Circuit Wizard 仿真軟件在汽車電工電子技術教學中的應用

東莞市電子商貿學校 姜奉榮

《汽車電工電子技術》是中職汽修專業(yè)的一門基礎課程，該課程內容較為抽象，加之中職學生文化基礎薄弱，課堂學習效率較低，教師如果采用純理論教學會使課堂氣氛沉悶。因此有必要改革教學手段，筆者采用了電路仿真軟件教學，激發(fā)了學生的學習熱情，提高了教學質量。

1 仿真軟件介紹

Circuit Wizard仿真軟件（以下簡稱“仿真軟件”）主要用于電路工作情況的模擬仿真，在電路工作過程中，可以看到電流的流動方向、電路元件的電壓降及波形，還可以通過改變電路中元件的參數，達到做試驗目的，對學生掌握電路的概念并理解電路定律起到很大的幫助作用。該軟件界面為英文版，但使用很簡單。元件庫中包含供電電源庫、連接器庫、輸入類元件庫、被動元件庫、各種半導體元件庫、邏輯元件庫、集成電路庫、輸出類元件庫、虛擬儀器庫等上千種元器件，元器件符號為國際通用，搭建的電路可以完成電路瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)等常規(guī)電路分析，有助于學生對理論知識的理解。

2 仿真軟件在教學中的具體應用

（1）對電容器的仿真教學。電容是中職學生必須掌握的元器件，在汽車控制元件的電路板中經常出現電容，電容器在電路中具備多種功能，如充電、放電、濾波、耦合等，下面利用Circuit Wizard仿真軟件直觀解釋濾波功能。

如圖1所示，為了直觀表現電容的濾波功能，電路電源采用交流電源，整流橋為BR1，開關為SW1，電阻R1（100 Ω）模擬用電器，與R1并聯的是一個容量為1F的電容。

開關SW1打開時，交流電源輸出的交流電經過整流橋整流，變成脈動直流電，給負載R1供電。關閉開關SW1后，流過電阻R1的脈動直流電，變?yōu)槠交闹绷麟姡娐分械碾娙轂V波就是去除輸出電路中的交流成分，保留直流成分。改善了直流電的質量，減小了電路脈動系數。該電路類似于汽車發(fā)電機電路，最后使負載兩端得到一個比較平穩(wěn)的脈動直流電壓，濾波效果如圖2所示。

圖1 電容器未參與濾波的仿真教學（截屏）

圖2 電容器參與濾波的仿真教學（截屏）

（2）對電感器的仿真教學。汽車中電感器應用廣泛，如電磁閥、繼電器、噴油器、電磁式傳感器及點火線圈等。電感器最大的特點是將電源的電能轉換成磁能儲存于磁場中，當移去電源時，電感器又將存儲的磁能釋放出來轉變成電能。筆者利用仿真軟件搭建一個焦耳小偷電路（自激振蕩升壓電路），如圖3所示，直觀地解釋了自感與互感現象，并幫助學生理解汽車點火系統(tǒng)為何會產生20 kV以上的次級電壓。

圖3 焦耳小偷電路的仿真教學（截屏）

該電路由2 V的直流電源、點火線圈T2（初級次級匝數比為10∶24）、電阻R1（1 kΩ）、NPN三極管Q1、4個發(fā)光二極管和開關SW1等元件組成。正常情況下2 V的電源只能點亮一個紅色的發(fā)光二極管，如果要點亮4個發(fā)光二極管，至少需要6 V以上的電源。該電路屬于自激振蕩升壓電路，通過這個電路可以把低壓電壓升高，通過波形可以看出瞬間電壓高達100 V以上，如果調整點火線圈T2的匝數比可以得到更高的次級電壓。通過Circuit Wizard仿真軟件，學生可以看到發(fā)光二極管瞬間被點亮，然后熄滅，接著再次被點亮的工作過程，通過電壓表探針可以測量電路中的任意點的瞬時電壓，以波形的形式呈現出來，這是傳統(tǒng)教學無法比擬的，通過模擬仿真就把抽象枯燥的理論知識形象化直觀化地展示出來，學生更容易理解與掌握。

（3）利用555定時器模擬汽車轉向燈工作原理。汽車燈光從功能上共分兩類，一類為照明，如近光燈、遠光燈、霧燈等；另一類為信號燈，如示廓燈、轉向燈等。筆者利用仿真軟件搭建一個汽車轉向燈控制電路，如圖4所示。

圖4 汽車轉向燈工作原理的仿真教學（截屏）

該電路采用了555定時器，模擬車身電腦，兩個發(fā)光二極管D1、D2模擬汽車左右轉向燈，開關SW1模擬室內燈手控開關。為了使555定時器發(fā)出連續(xù)、精確的脈沖信號，該電路使用了不同參數的電子電器元件，電路仿真了右轉向燈工作情況，D1發(fā)光二極管閃爍頻率為2 s一次，占空比為40%～50%。如果能夠熟練使用該軟件，還可以進行小型設計試驗。利用該軟件教學可以提高學生的學習效率，并大大節(jié)約實驗成本。

3 結語

實驗教學是汽車電工電子技術課程的重要環(huán)節(jié)，由于教學場所及器材的限制，學生很少有機會利用烙鐵焊絲在面包板上焊接元器件搭建電路，即使有這樣的機會，失敗的概率也很大，因為元器件參數的選擇至關重要，如果不同參數的元器件混在一起，就可能遭遇非常復雜的錯誤情況，Circuit Wizard仿真軟件可以減少失敗的概率，是必要的教學輔助手段，利用該軟件可以深入淺出、循序漸進地講解電路知識，并建立高效的實踐培訓平臺，培養(yǎng)學生分析解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。