“模拟电路”课程中理论分析与EDA仿真关系的探讨
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摘 要 本文基于“模拟电路”课程的特点，指出了学生在学习中常常会遇到的，EDA仿真和理论分析存在矛盾的问题。论文从一个实例出发，研究了理论分析和仿真之间的关系。通过对该实例的解答，说明了该问题产生的原因和本质。进一步地，阐述了对模拟电路学习中理论分析和计算机仿真之间关系问题的理解，并探讨了在课堂教学中相应的处理、讲授及教学方法。
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.09.017
Study on the Relation between Simulation and Theoretical
Analysis in Analog Electric Circuits
YUAN Feng， HUANG Liya
（College of Electronic Science & Engineering， Nanjing University of
Posts and Telecommunications， Nanjing 210003）
Abstract Based on the characteristics of Analog Electronic Circuits course， this paper points out a problem of inconsistent relationship between EDA simulation and theoretical analysis， which always occurs in the students learning. The cause and nature of the problem is described during the process of analyzing a practical problem， and the understanding of this relationship is explained in the same time. Moreover， corresponding teaching methods are discussed in this paper.
Key words analog electric circuits; teaching method; EDA simulation
0 引言
“模拟电路”课程是普通高校物理学、电子和计算机等专业的一门重要的专业基础课。学好该课程，对深入学习各专业相关的后续课程及电子技术的新知识有着十分关键的作用。由于该课程的内容多、理论多，又兼有较强的抽象性、逻辑性、工程性和实践性，学生普遍感到很难学。如果仅仅是按照教学大纲，按部就班地教授这门课，那效果一定很不好。怎么样才能把新知识、新方法有效地传授给学生？怎么样才能让科学思维、探索精神在学生的大脑中扎根？这是值得每个教授这门课程的教师深入思考、研究尝试和总结提高的一个课题。
对于任何一门课程的课堂教学，以学生为主体，灵活运用多种教学法都不失是一种有效的方法。面向不同专业背景、不同掌握程度的学生时，教师的授课必须因材施教。
类似地，在不同的课程教学中，灵活运用不同的教学方法――“因课施教”也同样重要。在这方面，“模拟电路”课程尤其有其特殊性。正如上文所述，该课程既有抽象性、逻辑性，又有工程性和实践性，在教学中，除了要学习涉及物理学、数学等学科知识的基础理论知识外，往往还需要借助EDA来进行仿真。①
1理论分析与EDA仿真存在的矛盾
学生在理论研究和EDA仿真之间往往会存在以下现象，如：发现理论研究的结论和EDA仿真的结果不一致，产生困惑，甚至觉得模拟电路“不可知”，最后产生畏惧心理。或者干脆以EDA仿真代替理论研究，学生不加以思索和分析，化身为“操作工”。
现象的背后，其原因在于从数学、物理推算的理论角度去学习“模拟电路”这门课的时候，通常会在一定的条件下忽略一些次要问题，以免陷入过于复杂化的困境。而用EDA软件仿真时，则更接近实际情况，造成了理论分析的结论和仿真软件仿真的结果往往不完全一样。②面对这种情况，教师应当让学生明白：
（1）仿真可用于理论探讨的验证，是理论学习的有力助手，两者的结论一定是相符的。（2）仿真不能代替理论的分析，仿真的前提是有理论的指引。
2实例分析
本文将通过一个教学中的实例来说明EDA仿真和理论分析之间关系的问题。
2.1 实例问题的提出
在学习“集成运放的应用”这部分知识时，会讲到运放工作在线性状态时，构成信号运算电路。为了简化问题，通常将运放视作增益和输入阻抗无穷大，输出阻抗无穷小的理想运放。对反相比例运算电路，如图1所示，作如下分析：③
根据理想运放“虚断”的特性，流过电阻的电流近似等于流过电阻的电流，即：
又根据理想运放在线性运用下存在“虚短”的特性，同相输入端电压近似等于反相输入端电压，即：
然而，实际上（仿真，或者实验时），遇到的运放往往都不是理想的。也就是说，实际的运放，其放大倍数、输入/输出阻抗都是有限值。因此，如果上述反相比例放大电路中的 = 10k%R， = 100k%R。运放为实际运放，参数为：Au = 80dB， = 50k%R， = 100%R， = 10k%R。则按（5）式结论，反相比例放大电路的输出电压是为输入电压的-10倍关系。而用仿真软件（本文采用较简便的EWB软件，用其他电路仿真软件皆可）仿真时，如图2所示。发现输出电压只有输入电压的-9.9869倍。学生就会有疑问，为什么两者的结果不一样呢？是不是哪个结果是错的呢？
图2 EDA仿真结果
2.2 实例问题的分析
事实上，正如前述，这是理论分析和仿真软件分析的“精度”不同所致，而两者实际上是一致的。如图3所示，虚线框内为实际运放的等效电路。
代入具体数值，得 = 0.0013143，则 = 9.9869。正好就是前述的仿真结果！
因此，由上述分析可见，理论分析和仿真一定是互相支持的。而理论分析和仿真实验获得一致结论的关键就在于要有相匹配的前提条件。
3思考和结论
由以上讨论可见，理论分析与仿真是一致的。理论是仿真的前提，为仿真指明道路。授课教师可以引导学生，根据“异常现象”、结合理论分析来查找原因，修正仿真的设置。在查找原因的过程中，学生会深入理解理论和仿真的关系。反之，仿真则是理论学习的有力助手。在课堂的理论分析教学环节中，适当穿插软件仿真的内容，作为实验环节的先验知识、或是补充强化，和课堂的理论分析同时展示给学生，两相对比，让学生能更好地理解知识点。
当前，多媒体教学已经是高校教学的通用教学手段。然而，对于电类课程，尤其象“模拟电路”课程，在平时的教学中，如果能将软件仿真和理论分析两者有机结合起来，将大大增强教学的效果，提高学生分析问题、研究问题的能力。
注释
①③王志功，沈永朝.电路与电子线路基础：电子线路部分（第1版）[M].北京：高等教育出版社，2013.
② 黄丽亚.模拟电子技术基础（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2012.