基于protel99SE的單相直流穩(wěn)壓電源的仿真教學(xué)實踐

張娟榮

?

基于protel99SE的單相直流穩(wěn)壓電源的仿真教學(xué)實踐

張娟榮

（咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

本文通過基于protel99SE的單相直流穩(wěn)壓電源的仿真，以整流——濾波——穩(wěn)壓的層層任務(wù)遞進的項目式教學(xué)實踐活動，解決了電子技術(shù)課程傳統(tǒng)教學(xué)過程中師生互動差、教學(xué)參與率低、教學(xué)效果差的問題。同時，使得學(xué)生將軟件工具學(xué)習(xí)和專業(yè)課程學(xué)習(xí)緊密結(jié)合，為今后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)、電路設(shè)計分析奠定了基礎(chǔ)。

仿真；橋式整流；教學(xué)實踐

0 引言

在各種電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源[1]作為直流能量的提供者，有著極其重要的地位。但在電子技術(shù)教學(xué)過程中，因電子技術(shù)知識較為抽象，而職業(yè)院校的學(xué)生基礎(chǔ)知識薄弱，理解能力較差，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣卻不高，每年的掛科率很高。而嘗試采用protel99SE的動態(tài)仿真功能教學(xué)，可以根據(jù)需要實時改變電路的相關(guān)參數(shù)，獲得直觀的波形圖。通過仿真電路，激發(fā)了學(xué)生好奇心，提高學(xué)生的建模能力和電路排查、分析能力。同時，教學(xué)過程中使得理論分析和仿真結(jié)果相輔相成、相互印證，進一步提高學(xué)生的理解能力。

1 單相整流電路的仿真教學(xué)實踐

整流電路[2]是利用二極管的單項導(dǎo)電性，將交流電變成單向脈動電壓。在小功率直流電源中，經(jīng)常采用半波整流電路和橋式整流電路。

教學(xué)實踐中，首先根據(jù)半波整流電路結(jié)構(gòu)，講解組成電路的各元件的作用，利用Protel99SE軟件搭建半波整流電路原理圖見圖1。其次設(shè)定參數(shù)，進行仿真操作，仿真結(jié)果見圖2。從仿真結(jié)果，可以直觀看出，輸入電壓是雙極性，但輸出電壓是單極性，且輸出只有輸入電壓的正半周，電源利用率低[3]。同時，輸出電壓脈動性大，直流性差。通過仿真觀察后，引導(dǎo)學(xué)生進行理論分析，得出定量結(jié)果。同時，因為電源利用率低，引出橋式整流電路。

橋式整流電路是由四個二極管接成電橋的形式構(gòu)成。在教學(xué)實際中，首先說明電路的構(gòu)成，各個元器件的特點、作用。其次利用Protel99SE軟件搭建橋式整流電路圖見圖3。最后設(shè)定參數(shù)，進行仿真操作，仿真結(jié)果見圖4。從仿真結(jié)果，可以直觀看出，輸入電壓是雙極性，但輸出電壓是單極性，且是全波波形，電源利用率比半波整流高出一倍。通過仿真觀察后，引導(dǎo)學(xué)生進行理論分析，得出定量結(jié)果[4]。同時，指出橋式整流濾波電路雖然提高了電源利用率，但是輸出波形的脈動性仍然沒有得到解決，引出橋式整流濾波電路。

圖1 半波整流電路原理圖

圖2 半波整流電路仿真結(jié)果

圖3 橋式整流電路圖

圖4 橋式整流仿真結(jié)果

2 單相橋式整流濾波電路的仿真教學(xué)實踐

單相橋式整流濾波電路[5]就是在橋式整流電路的輸出級并聯(lián)具有儲能作用的電抗性元件，具體搭建電路見圖5。經(jīng)過并聯(lián)電容的充放電，負(fù)載上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平波作用。

設(shè)定參數(shù)，進行仿真操作，仿真結(jié)果見圖6。從仿真結(jié)果，可以直觀看出，相比于橋式整流電路的輸出波形，濾波電路[6]輸出電壓的脈動性大大減小，但是輸出電壓穩(wěn)定性仍然較差，引出橋式整流濾波穩(wěn)壓電路。

圖5 橋式整流濾波電路

圖6 橋式整流濾波仿真結(jié)果

3 單相橋式濾波穩(wěn)壓電路的仿真教學(xué)實踐

具體搭建單相橋式整流濾波穩(wěn)壓電路見圖7。設(shè)定參數(shù)，進行仿真操作，仿真結(jié)果見圖8。從仿真結(jié)果，可以直觀看出，相比于橋式整流濾波電路的輸出波形，輸出電壓的幾乎是一條直線，輸出電壓穩(wěn)定性得到提高[7]。

圖7 橋式整流濾波穩(wěn)壓電路

圖8 橋式整流濾波穩(wěn)壓仿真

通過基于protel99SE的單相直流穩(wěn)壓電源的仿真的項目式教學(xué)環(huán)節(jié)實施，電子技術(shù)課程的學(xué)生參與率得到提高[8]，實際教學(xué)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的教師講的津津有味，學(xué)生聽得昏昏欲睡的現(xiàn)象不翼而飛。同時，通過整流——濾波——穩(wěn)壓的層層任務(wù)遞進，仿真結(jié)果的一步步變得理想這個過程，引起了學(xué)生的好奇心，產(chǎn)生了學(xué)習(xí)的動力，激發(fā)了學(xué)習(xí)的熱情。同時，電路的搭建和仿真，又使得學(xué)生將學(xué)過的軟件技能和專業(yè)課程相結(jié)合，學(xué)生在實踐中強化了職業(yè)技能培養(yǎng)，提高了學(xué)習(xí)效率。

[1] 邢國泉. 基于Protel99se的整流、濾波、穩(wěn)壓電路的仿真教學(xué)[J]. 咸寧學(xué)院學(xué)報, 2010, 30(6): 34-35.

[2] 宗容芳. 基于PROTEL 99SE的電路仿真設(shè)計. 電子工程師. 2005(1).

[3] 武朝華, 姜勝軍. 基于Protel 99SE的模擬電路仿真分析[J]. 科技信息(學(xué)術(shù)研究), 2007(29): 203-204.

[4] 楊寶平. 青年教師如何上好《電子技術(shù)》課程的思考[J]. 信息與電腦(理論版). 2014(9).

[5] 于軍, 孫立輝. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計教學(xué)改革的研究與實踐[J]. 才智. 2017(6).

[6] 徐壇飛. 運用“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法改革模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)[J]. 職業(yè)技術(shù)教育. 2007(32).

[7] 陸瀅. 基于Protel99SE自動喂料機線路的改造設(shè)計[J]. 無錫南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院論叢, 2009, 8(2): 52-56.

[8] 王仁平, 鐘金重. 用Protel99SE實現(xiàn)模擬電路的分析與設(shè)計[J]. 自動化技術(shù)與應(yīng)用. 2002(2).

The Simulation Teaching Practice Based on Unidirectional dc Stabilized Voltage Source protel99SE

ZHANG Juan-rong

(Xian Yang Vocationgal Technical College Shaan-Xi Xian-Yang 712000)

In this paper, based on the single phase dc regulated power supply simulation protel99SE, with rectifier, filter, voltage regulation project of progressive layers of task type teaching practice, has solved the traditional electronic technology course teaching process teachers and poor interaction and low participation of teaching, the teaching effect is poor. At the same time, it makes students combine software tool learning and professional course learning closely, and lays a foundation for future professional course learning and circuit design analysis

Simulation; Bridge rectifier; Teaching practice

TP391.9

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.07.025

張娟榮(1977-)，女，講師，主要研究方向：物理學(xué)教育、電工、電子技術(shù)教學(xué)。

本文著錄格式：張娟榮. 基于protel99SE的單相直流穩(wěn)壓電源的仿真教學(xué)實踐[J]. 軟件，2018，39（7）：121-123