Proteus在歐姆定律電路仿真中的應(yīng)用

楊曉燕 陳 蓉 蔡武德

(云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 云南 昆明 650500)

利用Proteus軟件可進(jìn)行電路仿真和分析[1]，Proteus軟件對計(jì)算機(jī)硬件要求低，電路仿真功能強(qiáng)，在全球應(yīng)用極其廣泛[2,3]．Proteus仿真軟件的引入，教師和學(xué)生能夠設(shè)計(jì)完成更多在實(shí)際中不易操作的電學(xué)實(shí)驗(yàn)，可彌補(bǔ)硬件實(shí)驗(yàn)的不足．本文通過歐姆定律仿真案例[4]，給出了利用Proteus實(shí)現(xiàn)電路仿真的詳細(xì)步驟，為高中物理教師和學(xué)生快速學(xué)習(xí)并使用Proteus軟件提供借鑒．

1 Proteus實(shí)現(xiàn)電路仿真的步驟

圖1 Proteus工作界面

利用Proteus對如圖2所示電路進(jìn)行仿真，可歸為6個步驟．

圖2 電路原理圖

步驟1：從元件庫中選取元件.

圖2中共有6個元件，電阻R，滑動變阻器RP，電源E，開關(guān)S，電流表A，電壓表V．單擊圖1所示元件選擇器上的“P”按鈕，可以彈出“元件庫選擇”對話框，如圖3所示．

圖3 元件庫選擇頁面

(1)電阻R的添加

打開元件庫選擇對話框，先在“Keywords”文本框中輸入“Resistrors”，可在結(jié)果中看到各種類型的電阻，再在圖3所示的“Keywords”文本框中輸入“100R”，結(jié)果中則顯示出各種功率的100 Ω電阻．這里只需小功率電阻，因此在元件描述窗口雙擊“100R,3W”電阻，將其添加到對象選擇區(qū)．

(2)滑動變阻器RP的添加

打開元件庫選擇對話框，先在“Keywords”文本框中輸入“Resistrors”，可在結(jié)果中看到各種類型的電阻，再在圖3所示的“Keywords”文本框中輸入“POT”，在元件描述窗口找到“POT”，雙擊鼠標(biāo)將其添加到對象選擇區(qū)．

(3)電源E的添加

(4)開關(guān)S的添加

打開元件庫選擇對話框，先在“Keywords”文本框中輸入“SWITCH”，可在結(jié)果中看到各種類型的開關(guān)，在元件描述窗口找到“SWITCH”，雙擊將其添加到對象選擇區(qū)．

(5)電流表A的添加

(6)電壓表V的添加

(7)地線的添加

步驟2：放置元件.

圖4 元件放置圖

步驟3：設(shè)置元件屬性.

選中電源E，雙擊鼠標(biāo)左鍵，此時出現(xiàn)了屬性對話框，如圖5所示，在“Component Reference”后面填上電源的名稱為E;在“Voltage”后面填上電源的電動勢的值，這里設(shè)置為12 V．用類似的方法完成其他元件之間的編輯．

圖5 元件屬性對話框

步驟4：布局元件.

按照電路原理圖圖2布局元件，布局好后如圖6所示．

步驟5：電路圖的布線

當(dāng)鼠標(biāo)的指標(biāo)靠近一個對象的連接點(diǎn)時，跟著鼠標(biāo)的指針就會出現(xiàn)“X”，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊元器件的連接點(diǎn)，移動鼠標(biāo)，就出現(xiàn)了一條紅色的連接線，當(dāng)連接結(jié)束時連接線會變?yōu)榫G色．如圖7所示為電源和電壓表之間布線時的操作．用類似的方法完成其他元件之間的布線．

圖6 電路圖布線

步驟6：仿真運(yùn)行.

圖7 仿真運(yùn)行

2 Proteus在歐姆定律探究學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

當(dāng)構(gòu)建如圖2仿真電路后，可探究：

(1)電阻R一定，看電流I與電壓U的關(guān)系

分別取R=20 Ω和R=10 Ω，并調(diào)節(jié)滑動變阻器RP，可繪制出R的U-I圖像，如圖8所示．

圖8 U-I圖像

從圖8中可以看出，同一電阻的U-I圖像是一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線．這表明，電阻R一定，電壓U跟電流I的比值都是一個常數(shù)，R是一個只跟導(dǎo)體本身性質(zhì)有關(guān)而與通過的電流無關(guān)的物理量．

(2)電壓U一定，看電流I與電阻R的關(guān)系．

改變R的阻值，調(diào)節(jié)滑動變阻器RP，使加在R兩端電壓U始終保持5 V不變．從表1中可看到，R越大的流過的電流I越小，R的值反應(yīng)電阻對電流的阻礙作用．

表1 電壓恒定5 V

3 結(jié)束語

將Proteus仿真軟件引入到教學(xué)中，有利于以學(xué)生為主體，教師主要起引導(dǎo)作用的教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)，有利于學(xué)生對理論知識的理解和掌握，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識．

參 考 文 獻(xiàn)

1 龔利英,沈順玲.PROTEUS仿真軟件在電類課程教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐.電子世界,2016(20):13～14

2 張占強(qiáng),孟克其勞.基于Proteus的多波形信號發(fā)生器仿真設(shè)計(jì).電子測量技術(shù),2013,36(3):15～19

3 VineshThiruchelvam,Lim Min Hong.Fluids vertical transfer utilizing VFD based centrifugal pumps.Journalof Physics,2017,822:012062

4 劉向前,袁德.對閉合電路的歐姆定律相關(guān)知識疑點(diǎn)的透析.物理通報(bào),2016,35(6):31～34