Circuit Wizard 仿真軟件在汽車電工電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

東莞市電子商貿(mào)學(xué)校 姜奉榮

《汽車電工電子技術(shù)》是中職汽修專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，該課程內(nèi)容較為抽象，加之中職學(xué)生文化基礎(chǔ)薄弱，課堂學(xué)習(xí)效率較低，教師如果采用純理論教學(xué)會(huì)使課堂氣氛沉悶。因此有必要改革教學(xué)手段，筆者采用了電路仿真軟件教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了教學(xué)質(zhì)量。

1 仿真軟件介紹

Circuit Wizard仿真軟件（以下簡(jiǎn)稱“仿真軟件”）主要用于電路工作情況的模擬仿真，在電路工作過(guò)程中，可以看到電流的流動(dòng)方向、電路元件的電壓降及波形，還可以通過(guò)改變電路中元件的參數(shù)，達(dá)到做試驗(yàn)?zāi)康?，?duì)學(xué)生掌握電路的概念并理解電路定律起到很大的幫助作用。該軟件界面為英文版，但使用很簡(jiǎn)單。元件庫(kù)中包含供電電源庫(kù)、連接器庫(kù)、輸入類元件庫(kù)、被動(dòng)元件庫(kù)、各種半導(dǎo)體元件庫(kù)、邏輯元件庫(kù)、集成電路庫(kù)、輸出類元件庫(kù)、虛擬儀器庫(kù)等上千種元器件，元器件符號(hào)為國(guó)際通用，搭建的電路可以完成電路瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)等常規(guī)電路分析，有助于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

2 仿真軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用

（1）對(duì)電容器的仿真教學(xué)。電容是中職學(xué)生必須掌握的元器件，在汽車控制元件的電路板中經(jīng)常出現(xiàn)電容，電容器在電路中具備多種功能，如充電、放電、濾波、耦合等，下面利用Circuit Wizard仿真軟件直觀解釋濾波功能。

如圖1所示，為了直觀表現(xiàn)電容的濾波功能，電路電源采用交流電源，整流橋?yàn)锽R1，開(kāi)關(guān)為SW1，電阻R1（100 Ω）模擬用電器，與R1并聯(lián)的是一個(gè)容量為1F的電容。

開(kāi)關(guān)SW1打開(kāi)時(shí)，交流電源輸出的交流電經(jīng)過(guò)整流橋整流，變成脈動(dòng)直流電，給負(fù)載R1供電。關(guān)閉開(kāi)關(guān)SW1后，流過(guò)電阻R1的脈動(dòng)直流電，變?yōu)槠交闹绷麟?，電路中的電容濾波就是去除輸出電路中的交流成分，保留直流成分。改善了直流電的質(zhì)量，減小了電路脈動(dòng)系數(shù)。該電路類似于汽車發(fā)電機(jī)電路，最后使負(fù)載兩端得到一個(gè)比較平穩(wěn)的脈動(dòng)直流電壓，濾波效果如圖2所示。

圖1 電容器未參與濾波的仿真教學(xué)（截屏）

圖2 電容器參與濾波的仿真教學(xué)（截屏）

（2）對(duì)電感器的仿真教學(xué)。汽車中電感器應(yīng)用廣泛，如電磁閥、繼電器、噴油器、電磁式傳感器及點(diǎn)火線圈等。電感器最大的特點(diǎn)是將電源的電能轉(zhuǎn)換成磁能儲(chǔ)存于磁場(chǎng)中，當(dāng)移去電源時(shí)，電感器又將存儲(chǔ)的磁能釋放出來(lái)轉(zhuǎn)變成電能。筆者利用仿真軟件搭建一個(gè)焦耳小偷電路（自激振蕩升壓電路），如圖3所示，直觀地解釋了自感與互感現(xiàn)象，并幫助學(xué)生理解汽車點(diǎn)火系統(tǒng)為何會(huì)產(chǎn)生20 kV以上的次級(jí)電壓。

圖3 焦耳小偷電路的仿真教學(xué)（截屏）

該電路由2 V的直流電源、點(diǎn)火線圈T2（初級(jí)次級(jí)匝數(shù)比為10∶24）、電阻R1（1 kΩ）、NPN三極管Q1、4個(gè)發(fā)光二極管和開(kāi)關(guān)SW1等元件組成。正常情況下2 V的電源只能點(diǎn)亮一個(gè)紅色的發(fā)光二極管，如果要點(diǎn)亮4個(gè)發(fā)光二極管，至少需要6 V以上的電源。該電路屬于自激振蕩升壓電路，通過(guò)這個(gè)電路可以把低壓電壓升高，通過(guò)波形可以看出瞬間電壓高達(dá)100 V以上，如果調(diào)整點(diǎn)火線圈T2的匝數(shù)比可以得到更高的次級(jí)電壓。通過(guò)Circuit Wizard仿真軟件，學(xué)生可以看到發(fā)光二極管瞬間被點(diǎn)亮，然后熄滅，接著再次被點(diǎn)亮的工作過(guò)程，通過(guò)電壓表探針可以測(cè)量電路中的任意點(diǎn)的瞬時(shí)電壓，以波形的形式呈現(xiàn)出來(lái)，這是傳統(tǒng)教學(xué)無(wú)法比擬的，通過(guò)模擬仿真就把抽象枯燥的理論知識(shí)形象化直觀化地展示出來(lái)，學(xué)生更容易理解與掌握。

（3）利用555定時(shí)器模擬汽車轉(zhuǎn)向燈工作原理。汽車燈光從功能上共分兩類，一類為照明，如近光燈、遠(yuǎn)光燈、霧燈等；另一類為信號(hào)燈，如示廓燈、轉(zhuǎn)向燈等。筆者利用仿真軟件搭建一個(gè)汽車轉(zhuǎn)向燈控制電路，如圖4所示。

圖4 汽車轉(zhuǎn)向燈工作原理的仿真教學(xué)（截屏）

該電路采用了555定時(shí)器，模擬車身電腦，兩個(gè)發(fā)光二極管D1、D2模擬汽車左右轉(zhuǎn)向燈，開(kāi)關(guān)SW1模擬室內(nèi)燈手控開(kāi)關(guān)。為了使555定時(shí)器發(fā)出連續(xù)、精確的脈沖信號(hào)，該電路使用了不同參數(shù)的電子電器元件，電路仿真了右轉(zhuǎn)向燈工作情況，D1發(fā)光二極管閃爍頻率為2 s一次，占空比為40%～50%。如果能夠熟練使用該軟件，還可以進(jìn)行小型設(shè)計(jì)試驗(yàn)。利用該軟件教學(xué)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，并大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是汽車電工電子技術(shù)課程的重要環(huán)節(jié)，由于教學(xué)場(chǎng)所及器材的限制，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)利用烙鐵焊絲在面包板上焊接元器件搭建電路，即使有這樣的機(jī)會(huì)，失敗的概率也很大，因?yàn)樵骷?shù)的選擇至關(guān)重要，如果不同參數(shù)的元器件混在一起，就可能遭遇非常復(fù)雜的錯(cuò)誤情況，Circuit Wizard仿真軟件可以減少失敗的概率，是必要的教學(xué)輔助手段，利用該軟件可以深入淺出、循序漸進(jìn)地講解電路知識(shí)，并建立高效的實(shí)踐培訓(xùn)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。