模拟电子线路,很多同学叫它“魔电”。这一方面说明了它的难度,另一方面也说明了它的魅力。它是电子信息、电气工程自动化等专业的一门重要的专业基础课,同时这门课程中的很多内容也以各种方式进入了其他专业——甚至很多非电专业——的教学内容中,在相关的专业领域担任着越来越重要的角色。在学习模拟电子线路的过程中,实验是一个非常重要的环节,在实验中,你可以更好地领会课程中说到的各种关键的知识,能够将你的奇思妙想实现在实际系统中,能够更好地发挥你的想象力和创造力,设计出更好的创新作品。
说到实验,离不开实验仪器,离不开实验室。在我们的印象中,实验室是学校提供给我们的一个个专门的房间,里面提供了很多实验必需的、昂贵的实验设备。但是,本书给出了一个全新的实验方式,它可以将实验室装入你的书包,让你随时随地可以做实验,开始魔电世界的探索之旅。能够做到这一点,得益于两个关键词:计算机仿真和虚拟仪器!
第一个关键词,计算机仿真,说的是计算机电路仿真技术。现在电子器件建模技术不断成熟,使得器件的电路模型与实际电路的契合度越来越高,各个器件供应商都提供了各个元器件的精确模型。在此基础上,电路的计算机仿真软件也得到了飞速的发展,各种优秀的仿真软件不断涌现,在这些平台上可以方便地搭起你的电路开展实验,观察电路在运行时的各种表现,探索魔电世界。在这里,你可以尽情发挥你的想象,不用担心硬件价格,不用担心由于搭错电路对硬件产生损害。而这一切的实现,只需要一台你书包中的笔记本电脑!
但是,仿真毕竟是“仿”真,并不是完全的真实,毕竟模型与实际电路之间依然可能存在这样那样的差异,有时并不能完全展现电路的实际情况。所以,我们还需要在实际电路中进一步测试和验证,真正保证我们的电路能够达到预期的设计指标。只有在实际电路中实现了以后,才能真正发挥电路在实际应用中的功能。此外,从实验中,我们可以掌握利用多种仪器设备,发现、分析、解决电路中出现的各种问题的能力。所以,实物实验也是一个必不可少的环节。
实验调试需要用到很多的仪器设备,必须在专业的环境下进行。实验室环境的构建成为实验教学的关键。以往的实验,由于需要使用大量的专门仪器设备,大都在专设的实验室中完成。而近来计算机技术的迅猛发展和普及给我们带来的虚拟仪器技术,给实验带来了很大的变化。借助于虚拟仪器,可以将计算机扩展成各种实验仪器,实验环境得以大大的简化。这就是我们说的第二个关键词——虚拟仪器!
本书介绍的口袋实验室Pocket Lab以及其他类似的平台,就是这样一种虚拟仪器。虽然只有巴掌大小,但是接在笔记本电脑上,就可以构成一个集信号发生器、示波器、电源、系统参数测试仪、逻辑分析仪等多种设备于一体的完整的电类实验台。而这个“实验台”完全可以放进你的书包中,构成你的私人实验室,让你可以摆脱实验室场地的束缚,随时随地做实验,在教室、宿舍、图书馆等地方,针对你感兴趣的题目,搭建实验系统,探索相关的难题,实现和验证你脑海里的奇思妙想。而这个平台的价格,甚至低于一些廉价手机。
但是必须提醒大家的一点是:虚拟仪器虽然可以替代实物仪器支持我们的实验学习任务,但是今后在实际工程应用中,并不能完全替代实物仪器,后者在性能指标上会远远超过虚拟仪器。所以,在学习中千万不能以学会虚拟仪器为终极目标。(www.xing528.com)
本书的特色,就在于充分利用了计算机仿真和虚拟仪器技术,通过仿真实验和实物实验,带领大家遨游奇妙的魔电世界。各个实验直接在元器件层面进行连接,实现各种电路系统。这种实验方式,看起来比那些实验箱、实验模块式的实验方式要略微麻烦一些,但是通过这样的元器件级的连接和测试过程,你才能够真正了解电子系统的奥妙,才能够真正设计出具有你自己完整的自主知识产权的创新作品。实验使用到的元器件成本比实验箱、实验模块式的产品要低得多。
这本书的另一特色在于其中无论是仿真实验还是通过口袋实验室的实物实验,都做到了相关的仪器操作界面与实际仪器非常接近。这样在学会这本书介绍的实验以后,你实际上也掌握了实际仪器的使用方法,以后再使用相关的实际仪器就非常容易了。
东南大学信息科学与工程学院多年来利用这种口袋实验室的方式,在“电路基础”“模拟电子线路”“数字电路”等课程中进行了理论-实践教学一体化的大胆尝试,让实验教学打破了时间和地点的限制,让学生可以随时随地做实验。多年的教学实践取得了优异的成果。本书是王蓉等老师们这几年教学探索的一个总结,对其他相关院校的学生和老师有着很大的参考价值。同时,在MOOC等在线开放教育模式不断发展的今天,广大的网上学习者对“电子线路”等课程的实验也有着很大的需求,本书的出版也可以给广大的网上学习者找到一个方便的途径。
来吧,让我们跟着这本书,一起探索魔电世界!
孟 桥
2018年1月于东南大学
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