Proteus在中職《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程中的應(yīng)用

【摘要】分析中職《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)上的不足，介紹Proteus軟件，提出了Proteus仿真軟件在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用，通過運用Proteus仿真教學(xué)實例進行教學(xué)，能把抽象的知識形象化、具體化，幫助學(xué)生快速理解和掌握知識點、技能點，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】中職電子技術(shù)基礎(chǔ)Proteus電路仿真

【中圖分類號】G【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）05B-0078-03

一、引言

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》是中職學(xué)校電子類專業(yè)最重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是中職電子類學(xué)生普遍反應(yīng)最難學(xué)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。這門課程具有很強的理論性，也有很強的實踐性，與工程實際聯(lián)系緊密，學(xué)生對該課程掌握的程度將直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。目前，中職學(xué)校在教學(xué)上都比較重視學(xué)生的實踐動手操作能力的培養(yǎng)，通常采用“理論—實踐一體化”的教學(xué)模式實施教學(xué)，相關(guān)實驗設(shè)備也逐步完善，但《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)效果仍然不理想，存在的問題主要有：

（1）理論與實踐教學(xué)仍然不能有機結(jié)合，往往是先進行理論教學(xué)，然后進行實踐教學(xué)。由于理論教學(xué)抽象，學(xué)生覺得枯燥無味并難以理解和接受，學(xué)習(xí)效率低；學(xué)生對相關(guān)理論不理解，做實驗比較機械無目的，因而實驗效果不理想。

（2）課堂上分析電路，畫原理圖、講解、分析花費時間多，教學(xué)效率低。

（3）在利用傳統(tǒng)方法進行實驗的過程中，不可避免會遇到元件損壞、儀器性能不穩(wěn)定等問題，影響學(xué)生做實驗的積極性。

（4）《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的實驗裝置，若是采用模塊化設(shè)計的，學(xué)生只需找到對應(yīng)的模塊進行簡單地連接就行了，極大地限制了學(xué)生實際動手能力和解決問題的能力，沒有真正地達(dá)到鍛煉學(xué)生動手能力的目的；若是非模塊化設(shè)計，采用分立元件和導(dǎo)線連接，雖然能鍛煉學(xué)生的動手能力，但簡單的電路也會變得復(fù)雜，也不夠直觀，而且分立元件線路已經(jīng)明顯過時，與集成化的生產(chǎn)實際相距甚遠(yuǎn)，影響學(xué)生動手實驗的積極性。

如何才能有效解決上述問題呢？筆者認(rèn)為，在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)中，如果采用Proteus仿真實例進行教學(xué)，將有助于解決上述問題。

二、Proteus簡介

Proteus是由英國Labcenter electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，從1989年問世至今，經(jīng)過20多年的使用和發(fā)展其功能日臻完善，已在國內(nèi)外著名高校和知名電子公司廣泛應(yīng)用。Proteus是一個電路分析與實物仿真平臺，其功能強大，集電路設(shè)計、仿真及制板等功能于一身，不僅可以對電工、電子技術(shù)學(xué)科涉及的電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、模數(shù)混合電路進行設(shè)計與分析，還可以對各類主流的單片機和嵌入式系統(tǒng)進行硬件與軟件的設(shè)計與仿真調(diào)試。其主要性能特點如下：

（1）豐富的仿真元器件，包括數(shù)字和模擬、交流和直流等，超過27000個仿真器件。

（2）多樣的激勵源，包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入。

（3）豐富的虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓／電流表、交流電壓／電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計／計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等。

（4）生動的仿真顯示，如用色點顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對地電壓大小，結(jié)合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動。

（5）高級圖形仿真功能（ASF），基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項指標(biāo)，包括工作點、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析。

（6）單片機協(xié)同仿真功能。

三、Proteus在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用

（一）理論教學(xué)中運用Proteus仿真演示

在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)過程中，對抽象、難理解的知識點，如二極管的伏安特性、三極管各電極的電流關(guān)系、三極管特性、放大電路、負(fù)反饋放大電路、集成運放應(yīng)用、組合邏輯電路、時序邏輯電路等內(nèi)容，在課堂上采用Proteus仿真演示教學(xué)，會變得直觀、容易理解、容易接受，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)習(xí)效率，從而進一步提高教學(xué)效果。現(xiàn)以三極管各電極電流分配關(guān)系仿真電路進行分析。

啟動Proteus軟件，按圖1所示電路畫好仿真電路圖。VCC取值為20 V不變，通過改變VBB的大小來改變IB的大小，使IB為表格1中所給出的各數(shù)值，并測量出此時相應(yīng)的IC，IE值，計算出IB＋IC，IC／IE，IC／IB的值，填入表格1 中。

圖1三極管各電極電流分配關(guān)系仿真電路

表格1改變VBB時三極管各極電流關(guān)系

VBB（V）02.664.676.688.6910.7

IB（uA）01020304050

IC（mA）01.903.945.957.909.77

IE（mA）01.913.965.987.949.82

IB＋IC（mA）01.913.965.987.949.82

IC／IE×0.990.990.990.990.99

IC／IB×190197198197.5195.4

從表格1中可以看出，三極管的電流IB對電流IC有明顯控制作用，IE＝IB＋IC，IC／IE小于1約等于1，IC／IB遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，且IC／IE的值和IC／IB的值在IB變化時，不會發(fā)生明顯變化。從圖1中也能清楚地看出三極管各電極電流方向及大小關(guān)系。

可見，采用Proteus仿真教學(xué)，給學(xué)生直觀、動態(tài)地演示，使抽象、復(fù)雜、難于理解的知識變得容易理解和接受，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

（二）實踐教學(xué)中運用Proteus仿真虛擬實驗

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的實訓(xùn)教學(xué)，需要用到大量的實驗設(shè)備、測量工具和儀器、電子元器件，而且在進行實驗的過程中，不可避免地會遇到元件損壞、儀器性能不穩(wěn)定等問題，較難達(dá)到預(yù)計的實驗效果，從而影響學(xué)生做實驗的積極性。若在做實驗之前，先采用Proteus軟件在計算機上進行相應(yīng)實驗電路的仿真實驗，讓學(xué)生熟悉電路原理、實驗步驟、測量方法等，然后再讓學(xué)生進行真實實驗，那么學(xué)生在面對現(xiàn)實電路進行實驗時，就會心中有數(shù)，有條不紊地進行實驗，提高實驗效率和實驗質(zhì)量。現(xiàn)以三極管共射放大電路仿真實驗為例進行分析。

啟動Proteus軟件，按圖2所示電路畫好仿真電路圖，并接上虛擬信號生器、示波器、毫伏表、毫安表等。

1．靜態(tài)工作點的測量。

參考圖3所示調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，使其輸出頻率為1 kHz、峰－峰值為10 mV的正弦電壓，加到放大器的輸入端，運行仿真，調(diào)節(jié)電位器RW1，使放大器的輸出波形為幅度較大的不失真正弦波，然后暫停仿真，將鼠標(biāo)移到三極管Q1上單擊左鍵，即可測得三極管各靜態(tài)參數(shù)，如圖4所示。

2．電壓放大倍數(shù)仿真測量。

調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，使其輸出頻率為1 kHz、峰－峰值為10 mV的正弦電壓，加到放大器的輸入端，運行仿真。在放大器不失真的情況下讀出信號源電壓US，輸入電壓UI，空載電壓U'O ，閉合開關(guān)SW1后的帶負(fù)載輸出電壓UO，如圖5所示。

圖2三極管共射放大電路接入儀器儀表的仿真電路

圖3信號發(fā)生器的運行界面

圖4Q1的靜態(tài)參數(shù)

圖5各交流電壓數(shù)據(jù)表

根據(jù)所測數(shù)據(jù)，可計算出：

空載時源電壓放大倍數(shù)：

空載時電壓放大倍數(shù)：

帶載時源電壓放大倍數(shù)：

3．輸入電阻和輸出電阻的計算。

放大電路的輸入電阻：

×11k=4.4k

放大電路的輸出電阻：

×2.4 k=2.3 k

4．觀察輸入輸出波形。

調(diào)節(jié)信號發(fā)生器，使其輸出頻率為1 kHz、峰－峰值為10 mV的正弦電壓，加到放大器的輸入端，運行仿真。在放大器不失真的情況下觀察輸入輸出波形的相位關(guān)系，如圖6所示。從中可看出輸入波形與輸出波形的相位是相反的。

圖6輸入輸出波形（幅度小是輸入波形，幅度大是輸出波形）

5．觀察失真波形。

增大輸入信號波形的幅度，調(diào)節(jié)RW1，使Q點往上移直至輸出波形的底部出現(xiàn)失真；調(diào)節(jié)RW1，使Q點往下移直至輸出波形的頂部出現(xiàn)失真。如圖7和圖8所示。

圖7飽和失真

圖8截止失真

運用Proteus軟件進行仿真實驗教學(xué)，學(xué)生不用擔(dān)心實驗儀器設(shè)備及元器件的損壞，可放心地進行調(diào)試、測量，親自體驗自己設(shè)計、調(diào)試、測量的學(xué)習(xí)樂趣，為下一步到實驗室進行電路實驗作好充分準(zhǔn)備，提高實驗效率和實驗質(zhì)量。

（三）Proteus仿真教學(xué)的注意事項

在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的教學(xué)過程中，運用Proteus仿真軟件實施教學(xué)，確實帶來比較好的教學(xué)效果。但在教學(xué)過程中，也應(yīng)注意以下兩個問題：

（1）在演示教學(xué)前，應(yīng)將相關(guān)電路畫好，并進行演示，以便在課堂教學(xué)中能夠熟練講解、熟練操作，讓學(xué)生看到一個非常完美的效果，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性。

（2）在電路仿真實驗中，一定要教會學(xué)生如何快速查找實驗電路圖中所需的元器件，使學(xué)生能快速繪畫出實驗電路圖，連接好虛擬儀器，并進入仿真實驗，體驗仿真實驗的成就感，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的信心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

四、結(jié)束語

在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)過程中運用Proteus軟件進行仿真教學(xué)，不僅可以把抽象難理解的理論知識變得直觀、形象，易接受，豐富了理論教學(xué)課堂，還可以進行電路仿真虛擬實驗，讓學(xué)生在虛擬仿真實驗中熟悉相關(guān)知識和操作技能，促進實踐教學(xué)的有效進行，幫助學(xué)生在真實的實驗中快速掌握知識點和操作技能。

【參考文獻】

［1］趙犁豐．電路設(shè)計與仿真技術(shù)．電子工業(yè)出版社，2012

［3張鈺玲．甘昕艷．Proteus仿真在數(shù)字電子技術(shù)課程中的應(yīng)用．桂林電子科技大學(xué)學(xué)報，2008．第28卷（第6期）

【作者簡介】歐志柏（1974-），男，漢族，廣西平樂縣人，河池市職業(yè)教育中心學(xué)校高級講師、高級技師，從事電子技術(shù)類教學(xué)與實訓(xùn)；岑啟忠（1971-），男，壯族，廣西南丹縣人，河池市職業(yè)教育中心學(xué)校高級講師、高級技師，從事電子技術(shù)類教學(xué)與實訓(xùn)。

（責(zé)編盧建龍）