淺談電工基礎中電路仿真軟件的應用

何軍

摘 要：傳統的電工基礎實驗教學正面臨著安全問題、器材缺乏和實驗操作繁瑣的困境，引入電路仿真軟件可以有效解決傳統實驗方法的問題。本文闡述了傳統實驗方法的困境和電路仿真軟件的特點，并結合電路仿真軟件的應用實例分析了電路仿真軟件的優勢，以及仿真實驗與傳統實驗的區別。

關鍵詞：電工基礎；仿真軟件；電工實驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.126

1 引言

電工基礎課程是目前面向理工科院校微電子技術、應用電子技術、電子信息工程技術及自動化控制技術等專業開設的課程，屬于專業基礎必修課程，也是理工科院校對應專業的重點教學課程。電工基礎課程教學中存在著很多教學難點，尤其是電路實驗動手操作方面的課程教學面臨著很多困境，這也導致了電工基礎的學生普遍反映該課程不好理解、難以掌握課程內容。而對于電路實驗的課程教學，引入電路仿真軟件建立仿真電路，可以有效改善傳統實驗課教學的不足之處，為電工基礎中理論和實踐教學的結合提供了很好的平臺，從而改變學生對于電工基礎課程的畏難厭學情緒，提升電工基礎的教學效果。

2 傳統教學方法面臨的困境

電工基礎課程由于涉及知識面廣，對知識的理解要求較高，要求學生具有很強的邏輯思維能力和抽象思維能力，對于基礎本身較薄弱的高職院校學生來說，難以很好地理解和掌握。因此讓基礎原本比較薄弱的高職院校學生能夠理解并應用電工基礎中的相關知識成為教學中需要解決的主要問題。除了基礎知識不扎實、邏輯思維能力和抽象思維能力不強等劣勢，高職院校學生往往對自己的學習能力缺乏自信心，這樣自然導致他們在學習過程中興趣不高、動力不足。

3 電路仿真軟件的特點與優勢

3.1 電路仿真軟件的特點

（1）設計環境一體化。電路仿真軟件有效實現了電路設計環境的集成。操作者可以任意地在仿真環境中設置數據及模擬元件，順利進行數據模型混合仿真、原理圖輸入等工作，同時可以進行波形圖的顯示。

（2）提供真實的實驗平臺。電路仿真軟件具備集成了數千種電路元件的元件庫，包括無源元件和有源元件、數字元件和模擬元件以及分立元件和集成元件等不同類型的電路元件，同時利用該軟件還可以擴充現有的元件庫或新建元件庫。

（3）軟件操作界面友好。電路仿真軟件的操作界面十分友好，利于新手迅速上手。操作者只需要點擊鼠標就可以選擇元件；拖動鼠標，便可以將元件按照實驗的電路原理圖進行布置。在仿真實驗過程中，也可以方便地修改元件屬性、改變元件位置以及調整電路的連接方式。除此之外，電路仿真軟件在操作者布置完電路原理圖之后能夠自行進行圖面的調整而不改變電路連線方式，從而使原理圖更加簡潔美觀。

3.2 電路仿真軟件的優勢

（1）確保操作者和實驗器材的安全。在電工實驗過程中，一旦操作者操作不當，很容易發生電源短路的情況，由于電路中電流過大，會導致電源迅速燒毀，其他電路元件也有可能損壞，甚至會產生更嚴重的后果，操作者的人身安全和實驗器材的安全都無法得到保證因此在進行電工基礎課程的實驗教學時，教師必須要解決好學生和設備的安全問題。引入電路仿真軟件到電工實驗中則有效解決了這類問題，利用電路仿真軟件去進行電工實驗的操作時，操作者利用計算機進行模擬操作，不會接觸到真實的電路元件與電路儀器，在仿真軟件提供的仿真實驗環境中也能夠體會到不當操作帶來的危害和損失，從而避免了學生人身安全和實驗器材安全問題的發生。

（2）避免了繁雜的實驗準備與清理工作。電路仿真軟件能夠有效解決實驗準備與清理工作繁瑣的問題，而且學生在虛擬環境中進行仿真實驗時，仿真軟件元件庫中的元件和電路儀器都不會出現丟失或損壞的問題，也不會因為電路元件接觸不良而影響實驗結果。在進行仿真實驗操作時，學生需要做的只是用鼠標進行實驗電路的連接，不會出現電路元件失效或接觸不良等意外情況，做起實驗自然事半功倍。

（3）解決了實驗器材不足的問題。由于很多高職院校對于實驗室硬件設施建設的投入不夠，導致實驗室內相關電路元件的數量與型號十分有限，無法滿足電工實驗教學的需求。電路仿真軟件元件庫實現了成千上萬的電路元件的集成，就算有一些電路元件沒有包含在內，我們也可以按照所需電路元件的各種參數創建新的電路元件對元件庫進行補充。因此利用電路仿真軟件進行仿真實驗有效彌補了實驗室中器材不足的缺點。

4 電路仿真軟件應用實例

電路仿真軟件已經在很多電工基礎實驗中得到了應用，使用比較多的軟件包括EWB仿真軟件和Proteus仿真軟件。下面著重介紹利用EWB仿真軟件進行的基爾霍夫定律仿真實驗實例。

作為電路分析中的基本定理，基爾霍夫定律反映了在電路連接中，不同支路上的電流或不同部分電壓之間的約束關系。這種約束關系只和電路連接的方式有關，與電路元件的具體參數沒有關系。基爾霍夫定律是分析求解電路的重要理論依據，也是各種集總參數電路需要遵守的規則。基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL），其中基爾霍夫電流定律描述了與節點相連的不同支路電流間的相互關系，它指出了任意時刻對于集總參數中的任意節點，流出或流入該節點電流的代數和均為零。

首先打開EWB電路仿真軟件，按照如圖所示的實驗電路圖，點擊拖動鼠標進行電路元件和電路儀器的布置，在電路中連接起來。打開電路元件的屬性對話框，調整元件的參數。電路連接完成后，可以閉合電路開關，仿真實驗開始。各部分電壓在電壓表上得到了具體顯示，各支路電流也在電流表上有了顯示。在電路儀器上的數據穩定之后，可以打開電路開關，讀取并記錄數值。實驗電路原理圖中顯示電路中共有3 條回路和2 個節點。根據測量結果，對于節點3流入流出的電流代數和等于零，節點4 也是如此。根據電壓表的測量數據，沿任意方向對任意回路繞行一周的電壓的代數和也是零，驗證了基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。

參考文獻：

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