譚艷春　樊海紅　劉目磊

摘 要 為了適應新時期高校對人才培養(yǎng)的要求，提升學生學習興趣，針對電工與電子技術課程理論教學中存在的問題，將Proteus仿真軟件引入到課堂教學中，實現(xiàn)了理論與實驗的實時融合。通過舉例，詳細介紹了Proteus軟件在KCL定理和運算放大器電路中的應用。實踐表明：在電工與電子技術課堂上使用Proteus軟件對一些重點、難點進行仿真演示，可以讓抽象、枯燥、難懂的理論知識變得形象生動、便于理解，可在很大程度上提高課程的趣味性和學生的學習積極性，最終達到提高教學質(zhì)量的目的。

關鍵詞 Proteus ISIS 電工與電子技術 教學研究

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.07.063

Interesting Teaching Research of Electrical Engineering and

Electronic Technology Course Based on Proteus ISIS

TAN Yanchun[1]， FAN Haihong[1]， LIU Mulei[2]

（[1]College of Electronical and Information Engineering， Guangdong Ocean University， Zhanjiang Guangdong 524088；

[2]Navy 92326 Troops， Zhanjiang， Guangdong 524005）

Abstract In order to meeting the demands of universities in the new era and to promote the students' interest in learning， the Proteus simulation software is introduced into the theoretical teaching in view of the problems in the theory teaching of electrical engineering and electronic technology course. Then the real-time fusion of theory and experiment is realized. Through examples， the application of Proteus software in KCL theorem and operational amplifier circuit is introduced in detail. The practice shows that using Proteus software in electrical engineering and electronic technology teaching to simulate some key and difficult points can make the abstract， boring and unintelligible theoretical knowledge more vivid and easy to understand. And it can also improve the interest of the course and the enthusiasm of the students to a great extent. Finally it can reach the purpose of improving the teaching quality.

Keywords Proteus ISIS； electrical engineering and electronic technology； teaching research

0 引言

電工與電子技術是高等院校工科非電類專業(yè)一門重要的課程。該課程涵蓋的知識點較多、理論抽象，計算復雜。目前大多數(shù)高校一般采用理論和實驗相結合的教學模式，這種教學模式存在以下兩個主要問題：一是由于學分、學時的限制導致課時較少，無法保證對該課程的每個知識點都進行實驗驗證；二是由于教學計劃安排和實驗室資源有限等多種主客觀因素，導致實驗課很難與理論課同步。

為了改變這一現(xiàn)狀，提高“電工與電子技術”課程的教學質(zhì)量，本文將電子設計和仿真軟件Proteus ISIS引入到課堂中，對該課程中的一些重點、難點進行設計電路仿真，結果以圖形、數(shù)據(jù)、聲音等多種形式進行顯示，使理論教學與仿真實驗緊密結合，讓抽象、枯燥、難懂的理論知識變得形象生動、便于理解，提高課程的趣味性。[1]-[5]

1 仿真實驗設計

本文以電工與電子技術課程中的KCL定理和集成運算放大器應用電路兩個重要知識點為例進行設計仿真。[6]-[12]

1.1 交流電路的KCL定理

KCL（基爾霍夫電流定律）、KVL（基爾霍夫電壓定律）以及元器件的VCR關系是電路分析的基本定律。其中，KCL描述的是電路中與某個節(jié)點相連的各支路的電流關系。該定理可簡述為：集總參數(shù)電路中，流入或流出任一節(jié)點（也可擴展為封閉曲面）的各支路的電流代數(shù)和為零。

多年的教學經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，KCL在直流電路中的應用學生比較容易掌握，但在交流電路中的應用往往存在問題。主要原因在于交流電路中L、C元器件的VCR關系一直是教學難點，學生往往局限于高中時學過的歐姆定律的思維模式，很難理解并接受交流電路中電容、電感的時域微分關系和頻域的相量關系。因此在應用KCL求解含有電容或電感的交流動態(tài)電路的支路電流時，經(jīng)常會出現(xiàn)原則上的錯誤。針對上述問題，用Proteus設計一個簡單的RC并聯(lián)電路，加深同學對交流電路KCL的理解，仿真電路如圖1所示。

圖1 KCL交流仿真電路

其中：輸入電源u（t）=10sin（500t）V，R1=20 ，C1=100uF ，并聯(lián)電壓相同，因為電阻電流與電源電壓同相，而電容電流超前電源電壓90埃宰艿緦鰲⒌繾璧緦骱偷縟蕕緦鞴鉤閃艘桓鮒苯僑切危艿緦韉募撲愎餃縵攏？

可以看到電源支路的直流電流表顯示也為2.28A，與理論的計算結果一致。

1.2 集成運算放大器應用電路

集成運放應用電路主要包括反相比例放大器、正向比例放大器、加法器、減法器和微積分電路。本文以反相比例放大器為例進行仿真演示，加深同學對運放反相比例放大器計算公式以及工作區(qū)（放大區(qū)和上下飽和區(qū)）的理解，電路如圖2所示。

圖2 反相比例放大器（直流輸入，放大區(qū)）

運放采用uA741，工作電源為？2V，元件參數(shù)R1=10K，R1=1K，為了減小輸入級偏置電流引起的誤差，在同相輸入端應接入平衡電阻R3：R3=R1//R2=0.909K。輸入采用直流激勵源（設為0.3V），理論輸出為，可以看到輸出端的直流電壓表顯示為-2.99V，與理想狀態(tài)下反相放大器公式的結果基本一致，精度為0.3%。

當輸入為3V時，若按放大區(qū)的計算公式輸出應為-30V，已經(jīng)遠遠超過電源的？2V，因此進入飽和區(qū)，由于電路的內(nèi)部損耗，實際輸出一般少于電源電壓，由圖3可知，此時輸出為-10.5V。

圖3 反相比例放大器（直流輸入，飽和區(qū)）

將輸入變?yōu)榻涣餍盘?，用示波器展示仿真結果，電路如圖4所示。

圖4 反相比例放大器（交流輸入）

當輸入信號為0.3sin（100t+30？V時，為了方便計算放大倍數(shù)，需調(diào)節(jié)示波器的Channel A和Channel B在同一檔位，仿真結果如圖5所示。此時運放工作在放大區(qū)，由圖5可知，輸入、輸出兩路正弦信號相差180埃詞淙胗朧涑魴藕攀欠聰嗟摹2⑶矣賞伎杉撲慍鍪涑齙繆刮？.98V，放大倍數(shù)約為9.93，精度為0.7%。該精度與示波器的A、B通道的選擇有關。

圖5 反相比例放大器（交流輸入，放大區(qū)）

當輸入信號為時，仿真結果如圖6所示。

圖6 反相比例放大器（交流輸入）

此時運算放大器工作在飽和區(qū)，由圖6的曲線計算可得輸出電壓振幅約為10.6V。

2 結束語

Proteus強大的電路設計和仿真功能為電工與電子技術課程的理論教學帶來了極大的便捷。本文以KCL定理和集成運算放大器應用電路兩個重要知識點為例將Proteus引入到電工與電子技術的課堂教學中，在不增加硬件實驗設備的前提下，可使理論教學與仿真實驗有機地融合，把課本中那些抽象、枯燥、難懂的理論知識以清楚明了、形象生動的數(shù)字、圖形或音頻形式展示給同學，在很大程度上提高了同學們的上課學習熱情，很多同學課后會自己嘗試下載安裝Proteus進行仿真實驗，教學效果得到了很好的提升。

項目：廣東省高等教育教學研究和改革項目（530002001147） 廣東海洋大學教育教學改革項目（530002001162）

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