基于Proteus仿真的电工电子课程教学创新

胡中玉, 岳　强, 任　杰, 蒲翠萍

(1. 昆明学院 自动控制与机械工程学院, 云南 昆明　650214；2. 昆明学院 信息技术学院, 云南 昆明　650214)



基于Proteus仿真的电工电子课程教学创新

胡中玉1, 岳强2, 任杰1, 蒲翠萍1

(1. 昆明学院 自动控制与机械工程学院, 云南 昆明650214；2. 昆明学院 信息技术学院, 云南 昆明650214)

为提高电工电子课程的教学质量,在课堂教学、实践教学和自主学习3个方面探讨用Proteus仿真软件辅助教学的创新方法,实现电工电子课程理论到实际的衔接。以设计集成直流稳压电源实验项目为例,说明用Proteus辅助实验教学的具体过程。通过仿真实验,学生的动手能力得到了提高、学习的兴趣得到了增强,为后续的专业课学习奠定了坚实的基础。

电工电子实验； Proteus仿真； 教学方法创新

“电工学与电子技术”是一门非常重要的专业基础课,是培养卓越工程师的重要教学内容[1-3]。通过该课程的理论教学和实验教学,学生能够提升专业知识的融合能力、工程应用实践能力以及创新能力。

然而传统的教学过程存在某些局限性：

(1) 理论教学与实验教学分离,学生有很强的分裂感,实验课就像另一门课一样,达不到辅助教学的目的；

(2) 很多学校开设的电工学与电子技术实验,仍然在传统的实验箱或是面包板上进行,学生只是按照教师给定的电路图连线、对关键参数进行观察和测量，特别是用实验箱做实验,学生甚至没有见过实际的元器件；

(3) 实验教学受时间和设备的限制，实验室不能24小时开放,实验室场地和设备也不可能供所有学生同时进行实验。

基于Proteus的虚拟仿真实验可以很好地解决上述问题[4-7]。

1　Proteus仿真辅助课堂教学

“电工学与电子技术”课程中有一些比较抽象的概念,教师不容易讲解清楚。例如电路的暂态分析,需要让电路状态随时间发生改变,教师一般采用画坐标的表达方式,仍然不够直观[8-10]。

若使用Proteus画出如图1所示的电路,先将开关SW1切换到左边,电路开始充电,电容上面看到正负电荷以“+”、“-”符号的形式逐渐积累在电容C1两端,当充电完成,电荷不再增加。再将开关SW1切换到右边,C1开始放电,上面的“+”、“-”电荷开始减少,作为负载的灯L1亮,随即灭,直到C1上不再有电荷,放电完成。

图1　电容充放电电路

2　Proteus仿真辅助实践教学

在实践教学方面,可以直接将实验地点选在机房，而实验内容可以用设计性实验替换验证性实验。例如直流稳压电源实验,要求学生设计一集成直流稳压电源[11-13],要求性能指标为:

输出电压Uo为+3～+9 V,最大输出电流Io max为800 mA,纹波电压ΔUop-p≤5 mV,稳压系数SU≤3×10-3。

设计步骤如下。

(1) 选集成稳压器,确定电路形式。选可调式三端集成稳压器LM317T可满足实验要求,确定电路图如图2所示。

图2　直流稳压电源电路

其中,Uo≈1.25(1+RP1/R1),取R1=240 Ω,则RP1min=336 Ω,RP1max=1.49 kΩ,故取RP1为4.7 kΩ的电位器。

(2) 选电源变压器。输入电压Ui的范围为:

12V≤Ui≤43V

由小型变压器的效率表可得变压器效率η=0.7,则原边输入功率P1≥P2/η=15.7W。为留有余地,选功率为20 W的电源变压器。

按下仿真按钮,可以看到输出电压为直流电压,满足题目要求。如果运行仿真以后得不到题目要求的结果,还可以接入Proteus提供的示波器等实验仪器,从降压开始一步步测试输出波形,直到满足题目要求。

3　Proteus辅助实际电路的设计

在课堂教学和实验教学的课时之外,或者有充足实验课时的学校,还可以让学生利用Proteus来制作真实的电路板。例如图2所示的直流稳压电源就可以利用Proteus提供的ARES来绘制印制电路板如图3所示[14-15]。画好的图形可以直接送制板机制作电路板。没有制板机的学校,也可以让学生将布线打印出来粘贴在覆铜板上,将线条以外的铜片腐蚀掉,自制成印制电路板。

图3　直流稳压电源的印制电路板

然后,学生用采购来的电路元器件进行安装和焊接,一个真实的直流稳压电源就做好了。学生还可以用真实的电压表和示波器等实验设备对电路进行调试和测试。

4　结语

Proteus软件强大的仿真功能除了用来辅助电工电子类课程的理论教学和实验教学外,还可以用于可编程器件的仿真。对于学生来说,学习不再是只能靠听讲和想象,而是可以真切地自己参与电路的设计和电路功能的验证,从而感受到学习与实际生活的密切相关,极大的调动了学习的兴趣。而对于学校来说,仅仅使用了一个软件,就得到了开放实验室的效果,改进了课堂教学和实验教学环节,并节约了办学成本。

References)

[1] 蒲永红,余粟,王维荣.Multisim辅助电工电子实验教学的探讨[J].实验室研究与探索,2013,32(9):174-177.

[2] 付扬.Multisim仿真在电工电子实验中的应用[J].实验室研究与探索,2011,30(4):121-126.

[3] 教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会.电子电气基础课程教学基本要求[M].北京:高等教育出版社,2011.

[4] 闫俊荣,Multisim10仿真在模拟电子技术课程教学中的应用[J].高师理科学刊,2011,31(1):91-93.

[5] 晏湧,蓝波.“任务驱动”教学法在模拟电子技术实验中的应用[J].实验技术与管理,2010,27(11):253-254.

[6] 刘艳,朱昌平,宋凤琴,等.模拟电子技术实验教学中的学生实践能力培养[J].实验技术与管理,2010,27(2):110-112.

[7] 曾基石,张敬怀,闫亚龙.电子技术实验教学中科学素质与创新能力的培养[J].电气电子教学学报,2002,24(2):23-25.

[8] 吴小花,吴先球.Proteus电路设计与仿真在教学中的实践[J].计算机系统应用,2010,19(2):201-204.

[9] 李升源,刘宏,周克良,等.电工电子虚拟实验与真实实验的互补性[J].实验技术与管理,2010,27(4):74-76.

[10] 王铁流,陈东升,袁海英,等.电工电子实验室虚拟化网络化教学平台[J].实验室研究与探索,2008,27(7):14-17.

[11] 谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].3版.武汉:华中科技大学出版社,2006.

[12] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].3版.北京:高等教育出版社,2006.

[13] 康华光,华中科技大学电子技术课程组.电子技术基础:模拟部分[M].5版.北京:高等教育出版社,2008.

[14] 朱清慧,张凤蕊,翟天蒿,等.Proteus教程:电子线路设计、制版与仿真[M]. 2版.北京:清华大学出版社,2011.

[15] 周灵彬,任开杰.基于Proteus的电路与PCB设计[M].北京:电子工业出版社,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

云南省教育厅科学研究基金项目(2011Y237)；昆明学院科学研究项目(XJL14006)

胡中玉(1981—),女,云南昆明,硕士,讲师,主要研究方向为信号分析、电路设计和单片机自动控制.

E-mail：poundblue@126.com

TN911.6

A

1002-4956(2016)4- 0128- 03