EveryCircuit在電工學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

侯寶華，王 偉，李建軍

（塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

0 引言

電工學(xué)是一門綜合型課程，包含了電路理淪、數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)等理論知識[1]。電工學(xué)是我校非電類專業(yè)開設(shè)的一門基礎(chǔ)性課程，具有內(nèi)容豐富、實踐性強和應(yīng)用性廣等特點[2]。非電類專業(yè)開設(shè)有關(guān)電類課程比較少，相對而言他們在電學(xué)方面的知識比較薄弱[3]。因此，如何使這些同學(xué)更加容易理解本課程中復(fù)雜的理論知識，如何在課堂吸引、調(diào)動這些學(xué)生的積極性，如何培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，是本門課程老師應(yīng)該考慮的關(guān)鍵問題。針對以上問題，本文介紹一種電子電路仿真軟件，名為EveryCircuit，其內(nèi)部擁有強大的元器件庫，能夠?qū)崿F(xiàn)電子電路的設(shè)計與仿真。根據(jù)仿真結(jié)果，對電路進行設(shè)計、仿真和分析，從而提高了學(xué)生的設(shè)計能力、操作能力、分析能力和創(chuàng)新能力，增加了課堂的互動性，更能增強學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性[4]。

1 EveryCircuit在電工學(xué)課程中應(yīng)用的必要性

目前，國內(nèi)學(xué)者在電工學(xué)教學(xué)改革方面也提出很多方法，如張學(xué)輝老師提出了將EDA仿真技術(shù)融入電工學(xué)課程教學(xué)，有助于學(xué)生對課堂內(nèi)容的理解，突破時間和空間的限制，課下進行仿真實驗，真正融會貫通地掌握電工學(xué)課程知識[5]；王智忠老師將EWB仿真軟件應(yīng)用到電工學(xué)課程教學(xué)，使理論教學(xué)與仿真驗證相結(jié)合，將抽象的理論知識變成直觀的感性認識，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維[6]。除以上軟件外，還有很多軟件被應(yīng)用在電工學(xué)課程教學(xué)，如Protel，Pspice，Multisim，Proteus軟件等。但這些軟件對非電類專業(yè)學(xué)生來說，學(xué)習(xí)困難，操作麻煩。因此筆者在電工學(xué)課堂教學(xué)中引入EveryCircuit電路模擬工具。使用者依托強大元件庫，設(shè)計電子電路，觀測電路中每個元器件、每段導(dǎo)線和每個時間點的仿真波形及參數(shù)[7]。此外，EveryCircuit使用不受時間、地點和載體的限制，最大限度地激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣、提高了學(xué)生們的設(shè)計能力和成就感[8]。

2 EveryCircuit在電工學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

二極管是模擬電路中基本元件，與門是數(shù)字電子電路中基本元件。將與門和二極管組成電路，驗證與門的基本功能，如表1所示。定義A，B為輸入端，當(dāng)AB兩端電位為5 V時，表示高電平“1”；AB兩端電位為0 V時，表示低電平。定義Y為輸出端，輸出為高電平“1”，燈亮；輸出為高電平“0”，燈滅。

表1 與門邏輯功能表

本文以二極管和與門組成的電子電路為例，利用EveryCircuit電路模擬器進行仿真，探討該仿真軟件在電工學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

2.1 利用軟件繪制電路圖

利用EveryCircuit仿真軟件繪制電子電路圖，在元件庫中選擇電壓源、發(fā)光二極管、電阻、開關(guān)、與門和接地符號，點擊每個元器件端點，首尾連接，組成仿真電路，然后點擊運行按鈕，進行電路仿真。

2.2 AB輸入端同為低電平

當(dāng)開關(guān)同與地相連接，輸入端AB同為低電平，輸出端Y為低電平，此時二極管的P區(qū)和N區(qū)同為0V，即為低電平，二極管不發(fā)光，仿真現(xiàn)象和參數(shù)如圖1所示。

圖1 AB輸入端同為低電平仿真電路

2.3 AB輸入端同為高電平

當(dāng)開關(guān)同與5V電壓源連接，輸入端AB同為5V，即高電平，輸出端Y則為高電平。此時二極管的P區(qū)為5V，即為高電平，N區(qū)為0V，即為低電平，二極管發(fā)光，仿真現(xiàn)象和參數(shù)如圖2所示。

圖2 AB輸入端同為高電平仿真電路

2.4 AB輸入端為不同電平

當(dāng)開關(guān)分別與5 V電壓源和地相連接時，輸入端AB分別為5 V和0 V，或AB分別為0 V和5 V，即A為高電平，B為低電平，或A為低電平，B為高電平，輸出端Y則為低電平。此時二極管的P區(qū)和N區(qū)同為低電平，二極管不發(fā)光，仿真現(xiàn)象和參數(shù)如圖3，圖4。

圖3 A端為低電平，B端為高電平仿真電路

圖4 A端為高電平，B端為低電平仿真電路

2.5 理論分析

當(dāng)與門的輸入端同為高電平，輸出端為高電平；當(dāng)輸入端任一端出現(xiàn)低電平時，輸出端為低電平。與仿真結(jié)果完全相同，驗證了與門的邏輯功能。

3 結(jié)束語

EveryCircuit仿真軟件擁有強大的元件庫，既可對電子電路進行仿真，又能實現(xiàn)電工電路的仿真。使用者可以隨時隨地繪制仿真電路圖、更改仿真參數(shù)、觀察并分析仿真結(jié)果。對于教師來說，能夠針對某一知識點，設(shè)計仿真電路，使同學(xué)更加理解和掌握。對于學(xué)生來說，可以課下設(shè)計自己感興趣的電路，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性，提升了同學(xué)的分析能力和創(chuàng)新能力，取得了良好的教學(xué)效果。

[1] 廖輝.仿真軟件在電工學(xué)中輔助教學(xué)探討[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31（4）：102～105.

[2] 薛燕，劉磊明等.興趣驅(qū)動的電工電子教學(xué)模式改革與實踐—以機械類專業(yè)為例[J].教育教學(xué)論壇，2014，（43）：106～108.

[3] 張燕，巴寅亮，黃薇.基于電工學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實踐及反思[J].教育教學(xué)論壇，2017（51）：197～198.

[4] 陳紫晗.基于Every Circuit軟件創(chuàng)新的電子技術(shù)課程教學(xué)研究[J].無線互聯(lián)技，2016（8）：97～99.

[5] 張雪輝，劉素貞，李華.EDA仿真技術(shù)融入“電工學(xué)”課程教學(xué)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2016，38（3）：140～142.

[6] 王智忠.EWB仿真實驗在電工學(xué)課程理論教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2006（8）：91～94.

[7] 苗勝.EveryCircuit軟件在電工電子課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2017（3）：173.

[8] 甘永雙.基于EveryCircuit的電工電電子技術(shù)仿真的研究[J].科技視界，2014（3）：188，210.