Рассматриваются методические возможности использования компьютерного моделирования для улучшения электротехнической подготовки специалистов.

Традиционно электротехническая составляющая инженеров-неэлектриков в системе высшего профессионального образования (теперь специалистов: бакалавров и магистров) складывается из курсов электротехники, электроники и, отчасти, электроавтоматики. По указанным дисциплинам проводятся лекционные, практические семинарские и лабораторные занятия, а также выполняются домашние задания и курсовые работы (в зависимости от конкретного учебного плана).

Если учесть, что электротехническая подготовка строится на основе физики и математики, то нетрудно увидеть, что, по сути, 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 для неэлектриков большая часть указанных курсов с успехом может изучаться с помощью программы Electronics Workbench-Multisim [1, 2].

На лекциях с помощью видеопроектора демонстрируется построение виртуальных моделей цепей и с помощью соответствующих виртуальных приборов режимы их работы. Студенты также охотно выполняют презентации по отдельным темам. Все «мертвые» схемы учебника как бы оживают. Появление виртуального ваттметра сильно продвинуло методические возможности программы.

Лабораторные работы проводятся на стандартных стендах, а затем повторяются в виде виртуальных моделей, что позволяет глубже изучить материал, а также расширить границы изучаемых систем. Аналогично, расчётные работы проводятся стандартно, а затем сравниваются с результатами моделирования. Ответы студентов на экзамене также сопровождаются демонстрацией соответствующих моделей.

В части «общей электротехники» в программе Multisim отсутствует возможность построения векторных диаграмм и модели машин переменного тока. В этих случаях приходится переходить к другим программам (Excel, Mathcad, MatLab).

Отсутствие реальных практикумов по электронике (особенно цифровой) не даёт иного выбора, как переход на виртуальный практикум. Хотелось бы, однако, чтобы здесь соблюдался баланс реальность/виртуальность - 50/50. Как один из вариантов реализации выполняется сборка простейших электронных узлов и устройств из наборов «Мастер КИТ» или на макетных платах с их параллельным компьютерным моделированием [3, 4, 5].

В качестве примера на рис. 1 представлена, выполненная студентами, сборка на макетной плате устройства для демонстрации работы свойств двоичных счётчиков, дешифраторов двоичного кода в код семисегментного индикатора и десятичного индикатора. В устройстве использованы отечественные микросхемы ТТЛ (двоичный счётчик К555 ИЕ5, инверторы К555ЛН1, дешифратор КР514ИД2). Антидребезговая схема составлена из двух элементов 2И-НЕ КР1533ЛАЗ.

Так как в библиотеке Multisim модели отечественных микросхем отсутствуют, то в виртуальной модели этого устройства, показанной на рис. 2, применены прямые аналоги серии SN74.

Рис. 1 Цифровое устройство на макетной плате

Виртуальная модель цифрового устройства в программе Multisim 9

Богатые возможности имеются по моделированию систем электроавтоматики. Общим недостатком здесь является слабость функциональных возможностей моделей датчиков и ряда элементов электроавтоматики, а также ограниченность базы моделей микроконтроллеров.

Несомненно, что появление в программах Multisim 9 и NI Multisim 10 модулей LabVIEW и их дальнейшая интеграция, а также связи с реальными устройствами существенно повышают возможности обучения. Поскольку все указанные устройства имеют выход на системы проектирования и непосредственного использования в промышленности, то принятый подход следует считать весьма перспективным.

Список литературы

1.В.И. Карлащук Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. - Москва: СОЛОН-Пресс, 2003. - 736 с. 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. - 260 с.

4. Г.А. Кардашев Цифровая электроника на компьютере. Electronics Workbench, Micro- Cap. (МРБ, 1263) Москва: Горячая линия -Телеком, 2003. - 311 с.

5. Г.А. Кардашев Радиоэлектроника - с компьютером и паяльником (МРБ, 1276). Москва: Горячая линия-Телеком, 2005.-334 с.