К.т.н. Сапа Владимир Юрьевич

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, Казахстан

Виртуальная лаборатория и её возможности при изучении курса электроники

Электротехническая составляющая специалистов в системе высшего профессионального образования складывается из курсов электротехники, электроники и, отчасти, электроавтоматики. По указанным дисциплинам проводятся лекционные, практические и лабораторные занятия, а также выполняются домашние задания и курсовые работы. Если учесть, что электротехническая подготовка строится на основе физики и математики, то нетрудно увидеть, что здесь в основном мы встречаемся с электрическими и электронными цепями и их моделированием в той или иной форме. В силу указанного обстоятельства открывается богатое поле для использования схемотехнических программ. Практика показала, что большая часть указанных курсов с успехом может изучаться с помощью программ: Electronics Workbench, NI Multisim, LabVIEW [1, 2].

Виртуальная лаборатория открывает для технических учебных заведений широчайшие возможности совершенствования учебного процесса и развития методов экспериментального исследования. Компьютерная схемотехника, как основа виртуальной электроники, в программном обеспечении является разновидностью системы автоматизированного проектирования электронных устройств. Сегодня стало уже совершенно очевидно, что анализ и экспериментальное исследование процессов в электронике невозможны без применения компьютера.

При использовании современных систем схемотехнического моделирования, оснащенных специальными программами ввод указанной информации обеспечивается изображением на мониторе компьютера принципиальной электрической схемы моделируемого устройства и указанием типов электронных приборов.

Как показывает анализ состояния программного обеспечения по схемотехническому моделированию на этапе начального освоения методов автоматизированного проектирования и на этапах проведения поиско-исследовательских работ целесообразно рассмотреть возможность использования следующих прикладных пакетов проектирования полупроводниковых устройств электроники: Electronics Workbench («Электронная лаборатория»); MicroCap (Microcomputer Circuit Analysis Program – «Программа анализа схем на микрокомпьютерах») и интегрированный программный комплекс MatLab (Matrix Laboratory), который ориентирован в первую очередь на обработку массивов данных (матриц и векторов).

На рисунке 1 в качестве примера показана виртуальная схема колебательного контура собранного в Multisim.

Рисунок 1 – Схема испытания колебательного контура

Для изучения и анализа несложных электронных схем, например, при моделировании различных статистических и динамических режимов работы: полупроводниковых приборов – диодов, транзисторов, и на их основе различных функциональных узлов – аналоговых и цифровых устройств, чрезвычайно привлекательным является пакет Multisim, который по существу представляет собой виртуальную лабораторию с достаточно широкими возможностями.

Наличие современного приборного парка в программе Multisim предоставляет в распоряжение пользователя уникальные возможности для планирования и проведения широкого спектра экспериментов: от простейших опытов до исследования реальных электротехнических устройств. Такой инструмент является идеальным средством обучения студентов, так как позволяет снять практически все ограничения, касающиеся элементной базы и приборного парка [1, 2, 3].

Программа Multisim полезна для студентов ВУЗов всех форм обучения, изучающих курс электроники, поскольку она существенно расширяет возможности выполнения расчетно-графических и курсовых работ, лабораторных работ, а также лучшего их понимания. Появление в программах Multisim и NI Multisim модулей LabVIEW и их дальнейшая интеграция, а также связи с реальными устройствами существенно повышают возможности обучения.

Литература:

1.В.И. Карлащук Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. - Москва: СОЛОН-Пресс, 2003. – 736c.

2 . Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Практикум по Electronics Workbench / Под ред. Д.И.Панфилова. В 2 т. Москва: Додэка, 1999 - 2000.

3. Г.А. Кардашев Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналоговых устройств. (МРБ,1251) Москва: Горячая линия - Телеком, 2002. – 260c.