基于Proteus仿真的電工電子課程教學創新

胡中玉, 岳　強, 任　杰, 蒲翠萍

(1. 昆明學院 自動控制與機械工程學院, 云南 昆明　650214；2. 昆明學院 信息技術學院, 云南 昆明　650214)

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基于Proteus仿真的電工電子課程教學創新

胡中玉1, 岳強2, 任杰1, 蒲翠萍1

(1. 昆明學院 自動控制與機械工程學院, 云南 昆明650214；2. 昆明學院 信息技術學院, 云南 昆明650214)

為提高電工電子課程的教學質量,在課堂教學、實踐教學和自主學習3個方面探討用Proteus仿真軟件輔助教學的創新方法,實現電工電子課程理論到實際的銜接。以設計集成直流穩壓電源實驗項目為例,說明用Proteus輔助實驗教學的具體過程。通過仿真實驗,學生的動手能力得到了提高、學習的興趣得到了增強,為后續的專業課學習奠定了堅實的基礎。

電工電子實驗； Proteus仿真； 教學方法創新

“電工學與電子技術”是一門非常重要的專業基礎課,是培養卓越工程師的重要教學內容[1-3]。通過該課程的理論教學和實驗教學,學生能夠提升專業知識的融合能力、工程應用實踐能力以及創新能力。

然而傳統的教學過程存在某些局限性：

(1) 理論教學與實驗教學分離,學生有很強的分裂感,實驗課就像另一門課一樣,達不到輔助教學的目的；

(2) 很多學校開設的電工學與電子技術實驗,仍然在傳統的實驗箱或是面包板上進行,學生只是按照教師給定的電路圖連線、對關鍵參數進行觀察和測量，特別是用實驗箱做實驗,學生甚至沒有見過實際的元器件；

(3) 實驗教學受時間和設備的限制，實驗室不能24小時開放,實驗室場地和設備也不可能供所有學生同時進行實驗。

基于Proteus的虛擬仿真實驗可以很好地解決上述問題[4-7]。

1　Proteus仿真輔助課堂教學

“電工學與電子技術”課程中有一些比較抽象的概念,教師不容易講解清楚。例如電路的暫態分析,需要讓電路狀態隨時間發生改變,教師一般采用畫坐標的表達方式,仍然不夠直觀[8-10]。

若使用Proteus畫出如圖1所示的電路,先將開關SW1切換到左邊,電路開始充電,電容上面看到正負電荷以“+”、“-”符號的形式逐漸積累在電容C1兩端,當充電完成,電荷不再增加。再將開關SW1切換到右邊,C1開始放電,上面的“+”、“-”電荷開始減少,作為負載的燈L1亮,隨即滅,直到C1上不再有電荷,放電完成。

圖1　電容充放電電路

2　Proteus仿真輔助實踐教學

在實踐教學方面,可以直接將實驗地點選在機房，而實驗內容可以用設計性實驗替換驗證性實驗。例如直流穩壓電源實驗,要求學生設計一集成直流穩壓電源[11-13],要求性能指標為:

輸出電壓Uo為+3～+9 V,最大輸出電流Io max為800 mA,紋波電壓ΔUop-p≤5 mV,穩壓系數SU≤3×10-3。

設計步驟如下。

(1) 選集成穩壓器,確定電路形式。選可調式三端集成穩壓器LM317T可滿足實驗要求,確定電路圖如圖2所示。

圖2　直流穩壓電源電路

其中,Uo≈1.25(1+RP1/R1),取R1=240 Ω,則RP1min=336 Ω,RP1max=1.49 kΩ,故取RP1為4.7 kΩ的電位器。

(2) 選電源變壓器。輸入電壓Ui的范圍為:

12V≤Ui≤43V

由小型變壓器的效率表可得變壓器效率η=0.7,則原邊輸入功率P1≥P2/η=15.7W。為留有余地,選功率為20 W的電源變壓器。

按下仿真按鈕,可以看到輸出電壓為直流電壓,滿足題目要求。如果運行仿真以后得不到題目要求的結果,還可以接入Proteus提供的示波器等實驗儀器,從降壓開始一步步測試輸出波形,直到滿足題目要求。

3　Proteus輔助實際電路的設計

在課堂教學和實驗教學的課時之外,或者有充足實驗課時的學校,還可以讓學生利用Proteus來制作真實的電路板。例如圖2所示的直流穩壓電源就可以利用Proteus提供的ARES來繪制印制電路板如圖3所示[14-15]。畫好的圖形可以直接送制板機制作電路板。沒有制板機的學校,也可以讓學生將布線打印出來粘貼在覆銅板上,將線條以外的銅片腐蝕掉,自制成印制電路板。

圖3　直流穩壓電源的印制電路板

然后,學生用采購來的電路元器件進行安裝和焊接,一個真實的直流穩壓電源就做好了。學生還可以用真實的電壓表和示波器等實驗設備對電路進行調試和測試。

4　結語

Proteus軟件強大的仿真功能除了用來輔助電工電子類課程的理論教學和實驗教學外,還可以用于可編程器件的仿真。對于學生來說,學習不再是只能靠聽講和想象,而是可以真切地自己參與電路的設計和電路功能的驗證,從而感受到學習與實際生活的密切相關,極大的調動了學習的興趣。而對于學校來說,僅僅使用了一個軟件,就得到了開放實驗室的效果,改進了課堂教學和實驗教學環節,并節約了辦學成本。

References)

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[15] 周靈彬,任開杰.基于Proteus的電路與PCB設計[M].北京:電子工業出版社,2010.

Innovation on teaching of electrical and electronic courses based on proteus simulation

Hu Zhongyu1, Yue Qiang2, Ren Jie1, Pu Cuiping1

(1. School of Auto-control and Mechanical Engineering, Kunming Institute, Kunming 650214,China;2. School of Information and Technology, Kunming Institute, Kunming 650214,China)

In order to improve the teaching quality of electrical and electronic courses, the class teaching, the practical teaching and the independent learning are discussed. The innovative method which can assists students’ learning by using Proteus simulation software, realizes the the link from theory to practice for electrical and electronic courses. Taking the experimental project of integrated DC regulated power supply as an example, the specific process of Proteus aided experimental teaching is illustrated. The simulation experiment is beneficial to students’ practical ability. And their interest of learning has been enhanced. A solid foundation for the follow-up study of theory and practice has been built.

electric and electronic experiment; Proteus simulation; innovation of teaching method

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.04.035

2015- 10- 19

云南省教育廳科學研究基金項目(2011Y237)；昆明學院科學研究項目(XJL14006)

胡中玉(1981—),女,云南昆明,碩士,講師,主要研究方向為信號分析、電路設計和單片機自動控制.

E-mail：poundblue@126.com

TN911.6

A

1002-4956(2016)4- 0128- 03