基于Every Circuit的電工電電子技術(shù)仿真的研究

甘永雙

(遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州121000)

電工電子技術(shù)課程，作為高職理工類必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，所包含的內(nèi)容多，知識抽象、概念難于理解；電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分析比較困難?，F(xiàn)在的電路輔助學(xué)習(xí)軟件很多，例如有multisim 10，Protel，EWB等。而Every Circuit（電路模擬器）是一款新型的電路模擬軟件，對于電工電子技術(shù)的學(xué)習(xí)大有幫助。下面，我們來討論其特點(diǎn)和研究它在電路中的仿真。

1 Every Circuit的特點(diǎn)及功能

這是一款專為電子信息技術(shù)專業(yè)的人士所打造的軟件，在這款軟件中，你只需要建立電路，點(diǎn)擊播放按鈕，就能夠觀看動(dòng)態(tài)的電壓和電流的動(dòng)畫。它在模擬電路運(yùn)行的同時(shí)，你還可以通過模擬按鈕來調(diào)整電路參數(shù)，電路會(huì)實(shí)時(shí)的響應(yīng)這種變化。這是一個(gè)極具創(chuàng)新性的互動(dòng)軟件，對于初學(xué)者和那些需要設(shè)計(jì)電路的人士來說尤為有用。且該軟件可以在手機(jī)上實(shí)時(shí)仿真電路的運(yùn)行情況，操作極為簡單、易學(xué)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)，也可自行設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真，提升了學(xué)生的成就感。

功能如下：動(dòng)畫模擬電壓波形和電流流向，模擬控制旋鈕調(diào)整電路參數(shù)，自動(dòng)布線等。還有電阻、電容、電感、二極管、三極管場效應(yīng)管等元器件模型。

2 高職電工電子技術(shù)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)

電工電子技術(shù)課程涉及元器件種類多、數(shù)量大，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)值計(jì)算量也大。很多概念，定律、定理也比較抽象，理解概念、定理、定律很難，對于電路元器件符號和公式只是暫時(shí)記住，計(jì)算只不過簡單的套公式。以往傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，收效甚微，分析電路更是無從下手。課程學(xué)完考試之后，再也沒有什么印象。

3 基于Every Circuit的電工電電子技術(shù)仿真的研究

針對高職電工電子技術(shù)的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，為了提高教學(xué)質(zhì)量，提升素質(zhì)教育，選擇適合于學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的方法，也正是科學(xué)技術(shù)發(fā)展到了一定程度，Every Circuit（電路模擬器）軟件可以方便的安裝在手機(jī)上，使得利用Every Circuit（電路模擬器）仿真得以實(shí)現(xiàn)。我們以基爾霍夫定律仿真為例進(jìn)行研究。

3.1 基爾霍夫定律

在電路的分析中，經(jīng)常遇到復(fù)雜的電路，復(fù)雜電路的有些支路電流和電壓不能直接測量時(shí)，可以用相關(guān)的理論進(jìn)行推到計(jì)算?；鶢柣舴螂娐犯鞣N計(jì)算方法的基礎(chǔ)，無論對于直流電路還是交流電路的電壓和電流，理論上都可以用其進(jìn)行求解。基爾霍夫定律有電流定律和電壓定律，電流定律的內(nèi)容是對電路的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，同一時(shí)刻流入節(jié)點(diǎn)的電流之和必等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和，又稱為基爾霍夫第一定律，用公式表示為ΣI入=ΣI出；電壓定律內(nèi)容是對電路中的任何一個(gè)閉合回路而言，其其各段電壓的代數(shù)和恒等于零。又稱基爾霍夫第二定律，用公式表示ΣU=0。該公式稱為回路電壓方程。基爾霍夫定律內(nèi)容非常簡練，但真正理解掌握能夠熟練運(yùn)用并不容易。利用Every Circuit（電路模擬器）輔助課堂教學(xué)，這些問題在一定程度上就能得到解決[1]。

3.2 編輯電路原理圖

基爾霍夫定律的驗(yàn)證還得從電路開始，如圖1所示為復(fù)雜電路，該電路有兩個(gè)電壓源和電阻串聯(lián)之后并聯(lián)，在與電阻連接屬于典型的復(fù)雜電路，實(shí)際生活中我們的手機(jī)在充電時(shí)也在應(yīng)用就是這種情況，一個(gè)是直流穩(wěn)壓電源，一個(gè)是蓄電池電源。啟動(dòng)Every Circuit軟件，在元器件庫中選擇電阻、電壓源，點(diǎn)擊元器件的接線端進(jìn)行連線，不要忘記接地連接，然后通過旋鈕設(shè)置各元器件的參數(shù)，所創(chuàng)建的電路如圖2所示。

圖1 基爾霍夫定律計(jì)算的復(fù)雜電路

圖2 利用EveryCircuit創(chuàng)建的電路

3.3 仿真研究

圖3

圖4

圖5

一切準(zhǔn)備之后，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，仿真開始，觀察電路的工作狀態(tài)，電流的流向一清二楚（小綠點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)反向?yàn)殡娏鞯牧飨颍?，電壓、電流的?shù)值馬上顯示出來。根據(jù)所顯示的數(shù)值，我們來驗(yàn)證基爾霍夫電流定律，如圖3，上結(jié)點(diǎn)流入的電流為3mA，而流出的電流為1mA+2 mA，符合基爾霍夫電流定律。同樣，也可以輕松驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律，這里就不在贅述了。但觀察之后，看過電流的流向，有的同學(xué)產(chǎn)生了疑問，電壓源Us2的電流反向很特殊，這與中學(xué)學(xué)習(xí)的相矛盾，教師應(yīng)及時(shí)解釋，電池充電就是如此，打消學(xué)生心中的疑慮。這是教師在適當(dāng)?shù)奶岢鰡栴}，有沒有電路閉合時(shí)電壓源電流等于零的情況，有沒有兩個(gè)電壓源電流方向相同的情況呢？經(jīng)過這樣的提問，現(xiàn)場激發(fā)了學(xué)生的思維，大家作出各種猜測，經(jīng)過自己分析、討論，作出判斷，然后再想辦法利用Every Circuit進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)際上通過調(diào)整元器件的參數(shù)就可以了，很是方便，如果用計(jì)算的方法設(shè)置參數(shù)，比較復(fù)雜，元器件的參數(shù)可以連續(xù)調(diào)節(jié)，很快就能實(shí)現(xiàn)。例如，在設(shè)計(jì)兩電壓源電流同方向這種情況是，我只調(diào)節(jié)電壓源電壓就可以了，把電壓源電壓由5V調(diào)整為4V，可以清楚地看到流入上結(jié)點(diǎn)的電流為2mA+1mA，流出結(jié)點(diǎn)的電流為3mA，如圖4所示。再有，電壓源電流為零的情況，自己設(shè)計(jì)參數(shù)更不容易，通過參數(shù)按鈕來找尋合適的參數(shù)比較方便。如圖5所示，把期中的一個(gè)電壓源設(shè)置為500mA，另一個(gè)為 1V，調(diào)整電阻值，當(dāng)阻值為 500Ω、1kΩ、1kΩ 時(shí)，Us1電壓源的電流為零。證實(shí)了自己的猜想。提高了學(xué)習(xí)的興趣。

4 結(jié)束語

EveryCircuit電路模擬器可以在手機(jī)上進(jìn)行操作，使得工作環(huán)境不在受限制，可以隨時(shí)、隨地進(jìn)行。另外，由于其操作簡便，易學(xué)易用，很受學(xué)生的歡迎，而且能夠驗(yàn)證自己對策分析結(jié)果。激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性[2]。

在職業(yè)教育是面向人人的時(shí)代，職業(yè)教育的受眾，更多的可能是以形象思維為主的青少年。不善于用符號去思考，而樂于在具象情境或氛圍中通過“行動(dòng)”來學(xué)習(xí)[3]。由此可見，教學(xué)軟件在教學(xué)中能夠運(yùn)用得適當(dāng)，可以提升學(xué)習(xí)的效果，使其探究能力得到發(fā)展，也增加了自己動(dòng)手的實(shí)踐能力，為將來的實(shí)際工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］盛桂珍，蔡長青.基于Multisim10的新型教學(xué)方法的應(yīng)用研究[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，3.

［2］田清華.Every Circuit在電路教學(xué)中的應(yīng)用[J].石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，2.

［3］姜大源.中國職業(yè)教育改革與發(fā)展建言：措施與創(chuàng)新[J].職業(yè)技術(shù)教育，2011，28.