Circuit Wizard 仿真软件在汽车电工电子技术教学中的应用

东莞市电子商贸学校 姜奉荣

《汽车电工电子技术》是中职汽修专业的一门基础课程，该课程内容较为抽象，加之中职学生文化基础薄弱，课堂学习效率较低，教师如果采用纯理论教学会使课堂气氛沉闷。因此有必要改革教学手段，笔者采用了电路仿真软件教学，激发了学生的学习热情，提高了教学质量。

1 仿真软件介绍

Circuit Wizard仿真软件（以下简称“仿真软件”）主要用于电路工作情况的模拟仿真，在电路工作过程中，可以看到电流的流动方向、电路元件的电压降及波形，还可以通过改变电路中元件的参数，达到做试验目的，对学生掌握电路的概念并理解电路定律起到很大的帮助作用。该软件界面为英文版，但使用很简单。元件库中包含供电电源库、连接器库、输入类元件库、被动元件库、各种半导体元件库、逻辑元件库、集成电路库、输出类元件库、虚拟仪器库等上千种元器件，元器件符号为国际通用，搭建的电路可以完成电路瞬态、稳态等常规电路分析，有助于学生对理论知识的理解。

2 仿真软件在教学中的具体应用

（1）对电容器的仿真教学。电容是中职学生必须掌握的元器件，在汽车控制元件的电路板中经常出现电容，电容器在电路中具备多种功能，如充电、放电、滤波、耦合等，下面利用Circuit Wizard仿真软件直观解释滤波功能。

如图1所示，为了直观表现电容的滤波功能，电路电源采用交流电源，整流桥为BR1，开关为SW1，电阻R1（100 Ω）模拟用电器，与R1并联的是一个容量为1F的电容。

开关SW1打开时，交流电源输出的交流电经过整流桥整流，变成脉动直流电，给负载R1供电。关闭开关SW1后，流过电阻R1的脉动直流电，变为平滑的直流电，电路中的电容滤波就是去除输出电路中的交流成分，保留直流成分。改善了直流电的质量，减小了电路脉动系数。该电路类似于汽车发电机电路，最后使负载两端得到一个比较平稳的脉动直流电压，滤波效果如图2所示。

图1 电容器未参与滤波的仿真教学（截屏）

图2 电容器参与滤波的仿真教学（截屏）

（2）对电感器的仿真教学。汽车中电感器应用广泛，如电磁阀、继电器、喷油器、电磁式传感器及点火线圈等。电感器最大的特点是将电源的电能转换成磁能储存于磁场中，当移去电源时，电感器又将存储的磁能释放出来转变成电能。笔者利用仿真软件搭建一个焦耳小偷电路（自激振荡升压电路），如图3所示，直观地解释了自感与互感现象，并帮助学生理解汽车点火系统为何会产生20 kV以上的次级电压。

图3 焦耳小偷电路的仿真教学（截屏）

该电路由2 V的直流电源、点火线圈T2（初级次级匝数比为10∶24）、电阻R1（1 kΩ）、NPN三极管Q1、4个发光二极管和开关SW1等元件组成。正常情况下2 V的电源只能点亮一个红色的发光二极管，如果要点亮4个发光二极管，至少需要6 V以上的电源。该电路属于自激振荡升压电路，通过这个电路可以把低压电压升高，通过波形可以看出瞬间电压高达100 V以上，如果调整点火线圈T2的匝数比可以得到更高的次级电压。通过Circuit Wizard仿真软件，学生可以看到发光二极管瞬间被点亮，然后熄灭，接着再次被点亮的工作过程，通过电压表探针可以测量电路中的任意点的瞬时电压，以波形的形式呈现出来，这是传统教学无法比拟的，通过模拟仿真就把抽象枯燥的理论知识形象化直观化地展示出来，学生更容易理解与掌握。

（3）利用555定时器模拟汽车转向灯工作原理。汽车灯光从功能上共分两类，一类为照明，如近光灯、远光灯、雾灯等；另一类为信号灯，如示廓灯、转向灯等。笔者利用仿真软件搭建一个汽车转向灯控制电路，如图4所示。

图4 汽车转向灯工作原理的仿真教学（截屏）

该电路采用了555定时器，模拟车身电脑，两个发光二极管D1、D2模拟汽车左右转向灯，开关SW1模拟室内灯手控开关。为了使555定时器发出连续、精确的脉冲信号，该电路使用了不同参数的电子电器元件，电路仿真了右转向灯工作情况，D1发光二极管闪烁频率为2 s一次，占空比为40%～50%。如果能够熟练使用该软件，还可以进行小型设计试验。利用该软件教学可以提高学生的学习效率，并大大节约实验成本。

3 结语

实验教学是汽车电工电子技术课程的重要环节，由于教学场所及器材的限制，学生很少有机会利用烙铁焊丝在面包板上焊接元器件搭建电路，即使有这样的机会，失败的概率也很大，因为元器件参数的选择至关重要，如果不同参数的元器件混在一起，就可能遭遇非常复杂的错误情况，Circuit Wizard仿真软件可以减少失败的概率，是必要的教学辅助手段，利用该软件可以深入浅出、循序渐进地讲解电路知识，并建立高效的实践培训平台，培养学生分析解决问题的能力，培养创新能力。