践证明,实施探究学习教学模式既可对所学内容形成持久的兴趣,同时又可激发学生的求知欲。

充分挖掘学生潜力,培养学生的创造思维能力。传统的教学模式往往是教师决定教学内容,教学进度。学生一味死记硬背。探究学习教学模式能为学生提供主动探求知识的宽松环境,身心得以愉悦,潜力得以发挥,思维更加活跃。在对未知领域的探索过程中。学生通过自主学习的过程,积极地去思考去探索,对学生创造思维能力的培养是大有益处的。根据建构主义理论及探究学习教学模式的特点,实施这一教学环节的教学活动是:创设情景,诱发问题;协作探研;意义建构。

2 EDA技术实现电力电子技术探究学习教学

基于探究学习教学模式的特点及实施要点可以看出,在探究式教学模式中教师应该用探究的方式展现科学知识,学生应该用探究的方式学习科学内容。为实现这些改变。教师首先应当用情景再现的方式。引导学生体验真实情景的过程,而不是只在教室里照本宣科地讲解知识、技能。这就是说,在向学生介绍正规的科学概念和原理之前应该先让他们到实验室里做实验或营造一与课程内容相适应的情境,用实验的证据来解释或情境感悟、深化教材中内容。实现探究学习教学模式情景创建及再现有着极其重的地位。可以说它探究学习教学模式能否达到目的关键,而电力电子技术课程涉及面广。涵盖内容丰富,用真实的仪器仪表及设备构建教学情景不现实,也不允许。而利用EDA技术能非常容易的构建虚拟的与实际相符合的教学场景。下面以电力电子技术中程控单结晶体张弛振荡器的学习为案例。说明利用EDA技术实现电力电子技术课程探究学习教学模式。

2.1情景的构建,诱发质疑

程控单结晶体管张驰振荡器在是常生活中出现的频率不高,学生可能还没有接触或听说过。在电力电子技术中。用于可控硅(前导知识)导通时的触发信号源。在情景构建时,教师首先用Mulitsim200l软件组成一调光电路。将电路投影到大屏幕上,然后调用Mulitsim200l的仿真功能对电中进行仿仿真,通过电路参数扫描,在屏幕上可观察到灯泡的亮度发生变化。通过这样一个实验在学生内心深处产了质疑。灯泡的亮度为什么会变化呢?是怎样实现这一变化的呢?由此。教师可帮助引导学生自然的进人程控单结晶体管张驰振荡器知识的学习。

2.2协作探究,归纳总结

探究学习教学模式为学生创造了一个宽松的学习环境。由于在教学过程中采用了EDA软件,和多媒体教学方法,使分组学习协作探究得以实现。学生在教师的引导下。利用情境实验产生的质疑和兴趣,教师和学生协同探究程控单结晶体管的结构、工作原理特性,程控单结晶体管振荡器的移相问题。利用Mulit-sire2001仿真单结晶体管的特性曲线。使学生对单结晶体管工作原理有更深层的理解和印象:在此基础上,引导学生利用Mulibsim2001根据教材提供的电路图搭建程控单结晶体管振荡电路。然后对该电路进行仿真.调用虚拟仪器示波观察输出波形,探究输出波形的形成,即程控单结晶体管张驰振荡器的工作原,RC充放电过程,再利用Mulitsim2001的参数扫描功能。观察输出波形的变化,如图3所示。根据以上两种情况下的现象进行探索讨论.找出形成差异的本质.形成程控单结晶体管振荡器的感性知识,学生根据这些感性知识,经过收集,整理有关程控单结晶体管结构、工作原理,特性曲线等资料,经过分析、总结上升为程控单结晶体管的理性知识。

2.3意义构建,扩展应用成

意义的建构是教学活动的最终目标。扩展应用是意义建构是进一步引伸和深化。通过前面学习。让学生归纳总结单结晶体管的结构、特性,程控单结晶体管张驰振荡器的工作原理程,程控单结晶体管振荡器移相过程等知识点,通过知识建构为有意义的知识,使之融人已有的知识体系中,成为已知的知识。这样关于程控单结晶体管张驰振荡器的知识发生迁移.由未知知识转化为了已知的知识,将知识扩展到实际应用中,达到意义建构的目的。

3 结语

在电力电子技术教学过程中,以EDA技术为工具,探究学习教学模式为手段,将学习活动情境化、趣味化,使学生在轻松愉快的环境中不断产生质疑、不断探究,自主搜寻、思考分析,获得问题的答案。给电力电子技术课程教学和学习带来了革命性的变化,无论从教师的教,还是学生的学,都是一个最能体现以人为本,能力为本位的新型的教学技术,它必将更好地激发学生的创新意识和探索精神。
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