单位文秘网 2022-03-01 08:06:20 点击: 次
摘 要:传统的电工基础实验教学正面临着安全问题、器材缺乏和实验操作繁琐的困境,引入电路仿真软件可以有效解决传统实验方法的问题。本文阐述了传统实验方法的困境和电路仿真软件的特点,并结合电路仿真软件的应用实例分析了电路仿真软件的优势,以及仿真实验与传统实验的区别。
关键词:电工基础;仿真软件;电工实验
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.126
1 引言
电工基础课程是目前面向理工科院校微电子技术、应用电子技术、电子信息工程技术及自动化控制技术等专业开设的课程,属于专业基础必修课程,也是理工科院校对应专业的重点教学课程。电工基础课程教学中存在着很多教学难点,尤其是电路实验动手操作方面的课程教学面临着很多困境,这也导致了电工基础的学生普遍反映该课程不好理解、难以掌握课程内容。而对于电路实验的课程教学,引入电路仿真软件建立仿真电路,可以有效改善传统实验课教学的不足之处,为电工基础中理论和实践教学的结合提供了很好的平台,从而改变学生对于电工基础课程的畏难厌学情绪,提升电工基础的教学效果。
2 传统教学方法面临的困境
电工基础课程由于涉及知识面广,对知识的理解要求较高,要求学生具有很强的逻辑思维能力和抽象思维能力,对于基础本身较薄弱的高职院校学生来说,难以很好地理解和掌握。因此让基础原本比较薄弱的高职院校学生能够理解并应用电工基础中的相关知识成为教学中需要解决的主要问题。除了基础知识不扎实、逻辑思维能力和抽象思维能力不强等劣势,高职院校学生往往对自己的学习能力缺乏自信心,这样自然导致他们在学习过程中兴趣不高、动力不足。
3 电路仿真软件的特点与优势
3.1 电路仿真软件的特点
(1)设计环境一体化。电路仿真软件有效实现了电路设计环境的集成。操作者可以任意地在仿真环境中设置数据及模拟元件,顺利进行数据模型混合仿真、原理图输入等工作,同时可以进行波形图的显示。
(2)提供真实的实验平台。电路仿真软件具备集成了数千种电路元件的元件库,包括无源元件和有源元件、数字元件和模拟元件以及分立元件和集成元件等不同类型的电路元件,同时利用该软件还可以扩充现有的元件库或新建元件库。
(3)软件操作界面友好。电路仿真软件的操作界面十分友好,利于新手迅速上手。操作者只需要点击鼠标就可以选择元件;拖动鼠标,便可以将元件按照实验的电路原理图进行布置。在仿真实验过程中,也可以方便地修改元件属性、改变元件位置以及调整电路的连接方式。除此之外,电路仿真软件在操作者布置完电路原理图之后能够自行进行图面的调整而不改变电路连线方式,从而使原理图更加简洁美观。
3.2 电路仿真软件的优势
(1)确保操作者和实验器材的安全。在电工实验过程中,一旦操作者操作不当,很容易发生电源短路的情况,由于电路中电流过大,会导致电源迅速烧毁,其他电路元件也有可能损坏,甚至会产生更严重的后果,操作者的人身安全和实验器材的安全都无法得到保证因此在进行电工基础课程的实验教学时,教师必须要解决好学生和设备的安全问题。引入电路仿真软件到电工实验中则有效解决了这类问题,利用电路仿真软件去进行电工实验的操作时,操作者利用计算机进行模拟操作,不会接触到真实的电路元件与电路仪器,在仿真软件提供的仿真实验环境中也能够体会到不当操作带来的危害和损失,从而避免了学生人身安全和实验器材安全问题的发生。
(2)避免了繁杂的实验准备与清理工作。电路仿真软件能够有效解决实验准备与清理工作繁琐的问题,而且学生在虚拟环境中进行仿真实验时,仿真软件元件库中的元件和电路仪器都不会出现丢失或损坏的问题,也不会因为电路元件接触不良而影响实验结果。在进行仿真实验操作时,学生需要做的只是用鼠标进行实验电路的连接,不会出现电路元件失效或接触不良等意外情况,做起实验自然事半功倍。
(3)解决了实验器材不足的问题。由于很多高职院校对于实验室硬件设施建设的投入不够,导致实验室内相关电路元件的数量与型号十分有限,无法满足电工实验教学的需求。电路仿真软件元件库实现了成千上万的电路元件的集成,就算有一些电路元件没有包含在内,我们也可以按照所需电路元件的各种参数创建新的电路元件对元件库进行补充。因此利用电路仿真软件进行仿真实验有效弥补了实验室中器材不足的缺点。
4 电路仿真软件应用实例
电路仿真软件已经在很多电工基础实验中得到了应用,使用比较多的软件包括EWB仿真软件和Proteus仿真软件。下面着重介绍利用EWB仿真软件进行的基尔霍夫定律仿真实验实例。
作为电路分析中的基本定理,基尔霍夫定律反映了在电路连接中,不同支路上的电流或不同部分电压之间的约束关系。这种约束关系只和电路连接的方式有关,与电路元件的具体参数没有关系。基尔霍夫定律是分析求解电路的重要理论依据,也是各种集总参数电路需要遵守的规则。基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL),其中基尔霍夫电流定律描述了与节点相连的不同支路电流间的相互关系,它指出了任意时刻对于集总参数中的任意节点,流出或流入该节点电流的代数和均为零。
首先打开EWB电路仿真软件,按照如图所示的实验电路图,点击拖动鼠标进行电路元件和电路仪器的布置,在电路中连接起来。打开电路元件的属性对话框,调整元件的参数。电路连接完成后,可以闭合电路开关,仿真实验开始。各部分电压在电压表上得到了具体显示,各支路电流也在电流表上有了显示。在电路仪器上的数据稳定之后,可以打开电路开关,读取并记录数值。实验电路原理图中显示电路中共有3 条回路和2 个节点。根据测量结果,对于节点3流入流出的电流代数和等于零,节点4 也是如此。根据电压表的测量数据,沿任意方向对任意回路绕行一周的电压的代数和也是零,验证了基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。
参考文献:
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[4]唐萍.电路仿真软件在中职《电工基础》课程教学中的应用研究[D].四川师范大学,2007.
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