電路課程中的“多路直流電源設(shè)計”綜合性實驗

陳媛媛

摘 要：在電路課程延續(xù)教學(xué)中引入“多路直流電源設(shè)計”的綜合性實驗。通過Multisim仿真觀察和分析電路的結(jié)構(gòu)、功能，加強了學(xué)生對設(shè)計電路的全面理解，仿真通過后在面包板上進(jìn)行電路元件的搭接實現(xiàn)電路。虛實結(jié)合、軟硬兼顧，既鍛煉了學(xué)生動手能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神，也為后續(xù)電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)打下了良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電路 延續(xù)教學(xué) Multisim

中圖分類號：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0225-02

電路是高校電子與電氣信息類的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。課程主要分析電路中的電磁現(xiàn)象，研究電路的基本規(guī)律和電路的分析方法。為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的電子與電氣信息類后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的電路知識，在整個課程體系中具有承前啟后的重要作用。而隨著課程教學(xué)改革的發(fā)展，在技術(shù)基礎(chǔ)課程中也越來越強調(diào)對學(xué)生實驗研究能力、動手操作能力、實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。電路課程作為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，在課程延續(xù)教學(xué)部分也應(yīng)加強開展綜合性復(fù)雜實驗的教學(xué)。為此我們嘗試將“多路直流電源設(shè)計”的綜合性實驗引入了電路課程延續(xù)教學(xué)中。

延續(xù)教學(xué)作為課程正常教學(xué)的有益補充，采用什么樣的教學(xué)形式開展是教師們在設(shè)計教學(xué)方案時深深思考的問題。除了常規(guī)的通過習(xí)題課、答疑講解加深對理論知識的理解，開展各種形式的實驗教學(xué)也是十分有必要的。實驗教學(xué)除了課內(nèi)的基礎(chǔ)實驗、驗證性實驗，課后的延續(xù)教學(xué)部分進(jìn)行一些電子設(shè)計制作，對鍛煉學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性都是十分有好處的。

直流電源在原來的教學(xué)安排中我們是在模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中介紹的。但實際上，學(xué)生對二極管的單向?qū)щ娦栽诟咧须A段就有所接觸。在電路課程中學(xué)習(xí)過電容、電感特性，變壓器原理后，向?qū)W生介紹直流電源的組成原理學(xué)生也比較容易接受。這時候在課后延續(xù)中引入多路直流電源設(shè)計的綜合性實驗，與實際聯(lián)系緊密，在理論學(xué)習(xí)之后，將電路具體實現(xiàn)出來，學(xué)生興趣比較大。電路課程與后續(xù)的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程都屬于電子電路，本就有著千絲萬縷的聯(lián)系。在電路課程中就開始學(xué)習(xí)Multisim軟件仿真，對后續(xù)模電的學(xué)習(xí)也是十分有幫助的[1]。

1 原理介紹

在實驗進(jìn)行之前，教師需要對實驗的理論基礎(chǔ)即直流電壓源的工作原理加以介紹。直流電壓源通常由交流變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路4部分組成，如圖1所示。其中交流變壓器負(fù)責(zé)降壓，把220 V的交流電網(wǎng)電壓降低到合適的交流電壓值；整流電路的作用是將方向變化的交流電壓變成方向單一的脈動直流電壓；濾波電路則將脈動的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為平滑的直流電壓；最后的穩(wěn)壓電路負(fù)責(zé)清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響，保持輸出電壓的穩(wěn)定。教師可以重點講解整流電路[2]。而整流電路的關(guān)鍵在于方向的變化，因此很容易引導(dǎo)學(xué)生想到利用二極管的單向?qū)щ娦詠韺崿F(xiàn)整流。接下來主要介紹單相橋式整流電路的結(jié)構(gòu)，講解橋式整流電路4個二極管構(gòu)成橋臂，兩兩交替導(dǎo)通的工作原理。濾波電路部分簡單地使用電容元件進(jìn)行濾波即可。穩(wěn)壓電路則采用三端集成穩(wěn)壓元件W7800和W7900系列來實現(xiàn)。

2 仿真

在學(xué)習(xí)完實驗理論知識部分之后，學(xué)生還需要進(jìn)一步熟悉實驗使用的各種元器件，熟悉電路的工作原理和組成。電子分析的仿真軟件在這里能夠給我們帶來極大的幫助。Multisim電路仿真軟件是美國國家儀器（NI）有限公司推出的電路仿真軟件，具有界面友好，元器件和測量儀器豐富，分析工具強大等優(yōu)點，是進(jìn)行電子設(shè)計分析的好幫手。學(xué)生通過在電腦上采用虛擬的電子元件連接電路，可以掌握常用電子元器件的功能作用、基本參數(shù)和測量方法。而且在軟件中可以隨時根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整電路參數(shù)，避免了實驗失敗帶來元器件燒毀的風(fēng)險。仿真軟件提供了豐富的分析儀器，彌補了實驗室可能缺少某些不常用儀器的不足。通過軟件仿真，學(xué)生可以完成從電路設(shè)計、元件選取、測試優(yōu)化、參數(shù)調(diào)整的一系列過程，鍛煉了學(xué)生的動手能力和分析能力，也為實際電路的實現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。多路直流電源的Multisim仿真電路如圖2所示。

3 電路實現(xiàn)

學(xué)生在認(rèn)真研究了電路原理并進(jìn)行電路仿真之后，對每一個電路元件的作用、電路的組成結(jié)構(gòu)都比較熟悉了，這時我們就可以進(jìn)入實驗室進(jìn)行實物操作了。教師可以先向?qū)W生介紹一下面包板和各種電路元器件的使用注意事項。學(xué)生通過原理學(xué)習(xí)和電路仿真，對電路元件已經(jīng)有了一個感性認(rèn)識，通過實物操作，更增強了對電路的理性認(rèn)識。電路逐級連接，逐級測試。遇到問題分析解決。哪一級電路不能出現(xiàn)仿真預(yù)計的結(jié)果，問題在哪里，需要通過學(xué)生自己動手分析解決，鍛煉了學(xué)生分析問題解決問題的能力。而且由學(xué)生自己解決的問題，學(xué)生印象更為深刻。在解決各種繁瑣問題的過程中，也培養(yǎng)了學(xué)生細(xì)致耐心的實驗習(xí)慣。各種常用測量儀器，萬用表、雙蹤示波器的使用，對學(xué)生后續(xù)電子課程會十分有幫助。原理學(xué)習(xí)、電路仿真、實物操作整個過程的完成，對培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識、工程意識都會大有裨益。學(xué)生能夠獨立完成一個常用電路的制作，也是非常有成就滿足感的，促進(jìn)了學(xué)生對電路學(xué)習(xí)的興趣。由學(xué)生自己連接的多路直流電源電路實物照片如圖3所示。

4 結(jié)語

直流電源是模擬電子技術(shù)課程中很重要的一個知識點。我們在電路課程中開展多路直流電源設(shè)計的綜合性實驗，在電路課中就讓學(xué)生對直流電源的基本原理和概念有所了解。而Multisim仿真的使用學(xué)習(xí)，早早接觸電路仿真，對于學(xué)生后續(xù)課程模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)都很有好處。通過多路直流電源的綜合性實驗的原理學(xué)習(xí)、軟件仿真、電路實現(xiàn)這樣一個完整的過程，學(xué)生能夠自己完成一個實用電路的制作，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性，同時加深了學(xué)生對理論知識的理解，鍛煉了學(xué)生的動手能力和操作能力，對理論教學(xué)也會起到良好的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 付揚.依托課后延續(xù)教學(xué)平臺提升學(xué)生實踐能力[J].實驗技術(shù)與管理，2014（31）：262-264.

[2] 王琴.單相橋式整流電路教學(xué)反思[J].黑河教育，2013（4）：86.