EDA技术在核电子学虚拟仿真实验中的应用

核电在我国能源结构中的比重逐渐增大。随着国民经济的持续发展以及社会公众对于核能与核技术相关领域认识的提高, 越来越多的学生选择核工程类专业进行学习。据不完全统计, 目前国内开设了核及其相关专业的高校多达60余所[1,2]。在2018年1月教育部发布的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》中, 将核电子学及其相关课程纳入核工程类专业核心课程体系中。核电子学课程的教学目标是使学生掌握核电子学的基本原理与理论基础, 熟悉核仪器设计的基本流程与概念, 要求学生能够完成常规核电子学单元电路的设计, 包括三种前置放大器、程控增益放大器、基线恢复器、单道脉冲幅度分析器、核脉冲计数、符合电路等。课程的实验环节往往需要观察核脉冲信号通过各个模块前后, 其前沿、幅度、脉宽等信号参数的变化情况。虚拟仿真实验手段, 无需放射源即可方便的产生模拟核信号, 极大的节约了成本, 扩展了实验的空间和时间, 也符合国家对高危或不可及的实验项目, 开展虚拟化教学的基本要求。本文以单道脉冲幅度分析电路为例, 介绍如何利用Multisim开展核电子学虚拟仿真实验教学[3]。

一、Multisim软件介绍

Multisim仿真软件最早是加拿大图像交互技术公司于1996年推出的用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件, 专门用于电路级仿真[6,7]。该软件界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等优点, 得到了迅速的推广应用。在核电子学实验中, 可以利用该软件自带的信号发生器来模拟产生核信号, 并通过多通道示波器, 开展多路信号的并行观察与分析。

二、Multisim电路仿真

仿真电路总体结构如图1所示。单道脉冲幅度分析电路是由阈压调节电路, 甄别器电路和反符合电路三个部分组成。

三、结论与展望

Multisim仿真软件能够将电路的工作情况直观的表示出来, 并且与用实物电路实验相比, 可以更方便地对电路进行修改, 也可以对电路进行多次的调试和模拟。在核电子学虚拟仿真实验中引入Multisim仿真软件, 对单道脉冲幅度分析电路、线性脉冲放大电路、峰值保持电路等核电子学实验, 均能实现仿真教学。与传统的理实一体教学模式相比, 虚拟仿真可以减少使用放射源的危险, 保证实验安全, 解决了高校在核电子实验实践设备成本高, 资源匮乏等问题, 为核电子学实验课程的开设提供了一种思路[4,5]。

摘要：核电子学是在电子学与核科学基础上发展起来的一门交叉学科。核电子学主要包括核脉冲变换与处理、波形采集与信号控制、电路分析与系统调试等。利用Multisim仿真软件绘制硬件电路, 模拟核脉冲信号在经典单道脉冲幅度分析电路中的变换过程, 通过各个节点的示波器观察输入与输出波形, 能够清晰地了解核脉冲单道脉冲幅度分析电路的特性。同时通过Multisim软件实时仿真, 可以准确、快速地反映实验电路的工作状态, 有利于节省实验硬件资源, 减少实物实验中放射源的使用风险, 为其他类似高校开展核电子学虚拟仿真实验教学提供了一种参考。

关键词：核电子学,Multisim,虚拟仿真,单道脉冲分析

参考文献

[1] 屈国普, 左国平, 郑波.卓越核工程与核技术专业人才培养探索与实践[J].南昌师范学院学报, 2018 (3) :24-27.

[2] 蔡杰进, 刘荣.核工程与核技术本科培养方案修订的实践与思考[J].教育现代化, 2017 (45) :1-4.

[3] 杨强, 刘军, 翟娟等.Multisim在核电子学虚拟仿真实验中的应用[J].实验室研究与探索, 2018 (5) :66-69.

[4] 王卫国, 胡今鸿, 刘宏.国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J].实验室研究与探索, 2015 (5) :214-219.

[5] 李平, 毛昌杰, 徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索, 2013, 32 (11) :5-8.