侯寶華,王 偉,李建軍
(塔里木大學機械電氣化工程學院,新疆 阿拉爾 843300)
電工學是一門綜合型課程,包含了電路理淪、數(shù)字電子技術和模擬電子技術等理論知識[1]。電工學是我校非電類專業(yè)開設的一門基礎性課程,具有內容豐富、實踐性強和應用性廣等特點[2]。非電類專業(yè)開設有關電類課程比較少,相對而言他們在電學方面的知識比較薄弱[3]。因此,如何使這些同學更加容易理解本課程中復雜的理論知識,如何在課堂吸引、調動這些學生的積極性,如何培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力,是本門課程老師應該考慮的關鍵問題。針對以上問題,本文介紹一種電子電路仿真軟件,名為EveryCircuit,其內部擁有強大的元器件庫,能夠實現(xiàn)電子電路的設計與仿真。根據(jù)仿真結果,對電路進行設計、仿真和分析,從而提高了學生的設計能力、操作能力、分析能力和創(chuàng)新能力,增加了課堂的互動性,更能增強學生的學習主動性[4]。
目前,國內學者在電工學教學改革方面也提出很多方法,如張學輝老師提出了將EDA仿真技術融入電工學課程教學,有助于學生對課堂內容的理解,突破時間和空間的限制,課下進行仿真實驗,真正融會貫通地掌握電工學課程知識[5];王智忠老師將EWB仿真軟件應用到電工學課程教學,使理論教學與仿真驗證相結合,將抽象的理論知識變成直觀的感性認識,提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維[6]。除以上軟件外,還有很多軟件被應用在電工學課程教學,如Protel,Pspice,Multisim,Proteus軟件等。但這些軟件對非電類專業(yè)學生來說,學習困難,操作麻煩。因此筆者在電工學課堂教學中引入EveryCircuit電路模擬工具。使用者依托強大元件庫,設計電子電路,觀測電路中每個元器件、每段導線和每個時間點的仿真波形及參數(shù)[7]。此外,EveryCircuit使用不受時間、地點和載體的限制,最大限度地激發(fā)了學生們的學習興趣、提高了學生們的設計能力和成就感[8]。
二極管是模擬電路中基本元件,與門是數(shù)字電子電路中基本元件。將與門和二極管組成電路,驗證與門的基本功能,如表1所示。定義A,B為輸入端,當AB兩端電位為5 V時,表示高電平“1”;AB兩端電位為0 V時,表示低電平。定義Y為輸出端,輸出為高電平“1”,燈亮;輸出為高電平“0”,燈滅。
表1 與門邏輯功能表
本文以二極管和與門組成的電子電路為例,利用EveryCircuit電路模擬器進行仿真,探討該仿真軟件在電工學教學中的應用。
利用EveryCircuit仿真軟件繪制電子電路圖,在元件庫中選擇電壓源、發(fā)光二極管、電阻、開關、與門和接地符號,點擊每個元器件端點,首尾連接,組成仿真電路,然后點擊運行按鈕,進行電路仿真。
當開關同與地相連接,輸入端AB同為低電平,輸出端Y為低電平,此時二極管的P區(qū)和N區(qū)同為0V,即為低電平,二極管不發(fā)光,仿真現(xiàn)象和參數(shù)如圖1所示。
圖1 AB輸入端同為低電平仿真電路
當開關同與5V電壓源連接,輸入端AB同為5V,即高電平,輸出端Y則為高電平。此時二極管的P區(qū)為5V,即為高電平,N區(qū)為0V,即為低電平,二極管發(fā)光,仿真現(xiàn)象和參數(shù)如圖2所示。
圖2 AB輸入端同為高電平仿真電路
當開關分別與5 V電壓源和地相連接時,輸入端AB分別為5 V和0 V,或AB分別為0 V和5 V,即A為高電平,B為低電平,或A為低電平,B為高電平,輸出端Y則為低電平。此時二極管的P區(qū)和N區(qū)同為低電平,二極管不發(fā)光,仿真現(xiàn)象和參數(shù)如圖3,圖4。
圖3 A端為低電平,B端為高電平仿真電路
圖4 A端為高電平,B端為低電平仿真電路
當與門的輸入端同為高電平,輸出端為高電平;當輸入端任一端出現(xiàn)低電平時,輸出端為低電平。與仿真結果完全相同,驗證了與門的邏輯功能。
EveryCircuit仿真軟件擁有強大的元件庫,既可對電子電路進行仿真,又能實現(xiàn)電工電路的仿真。使用者可以隨時隨地繪制仿真電路圖、更改仿真參數(shù)、觀察并分析仿真結果。對于教師來說,能夠針對某一知識點,設計仿真電路,使同學更加理解和掌握。對于學生來說,可以課下設計自己感興趣的電路,激發(fā)了學生學習的興趣和主動性,提升了同學的分析能力和創(chuàng)新能力,取得了良好的教學效果。
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[5] 張雪輝,劉素貞,李華.EDA仿真技術融入“電工學”課程教學[J].電氣電子教學學報,2016,38(3):140~142.
[6] 王智忠.EWB仿真實驗在電工學課程理論教學中的應用[J].實驗技術與管理,2006(8):91~94.
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