劉坤

摘 要：本文主要對在電路課程理論教學(xué)中應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)的作用進(jìn)行了研究，通過相關(guān)的實(shí)踐研究表明，將仿真實(shí)驗(yàn)引入電路課程理論教學(xué)中，能夠讓教學(xué)效果提高一個(gè)層次，并調(diào)動(dòng)學(xué)生對學(xué)習(xí)的熱情，不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決問題的能力，具有非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：仿真實(shí)驗(yàn)；電路課程；理論教學(xué)；應(yīng)用

電路課程屬于高等院校中電氣與電子信息專業(yè)一門基礎(chǔ)性必修專業(yè)課程，在實(shí)際電氣與電子信息專業(yè)教學(xué)中，電路課程有著非常關(guān)鍵的作用，其不僅擁有抽象的理論分析，同時(shí)也有比較形象的實(shí)際應(yīng)用，電路理論深入電能產(chǎn)生、傳輸以及應(yīng)用的相關(guān)方面。該類課程的邏輯性較為嚴(yán)密，且涉及到的物理概念較多，與實(shí)際生活息息相關(guān)，電路課程的培養(yǎng)目標(biāo)不僅要求學(xué)生深入掌握相關(guān)的原理知識(shí)，還需要學(xué)生擁有實(shí)際操作的能力所以在電路課程理論教學(xué)中積極應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)非常重要的教學(xué)新方法。

1.將仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于電路課程教學(xué)中的意義

一般情況下，傳統(tǒng)的電路課程教學(xué)模式中的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互分開，兩者相互獨(dú)立，理論教學(xué)只是教師對理論知識(shí)進(jìn)行講解，演算例題，并推導(dǎo)公式，這樣傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往比較枯燥，會(huì)讓學(xué)生失去對學(xué)習(xí)的興趣，并且一些基礎(chǔ)較差，理解能力不強(qiáng)的學(xué)生可能跟不上老師的腳步，降低了課堂教學(xué)的效率，所以在積極使用仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法非常可靠，且能帶來不錯(cuò)的效果。市場經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展，社會(huì)發(fā)展對技術(shù)性人員的綜合素質(zhì)要求不斷提高，所以技術(shù)人員的理論知識(shí)不僅要非常扎實(shí)，同時(shí)也要熟練使用計(jì)算機(jī)等先進(jìn)設(shè)備開展相應(yīng)的工作。在電路課程教學(xué)中積極引入計(jì)算機(jī)仿真軟件，緊密結(jié)合理論教學(xué)和虛擬的仿真實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)⒊橄蟮睦碚撝R(shí)變得更加具體，也讓學(xué)生容易理解教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生也能夠?qū)W習(xí)到計(jì)算機(jī)技術(shù)，從而滿足社會(huì)發(fā)展的需要。

仿真實(shí)驗(yàn)將計(jì)算機(jī)人機(jī)交互、圖形動(dòng)畫以及智能化功能積極利用起來，并且讓學(xué)生不會(huì)受到時(shí)間和空間的限制，讓學(xué)生能夠隨時(shí)隨地練習(xí)，而且仿真實(shí)驗(yàn)中還可以通過設(shè)置計(jì)算機(jī)的故障狀態(tài)等環(huán)境，將學(xué)生的思想解放，幫助學(xué)生形成創(chuàng)新性的思維。比如仿真三相電路，可以對在一定條件下的相線電壓、電流的幅值等進(jìn)行分析，在軟件中設(shè)置需要研究的工作情況，能讓學(xué)生借助軟件對其進(jìn)行更加全面的分析，而且應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)還不必?fù)?dān)心出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故，具有一定的安全性。

2.在電路課程理論教學(xué)中使用的仿真軟件研究

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷進(jìn)步，Tina Pro、PSPICE以及ProtelDXP等各種電路仿真軟件出現(xiàn)，其還隨著社會(huì)的發(fā)展在不斷升級(jí)，會(huì)擁有更加全面的功能，其不僅能夠錄入圖形的電路，而且還能分層進(jìn)行管理。目前的高校與企業(yè)在發(fā)展中一般使用的軟件為PSPICE軟件，由于其繪制電路圖形以及模擬電路的功能相對比較強(qiáng)大，并且仿真的速度較快，具有較為準(zhǔn)確的仿真效果，操作步驟相對比較簡單，因此得到了比較廣泛的應(yīng)用，其不僅能夠在電路分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用，還能在高校中進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，具有非常重要的作用和意義。

3.電路課程理論教學(xué)中如何應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際理論教學(xué)的過程中使用PSPICE電路仿真軟件，可以仿真分析元件性質(zhì)、瞬態(tài)過程、互感電路等各類電路。在電腦中一同安裝上相關(guān)的輔助分析軟件以及教學(xué)內(nèi)容課件，并且教師要依據(jù)實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容選擇真實(shí)、科學(xué)的例題，將其錄入軟件中，并做好相應(yīng)的電路圖形，設(shè)置好分析的類型，在實(shí)際講課的過程中應(yīng)該以理論教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間切入到仿真軟件中開展仿真實(shí)驗(yàn)。

比如現(xiàn)在輔助分析軟件中繪制出一階動(dòng)態(tài)電路圖，閉合開關(guān)S時(shí)需要時(shí)間為1s，將電路穩(wěn)定的狀態(tài)值設(shè)為16V，對電容電流、電壓等發(fā)出的功率進(jìn)行計(jì)算需要在Uc1（0_）=4v或20V的條件下開展。

由上圖可以知道，這類題的目的是為了求出直流激勵(lì)的下一階電路全響應(yīng)，而求解動(dòng)態(tài)電路圖的過渡過程可以使用PSPICE軟件中的時(shí)域掃描功能，利用電容參數(shù)IC設(shè)置初始值。

電容電壓的初值為4V時(shí)，uC1（0_）也為4V，仿真參數(shù)應(yīng)設(shè)置為10ms，由于在工程中一般要經(jīng)過5τ的時(shí)間電路才能重新達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，且電路的時(shí)間常數(shù)τ為2s，所以，本文從零時(shí)刻開始，將總分析時(shí)間設(shè)6τ，時(shí)長共為12s。

增加電容電壓，讓其由最初值4V按照一定的指數(shù)規(guī)律到穩(wěn)定的16V，電容電壓在換路的過程中，其會(huì)由0突然變?yōu)?.97A，然后又會(huì)根據(jù)指數(shù)規(guī)律衰減。在整個(gè)過程中電容電流一直都是正，電壓升高的情況說明電容正在充電。電容電流與電壓波形圖如下所示：

因?yàn)檐浖心J(rèn)首結(jié)點(diǎn)到末結(jié)點(diǎn)為元件的電壓，且電流與電壓之間呈現(xiàn)關(guān)聯(lián)的情況，通過上述研究可以看出，電流源電壓的上端為負(fù)，對其進(jìn)行計(jì)算，可以得出相關(guān)的功率，同時(shí)也可以知道電流源的功率也為負(fù)，進(jìn)一步能夠?qū)ζ鋵?shí)際發(fā)出的功率值深入了解。

當(dāng)開關(guān)閉合之前可以知道-128W為電流源吸收的功率，同時(shí)也表示電阻消耗了128W的功率，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，因?yàn)殡娙蓦妷旱姆€(wěn)定性，加上其并聯(lián)了電流源，所以電流源的電壓會(huì)變化為4V，在整個(gè)過程中電流有所減少，盡管電容在充電，但是電阻消耗的能量卻相對比較少。而繼續(xù)進(jìn)行充電，則會(huì)導(dǎo)致電容電壓值不斷升高，并使得電阻消耗的能量不斷增加。充電過程結(jié)束之后，電流源的電流將會(huì)全部流經(jīng)電阻，這樣消耗的功率將會(huì)達(dá)到最大值。

當(dāng)處于Uc1（0_）=20V的情況下，設(shè)置電容電壓的初始值為20V，仿真參數(shù)和上述研究一致，此時(shí)電容電壓的初始值會(huì)按照指數(shù)規(guī)律下降到比較穩(wěn)定的16V，整個(gè)過程中電容電壓始終為負(fù)。這主要說明電容在過渡的過程中一直在釋放能量，處于放電的過程。

通過對上述的一階電路充放電的過程進(jìn)行分析，就像是在理論課堂中引入了虛擬實(shí)驗(yàn)室。在PSPICE的軟件中利用其相關(guān)的處理器，能夠?qū)Ω鱾€(gè)變量的波形查看，同時(shí)還能顯示出多個(gè)窗口，讓對比更加方便和明顯，并且利用軟件中的光標(biāo)定位功能，還能讓曲線上各點(diǎn)的坐標(biāo)被精準(zhǔn)讀出，在上課的過程中還可以根據(jù)課堂內(nèi)容情況改變電路的參數(shù)、初始值等，能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加形象具體，進(jìn)一步深入了解電路中各種參數(shù)帶來的影響，具有非常大的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

4.結(jié)束語

有效結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)和電路課程理論教學(xué)，能讓抽象的理論教學(xué)變得更加具體和形象，通過分析接近實(shí)際的電路知識(shí)，能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，這樣能不斷提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，幫助學(xué)生將理論與實(shí)際聯(lián)系起來，從而讓整個(gè)教學(xué)的效率和質(zhì)量得到保證，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

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