Proteus軟件在電路分析基礎實驗教學中的應用

李芳 何彩娟

摘 要：電路分析基礎課程是電子專業的一門重要專業技術基礎理論課，針對學生普遍反映難學的問題，將Proteus仿真軟件引入實驗教學，可以使學生加深對課程內容的理解。文章重點介紹了用Proteus仿真軟件設計一階RC電路的仿真實例。

關鍵詞：電路分析基礎課程;Proteus軟件;RC電路

中圖分類號：TP368

文章編號：2095-624X（2019）04-0057-02

電路分析基礎課程是電子專業的學生大一的第一門專業基礎課，也是一門重要專業技術基礎理論課。它可以使學生獲得必要的電路理論、概念，以及基礎的實驗技能。但是該課程概念多、理論性強、實踐性強，因此學生學習的感受普遍是難，特別是對基本概念和基本理論不能很好地理解。現在隨著科學技術的飛速發展，以及EDA設計仿真軟件的出現，利用EDA仿真軟件來輔助教學已是一種非常好的教學手段。利用軟件進行電路仿真或實現實驗過程可以讓學生更好地理解課程中的重要概念、難點。基于此背景，本文選取了眾多EDA軟件中的一種：Proteus軟件，并設計了一個電路仿真實驗，將其引入實驗教學中，在實驗過程中用軟件實現實驗過程，以及仿真出實驗現象，以幫助學生更好地理解和掌握一階RC電路的特性[1]。

一、EDA軟件：Proteus介紹

EDA工具軟件——Proteus已有20多年的歷史，在全球很多國家都得到了應用。它的功能很多，也很強大。不僅有電路設計、PCB設計，還有元件仿真，圖表仿真等功能;不僅能夠實現從原理圖到PCB設計的過程，還可對電路中的元器件，電路特性進行仿真與分析。其界面很友好，初學者很容易學會，是近年來特別是高校十分青睞的一款用于課堂教學的電子線路設計的仿真軟件。

Proteus軟件包括兩個系統，分別是：電路原理圖設計和電路原理仿真（ISIS.EXE）;印刷電路板設計（ARES.EXE）。在ISIS.EXE系統中，不僅可以實現電路原理圖設計，它還具有非常強大的仿真功能，如分離元器件，集成器件的仿真，它還能仿真電流的流動方向和電壓的高低。除此之外還具有單片機等CPU的可編程序器件的仿真，動畫效果逼真，數據準確。

二、利用Proteus軟件對一階RC電路分析應用實例

在電路分析基礎課程教學中，其中一部分教學內容是對一階動態電路的動態進行分析。這部分的內容不僅對電路進行分析，同時也得到一階電路的電流，電壓變化曲線。此變化曲線圖的作圖過程是一個比較抽象的過程，一般只是象征性地用定點法把響應曲線大概畫出來。這樣即使得出分析結果，學生對動態電路的特性也還是缺乏感性直觀的認識。因此為了解決此問題，此部分的實驗采用Proteus軟件來實現。實驗過程先用軟件仿真連接電路，然后用軟件中的仿真元件，儀器和軟件中的電流電壓仿真工具分析得出電路的電流電壓變化過程。同時還通過修改參數，觀察、討論電流電壓響應在不同條件下的變化過程，從而調動學生學習的積極性，活躍課堂氣氛[2]。

先按圖1的一階RC電路圖在軟件ISIS.EXE系統中把電路連接好，在選擇元件過程中要注意電容，開關、燈泡等元件是可仿真效果的活性元件，應選擇“active”庫下元件。

完成了電路原理圖的設計和連接后，再進行動畫仿真。可以用鼠標單擊開關，使它左右連接。左邊使其把電容與電源接通，這時電容充電，可以看到電容充電的動畫效果，此時為一階RC電路的零狀態響應（如圖2所示）。接著把開關打到右邊，這時電容與燈相連，并把電源斷開，此時為一階RC電路的零輸入響應，燈可以短暫地亮一下。在運行時，實驗人員可以左右來回撥動開關，學生可以多次觀察電路的仿真過程。在觀察的過程中學生可以更好地理解該電路的特性。

為了更好地理解時間常數τ=RC，在原電路上增加電流表和電壓表可以更直接地觀察到，改變電路中的R和C數值對電路電流和電壓的影響（如圖3所示）。

這樣的仿真實驗不僅鍛煉了學生的動手能力，同時學生在實驗中還可以反復修改電路參數和結構，多次觀看仿真過程，更能加深對一階RC電路特性的理解。

三、結語

本文介紹了EDA仿真軟件——Proteus，并以課程中一階RC電路的知識點設計了相應的仿真實驗，并對實驗教學過程進行了詳細介紹。實踐證明，將此類EDA仿真軟件引入課堂實驗教學中，可以很好地對傳統教學進行補充。如果能在講授基本的理論知識時，再配以仿真軟件的演示，那么教學效果更具有直觀性，課堂更為生動。如果把仿真軟件引入實驗教學中，不僅可以加強學生的動手能力，激發學生的學習興趣，還可以加強學生對理論知識的理解和掌握，是提高教學質量的一種行之有效的辦法。當然，教師也必須認識到：仿真教學和理論教學必須二者有效結合，發揮軟件的優勢，補充傳統教學的不足。

參考文獻：

[1]朱敏玲，張偉，侯凌燕.基于Proteus的微機原理與接口技術教學改革[J].實驗室研究與探索，2016（1）：155-160.

[2]陳龍，張亞若.Proteus仿真軟件在單片機實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理，2009（8）：73-75.