防震减灾的重点范文

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【关键词】仿真软件;电工电子教学

电工电子是高职校工科电类专业的重要专业基础课，为后续课程准备必要的基础知识，对培养学生的电工基础知识、基本能力和综合素质具有其他电类课程不能替代的重要作用。该课程理论严密、物理概念多、逻辑性强，与工程技术及生活实际联系紧密，常常需要就宏观现象进行微观解释。

该课程不但要求学生掌握电路的基本原理和计算方法，更重要的是培养学生对电路的分析、设计及实际应用的能力。然而在进行电子线路教学中，由于学生对电子元器件及实际电子线路缺乏感性认识， 因此教师感到难教、学生感到难学，所以需要大量的电子线路实验来辅助教学。

为了满足电子线路教学实验的要求， 需要配置大量的电子设备、仪器、仪表、电子元器件、工具等。另外还需配备一定数量的、具有丰富实践经验的实习指导教师。因此学校有限的教学资源与学生日益增长的教学实验需求形成了一个较难解决的矛盾，所以在目前的教学条件下如何提高电子线路教学实验的开出率一直是一个重点也是一个难点。如今，利用计算机辅助教学就能有效地解决这一问题

一、仿真软件在电工电子课程理论教学中的作用

将计算机仿真软件引入电工电子课程教学，使理论教学与虚拟仿真实验紧密结合，能够使教学知识点更加容易理解、抽象的知识变得更加直观。学生在学习专业知识的同时也学习工具软件的使用方法，能更好地适应社会需要。

仿真实验能设置故障状态和极限状况，不会造成元器件和实验仪器的损坏。仿真软件逼真的界面及人机交互，可以产生身临真实的实验环境的感受。在电工电子教学环节，仿真实验作为一种展示性的辅助教学手段，便于教师解释复杂的物理过程或强调概念和原理，调动学生学习的积极性和主动性。

二、将虚拟仿真引入理论课堂，提高课堂教学效果

现在我们将仿真软件的虚拟实验功能引进课堂，在讲解理论的同时，利用多媒体同步演示，显示实验结果，使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化，弥补了理论上的抽象性。下面是我们具体应用仿真软件来仿真的两个实例。在电工基础课程中要讲解仪器仪表的使用，比如信号发生器、示波器、晶体管毫伏的使用，由于实验中涉及的仪器仪表较多，学生在做实验时经常的到处出错，实验效果很差，但在做实验之前，先在课程上用仿真软件演示一遍实验要做的内容，强调实验过程中容易出现的错误，这样学生在真正做实验时就比较熟悉，达到了举一反三的效果。

又比如讲星形负载电路结构时，讲到星形对称负载有中线时，中线电流为零，中线不起作用，学生觉得抽象，但是用EWB仿真软件做一下该实验时，测其中线电流为零，去掉中线后，对电路的线电流及相电压没有任何影响，而当三相负载不对称时，中线电流不为零，但相电压却对称，从而给学生非常直观的感受。使他们知道了中性线在三相电路中的作用，上课效果非常的好。

得出结论后，让学生在理解的基础上记定性的一些结论就容易多了。在模拟电路中讲授三极管共发射极放大电路时， 三极管具有放大和反相的作用，学生理解起来非常困难。我们利用EWB仿真软件来仿真电路，用示波器来观察波形，可以明显看出放大的效果和反相的作用。学生先有了感性认识后，理论的讲解听起来就更轻松了，从而使上课达到了事半功倍的效果。

三、仿真软件简介

目前高等院校使用的软件大多为EWB、Protel、Multisim等，这些软件具有电路的逻辑编辑、化简、综合、构建、仿真测试功能。仿真软件或用仿真软件构成的虚拟实验台，它是不能取代传统的电工电子实验的，只能起到辅助的作用。

Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。它是一个完整的设计工具系统，具有一个庞大的元件数据库，并提供原理图输入接口，可以进行从原理图到PCB布线工具包的无缝数据传输。其中Multisim易学易用，便于学生进行综合性的设计、实验，有利于培养学生的综合分析能力、开发能力和创新能力。

MATLAB是一套高性能的数值计算和可视化软件。它最重要的特点是易于扩展，允许用户自行建立完成指定功能的M文件，从而构成适合其他领域的工具箱，这大大扩大了MATLAB的应用范围。MATLAB作为编程语言可视化工具，具有丰富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据和图像处理及交互式编程等功能，可解决工程、科学计算和数学学科中的许多问题，目前在信号处理、控制系统的仿真和神经网络的研究等方面都有广泛的应用。SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散或者两者混合的线性系统和非线性系统，与传统的仿真软件用差分方程和微分方程建模相比具有直观、方便、灵活的特点。

四、将虚拟仿真引入理论课堂，提高课堂教学效果

现在我们将仿真软件的虚拟实验功能引进课堂，在讲解理论的同时，利用多媒体同步演示，显示实验结果，使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化，弥补了理论上的抽象性。下面是我们具体应用仿真软件来仿真的两个实例。在电工基础课程中要讲解仪器仪表的使用，比如信号发生器、示波器、晶体管毫伏的使用，由于实验中涉及的仪器仪表较多，学生在做实验时经常的到处出错，实验效果很差，但在做实验之前，先在课程上用仿真软件演示一遍实验要做的内容，强调实验过程中容易出现的错误，这样学生在真正做实验时就比较熟悉，达到了举一反三的效果。

又比如讲星形负载电路结构时，讲到星形对称负载有中线时，中线电流为零，中线不起作用，学生觉得抽象，但是用仿真软件做一下该实验时，测其中线电流为零，去掉中线后，对电路的线电流及相电压没有任何影响，而当三相负载不对称时，中线电流不为零，但相电压却对称，从而给学生非常直观的感受。使他们知道了中性线在三相电路中的作用，上课效果非常的好。得出结论后，让学生在理解的基础上记定性的一些结论就容易多了。在模拟电路中讲授三极管共发射极放大电路时， 三极管具有放大和反相的作用， 学生理解起来非常困难。我们利用仿真软件来仿真电路，用示波器来观察波形，可以明显看出放大的效果和反相的作用。学生先有了感性认识后，理论的讲解听起来就更轻松了，从而使上课达到了事半功倍的效果。

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关键词 Multisim仿真；电子电路设计；抢答器

中图分类号：TP319.9 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）10-0035-03

Abstract Introduces the function and characteristic of Multisim simu-

lation software， and describes the use of Multisim simulation software for electronic circuit design process with a digital responder

design as an example.

Key words Multisim simulation； electronic circuit design； responder

1 前言

随着电子电路复杂程度越来越高、更新速度越来越快、设计规模越来越大、推向市场时间越来越短，这就迫切需要实现设计工作的自动化。电子设计自动化（EDA）技术的出现，改革了传统的电子电路设计方法。

2 Multisim仿真软件的功能及特点

Multisim是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，可实现原理图捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试等功能；具有如下特点：界面设计人性化、操作简洁明了、元件库规模庞大、仪器仪表库种类齐全（包括函数信号发生器、示波器、逻辑分析仪等）、分析功能强大（包括直流工作点分析、交流分析、噪声分析等）。

3 应用实例

以数字抢答器的设计为例，阐述采用Multisim仿真软件进行电子电路设计的过程。

设计任务和要求 用中、小规模集成电路设计一个数字抢答器，设计要求：

1）抢答器可同时供8名选手参加比赛，每个选手拥有一个抢答按键，分别用按键J0～J7表示，按键编号和选手编号相同；

2）主持人扳动控制开关J8，可控制系统的复位和抢答的开始；

3）抢答器具有第一抢答信息的鉴别、锁存和显示功能，抢答开始后，第一抢答者按动抢答按键时，该选手的编号立即被锁存，并显示在LED数码管上，控制电路使扬声器发出报警声音，并对输入电路进行封锁，使其他选手的抢答不起作用；

4）抢答器具有定时抢答功能，主持人通过设定一次抢答时间，控制比赛的开始和结束[1]。

电路组成 抢答器由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路由主持人控制开关、抢答按键、控制电路、优先编码器、锁存器、译码器、编号显示器和报警电路构成，完成基本抢答的功能；扩展电路由秒脉冲产生电路、定时电路、译码器和定时显示器构成，完成定时抢答的功能。

抢答器工作过程：首先，接通抢答器电源，主持人将开关J8置于复位位置，禁止抢答器工作，编号显示器被熄灭，定时显示器显示定时时间；然后，主持人将开关J8置于开始位置，允许抢答器工作，计数器进行减计时；当选手在定时时间内抢答时，计数器停止工作，编号显示器显示抢答选手的编号，定时显示器显示剩余抢答时间，并禁止其他选手随后的抢答；当定时时间到，但无人抢答时，系统报警，并禁止选手超时抢答。

电路设计及仿真

1）抢答器电路。抢答器电路如图1所示。优先编码器74LS148能鉴别第一抢答者的按键操作，并使其他选手的操作无效；RS锁存器74LS279能锁存第一抢答者的编号，并经译码器74LS48译码后显示在LED数码管上。

抢答器电路仿真波形如图2所示。借助于Multisim仿真软件中的逻辑分析仪，可对抢答器电路的多路逻辑信号同步进行高速采集和时序分析。将逻辑分析仪的输入端口相应地连接到电路的如下测试点上：开关J8，74LS279的输出端Q4、Q3、Q2、Q1（EI、BI），按键J7、J6、J5、J4、

J3、J2、J1、J0。被采集的输入信号将显示在屏幕上。

由图2可知，在第一个Clock脉冲的上升沿，主持人将开关J8置于复位位置时，74LS279被复位，禁止锁存器工作，其输出Q4Q3Q2Q1=0000。于是，74LSl48的选通输入端EI=0，允许优先编码器工作；74LS48的消隐输入端BI=0，编号显示器被熄灭。在第一个Clock脉冲的下降沿，当主持人将开关J8置于开始位置时，允许优先编码器和锁存器工作。在第二个Clock脉冲的下降沿，将J6按键按下时，74LSl48的输出A2A1A0=001，GS=0，经RS锁存后，Q4Q3Q2Q1=1101。于是，Q1=1，使BI=1，允许74LS48工作；Q4Q3Q2=110，经译码显示为“6”。此外，Q1=1，使EI=1，禁止74LSl48工作，封锁了其他按键的输入（即在第三个Clock脉冲的上升沿J3按键的输入）。在第四个Clock脉冲的上升沿，当按下的J6键松开后，GS=1，此时由于仍为Q1=1，使EI=1，所以仍禁止74LSl48工作，封锁了其他按键的输入（即第五个Clock脉冲的下降沿J0按键的输入），从而实现了抢答的优先性，保证了电路的准确性。在第六个Clock脉冲的下降沿，主持人将开关J8重新置于复位位置，以便进行下一轮的抢答。

2）定时电路。将两片同步十进制可逆计数器74LSl92级联，以串行进位方式构成百进制计数器；计数器的计数脉冲由555定时器构成的秒脉冲电路提供；通过预置时间电路，主持人对计数器进行一次抢答时间的预置；74LS48译码器和定时显示器构成译码显示电路。当主持人将开关J8置于复位位置时，计数器预置定时时间，并显示在定时显示器上。当主持人将开关J8置于开始位置时，74LS279的输出Q1=0，经非门反相后，使555定时器的时钟输出端CP与74LSl92的时钟输入端CPD相连，计数器进行减计时；在定时时间未到时，74LS192的借位输出端BO2=1，使74LSl48的EI=0，允许74LSl48工作。当选手在定时时间内抢答时，Q1=1，经非门反相后，封锁CP信号，计数器停止工作，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统复位为止；同时，EI=1，禁止74LSl48工作。当定时时间到无人抢答时，BO2=0，EI=1，禁止74LSl48工作，禁止选手超时抢答；同时，BO2=0，封锁CP信号，计数器停止工作，定时显示器上显示00[2]。

3）报警电路。报警电路由555定时器、三极管推动级和扬声器构成。由若干电阻、电容和555定时器接成多谐振荡器，将时序电路控制信号PR接至555定时器的清零端，以控制多谐振荡器振荡的起停，多谐振荡器输出信号控制三极管的导通、截止，从而推动扬声器发出报警声音。

根据上述设计思路，画出各单元电路的仿真电路图，先对各单元电路逐个进行仿真调试，再将各单元电路连接起来进行系统联调；通过Multisim仿真，观察各部分电路之间的时序配合关系，测量电路各项性能指标，调整部分元器件参数，检查电路各部分功能，使其满足设计要求；最后进行电路焊接与装配，并对实际电路进行测试。

4 结语

Multisim是电子电路计算机仿真设计与分析的基础，在电子电路设计中应用Multisim仿真软件，把虚拟仿真和硬件实现相结合，可以节约设计成本、缩短开发周期和提高设计效率，有利于培养学生工程实践、综合分析和开发创新能力，提高学生运用现代化设计工具的能力。

参考文献

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【关键词】仿真软件;电子测量学;教学活动;运用

信息时代背景下，计算机技术与教育教学深度结合，形成了很多教学软件。其中仿真软件能够克服客观条件，充分展示学习内容。电子测量作为一门具有实践性、抽象性特点的课程。当前教师在教学中采用传统教学模式，向学生传授的理论知识过于抽象，不够具体，无法帮助学生日后形成完善的理论知识结构。利用仿真软件开展电子测量教学活动，不仅能够提高教学活动效果和效率，还能够增强学生对教学内容的印象。因此加强对该问题的研究具有非常重要的现实意义。

一、仿真软件概述

所谓仿真软件，是指建立在集成电路、计算机技术基础之上的一种高级、快速的电子设计自动化工具。其融合了数据库、图形学及计算数学等学科形成一种通用性软件包。现有电子类仿真软件有View logic、OrCAD等，其中Multisim是国内外最为常用的DEA仿真软件。在实践应用中，不同仿真软件各具特色，如PSpice功能较为强大，适合对复杂电路进行分析和优化，而Protel综合性能较好，且使用范围非常广，能够将电路仿真及PCB设计有机整合到一起，提高仿真效果。

将仿真软件引入到电子测量教学中，能够突破传统教学抽象、枯燥教学方式，将教学内容以动画、图文等多媒体视听形式呈现出来，在轻松、愉悦的氛围中进行自主探究学习。电子测量技术试验需要设备投入非常大、且难度较大。如果引进仿真软件进行模拟操作，能够节省更多资源投入，且达到预期的教学目标，为师生交流提供良好的平台。总而言之，将仿真软件引入到实践教学中非常必要，不仅是教育教学现代化改革的需求，也是提高教学质量的有效手段。

二、仿真软件在电子测量教学中的运用

1.开展演示教学

在实践教学中，教师可以将仿真软件虚拟设备引入到课堂教学，帮助学生理解和消化理论知识。如果条件允许，可以配合电子白板进行师生互动，使得演示更加形象、具体，以此来调动学生学习热情。如在进行函数信号发生器相关内容教学中，可以借助虚拟设备进行仿真。经过仿真处理的信号发生器，图形更加逼真、形象，无论输入、还是输出端口都能够完全呈现出来。不仅如此，点击鼠标能够对设备进行操作，与真实的设备操作具有一致性。如选择输出波形、频率。在此基础上，教师组织并引导学生进行相关理论的讲解，然后操作控件，最后与真实的设备进行对比，以证明演示教学具有较强的说服力。

2.简化实验过程

众所周知，电子测量具有实践性特点，单纯依靠理论讲解远远不够，需要借助实践操作进行相应的补充，以此来达到预期的培养目标。以往试验教学中，教师需要搬运设备，不仅对设备性能产生诸多不良影响、缩短设备使用寿命，且使得演示操作过程繁琐、麻烦。对此，教师可以积极引入仿真软件，以此来简化实验过程。如利用示波器跟踪测量信号波形、测量电路等，在有限的时间内获得最佳教学效果。此外，教师还可以向学生介绍仿真软件操作方式和方法，使得学生进行独立的操作。

3.实现远程控制

现阶段，在实际教学中，我们不仅能够在智能设备中应用，还可以与计算机连接到一起实现远程控制目标。如在具体教学中，数字存储示波器作为一部重要的设备，对其进行讲解时，该设备自带STO实时监控软件，与计算机连接后，我们能够在电脑仿真界面上对设备进行针对性操作，如信号输入、探头衰减倍数的设置等。采取这种方式，能够对传统教学过程进行补偿，且能够帮助学生感受到对设备的真实性操作，增强学生对知识的体验，循序渐进地形成完善的理论知识体系。

4.加强课程设计

目前，社会对电子测量人才提出了更高要求，尤其是人才的实践能力。但现行教学活动中，往往侧重课程知识的讲解，实践课程相对较少，不利于学生创新意识及动手能力的培养。对此，基于仿真软件教学，我们将电子测量学与其他课程结合到一起，如模拟与数字电子的结合，设计出详细的虚拟电路图，然后进行波动监控、数值测量等相关知识的分析，计算并获取数据，为具体的安装、焊接等活动提供科学依据。上述过程，教师都可以引导并组织学生参与其中，给予学生更多自利，进行自主探究学习，跟随知识发展脉络开展实践学习。采取这种方式，既能够为学生提供动手机会，还能够培养学生实践综合能力。

不可否认，仿真软件对于电子测量教学具有促进作用，但从本质上来看，仿真软件的应用是一种教学辅助工具，不能够一味地使用，教师要注重虚实结合，兼具理论与实践，设置趣味性课堂，不断提高教学有效性。

三、结论

根据上文所述，仿真软件作为计算机技术发展的产物，是多学科共同作用下的结果，在提高教学质量、培养学生实践能力等方面占据非常重要的位置。因此在教学中，教师要加强对仿真软件的认识与分析，熟练掌握软件操作方式，并立足于电子测量教学内容，将仿真软件运用其中，构建趣味性课堂，调动学生积极性，优化课程设计、开展展示教学，深化学生对教学内容的理解，不断提高教学质量，从而促进电子测量教学持续开展，为社会培养更多专业人才。

参考文献：

[1]姜开永.仿真软件在电子测量学教学中的应用[J].科技信息，2013，（04）：264+266.

[2]董杰.仿真软件在电子技术教学中的实例分析[J].中国教育技术装备，2012，（24）：44-46.

[3]潘学文，赵全友，杨振南.Multisim仿真软件在电子技术实验教学中的应用及效果分析[J].湖南科技学院学报，2016，（05）：40-43.

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关键词：电力系统分析；ETAP仿真软件；电压调节方法

作者简介：朱慧（1980-），女，山东定陶人，青岛科技大学自动化与电子工程学院，讲师。（山东 青岛 266042）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0064-02

“电力系统分析”是电气工程及其自动化专业的一门专业骨干基础课程，是学习其他后续课程（如“电力系统继电保护”、“电力系统自动化”、“电力系统微机继电保护”）的基础。学习这门课程需掌握电路、电机、电磁场和高等数学等方面的知识，所涉及的知识面广，理论性强，又包含大量的计算和画图，学生学起来抽象、难理解，会影响后续课程的学习。近年来，随着电力系统的不断发展，电力系统的规模日益增大，新技术不断被应用到该领域中，迫切需要新的教学方法来适应电力系统发展对课堂教学的要求。ETAP是电力系统运行分析的专业仿真软件，它提供完整的图形化编辑器，以简洁的方式对电力系统进行建模，且能快速准确地对系统进行仿真分析，分析结果能以多种形式直观地输出。若在课堂教学中引入ETAP仿真软件，将有助于学生直观系统、深入地学习“现代电力系统分析”课程。而“电力系统分析”教学中引入ETAP仿真软件辅助教学，目前国内处于开始阶段，仅有有限高校引进并开始使用ETAP仿真软件辅助教学，是一个新的发展趋势。本文针对ETAP仿真软件和教学紧密结合以提高学生学习效果，进行了探讨和分析。

一、ETAP仿真软件介绍

ETAP仿真软件是美国OTI公司从1996年开始发行的第一个真正32位Windows环境下电力系统分析计算应用程序，也是全美第一个特许提供给核电站进行电力系统分析的商用软件。[1]ETAP仿真软件确立了电力系统设计和分析软件的标准，经过多年的开发与完善，可以提供全图形的用户界面，以最简洁的方式建立单线图、阻抗图、继电保护图、分析计算图等100多种不同的图形。利用用户界面的编辑工具条，可以很方便地增加、删除、移动和连接元件，放大、缩小和翻转图形，显示或隐藏网络，在用户界面上点击元件后可直接输入元件的各类参数、属性及运行状态等，使用起来非常方便灵活。[2]

ETAP软件还具有强大的计算分析和设计功能，可以进行潮流计算、短路计算、继电保护配合、谐波分析、暂态分析、电机起动分析、接地网设计和低压配电系统的设计等。ETAP软件可以将分析结果以直接显示、文本报告的形式、曲线的形式等多种形式直观地输出。[3]因此，ETAP仿真软件其良好的人机界面、强大的计算分析和设计功能、直观简单的电气操作等优点在我国电力系统行业中得到广泛应用。特别是近年来，随着我国电力系统事业的发展，电力系统的容量及单机容量越大，电力系统的结构越来越复杂，学习、掌握优秀的电力系统仿真软件ETAP，将对电力系统规划、分析与实时监控等有很大的帮助。[4]一些高校为了学生更加系统、深入地学习电力系统分析课程，以及在毕业后能尽快地适应工作需要，引入了ETAP仿真软件。

二、ETAP软件仿真与课堂授课的结合

在引进ETAP软件之后，结合多年的课堂教学经验，对“电力系统分析”课程中的若干关键知识点和难点进行了仿真教学案例设计，并应用于课堂教学。电力系统的电压调节方法是“电力系统分析”课程的重要内容，下面就以这部分内容为例，讲解ETAP软件仿真与课堂授课的结合。

1.理论分析

在图1所示的电力系统中，分别采用改变变压器变比、改变无功功率分布的方法调节母线3的电压。画出系统的等值电路，如图2所示。等值电路中，变压器的励磁支路和电缆线路的导纳支路都略去。变压器归算到低压侧的阻抗为ZT，线路的阻抗为Zl。按照“电力系统分析”课程中变压器等值电路与参数计算的理论分析，参数计算如下：，

，通过以上两式计算得到：。电缆阻抗参数为。变压器和线路的总阻抗为，系统中的负荷。母线1的电压为35kV，且保持不变，则理想变压器二次绕组的电压为11kV，线路和变压器阻抗上的压降，母线3的电压，以百分数形式表示。[5]

通过以上公式推导、计算，求得母线3的电压为95.8%。很显然，此电压偏低，若通过并联静电电容器的方法改变其功率分布，需要计算并联的静电电容器应该提供的无功功率，才能将其电压提高到98%。根据静电电容器无功功率计算公式，求得。[6]经过以上的理论分析可知，为将母线3的电压升高到98%，并联的静电电容器需提供1.7Mvar的无功功率。

若通过改变变压器分接头进而改变其变比的方法将母线3的电压提高到98%，需要通过计算选择合适的变压器分接头。系统中的变压器有五个分接头，此时接在主接头上，母线3的电压为95.8%，现若将母线3的电压提高到98%，分接头电压应为，因35-2.5%分接头对应的电压为34.125kV，与此分接头的电压最接近，因此为使母线3的电压提高到98%，分接头改接到35-2.5%。

以上是电力系统电压调节方法的理论分析，整个过程中学生接触到的只有数字和公式，普遍反应抽象、难以理解，若此时通过ETAP软件仿真分析一下，增加学生对电压调节方法的感性认识，将会使电压调节过程变得更加直观、具体和丰富有趣，达到最好的教学效果，从而大大调动学习的积极性，激发学习本门课程的兴趣。

2.ETAP软件仿真分析

首先建立该系统的ETAP软件仿真模型，模型中无穷大功率电源用等效电网U1表示，母线1对应的节点设为平衡节点，负荷1和2分别用电动机Mtr3和等效负荷Lump3表示，并设置好各元件的参数。下面只需点击潮流分析功能模块按钮，再点击运行潮流按钮，即可进行潮流仿真分析。分析结果在建模图上直观显示输出，如图3所示，母线3的电压为95.81%，与理论分析结果一致。不过，此电压值偏低，为改善电压质量，现在通过改变功率分布的方式调节母线3的电压。将静电电容器并联在母线上，设置好其参数，进行ETAP软件潮流仿真分析，其结果如图4所示。从该图中可以看出，并联静电电容器后，母线3的电压升高到98%，此时并联电容器提供的无功功率恰好为1700kvar，与前面的理论分析结果一致。

下面通过改变变压器变比来进行调压的ETAP仿真分析。原来变压器分接头接在主接头上，通过刚才的潮流仿真分析结果看到，对应母线3的电压为95.81%。根据刚才的理论分析，为将母线3的电压升高到98%，需将其分接头改接到35-2.5%上。在ETAP软件中，改变变压器的分接头为35-2.5%，如图5所示。对改变变压器分接头后的系统进行ETAP软件潮流仿真分析，其分析结果如图6所示。从图中可以直观地看到，此时母线3的电压为98.03%，其电压质量提高，和理论分析结果一致。

从上面的分析可以看到，对于电力系统的电压调节方法这部分内容，传统授课方式往往以繁琐的公式推导结合抽象的数学描述进行讲解，学生学习时感觉抽象、枯燥，难以深刻理解并掌握。对于这部分内容，充分利用ETAP仿真软件，多角度地对电压调节方法进行较为全面的论述和论证演示，不仅可以直观地看到系统原来的运行状态，也可以看到并联电容器和变压器变比改变后系统的运行状态，很显然系统的运行状态得到了改善，电压质量得到了提高。整个仿真过程很直观，这样有助于学生对重点和难点部分的理解，同时激发了学习本门课程的兴趣，获得不错的教学效果。

三、结论

ETAP仿真软件能很方便地对各种电力系统进行建模，快速准确地对电力系统进行多种不同运行方式下的仿真分析，且能对比不同运行方式下的结果，丰富课堂内容和教学形式，使学生更加深刻理解电力系统的运行。

本文探讨了ETAP仿真软件在教学中的应用，通过ETAP软件仿真演示，使得相关教学内容实现了直观可视化效果，增强了学生对电力系统运行的感性认识。教学效果反馈也表明学生对相关概念方法的理解更加迅速、概念更加清晰，充分体现了ETAP仿真软件在课程教学中的优势。同时，ETAP仿真软件的学习，使学生真正具备运用理论知识对电力系统仿真分析和计算的能力，有助于学生成为电力系统方面的工程技术、研究复合型人才，为以后从事电气工程设计、运行、分析、控制和保护等工作打下坚实的基础。

参考文献：

[1]李升.MATLAB和ETAP电力系统仿真比较研究[J].南京工程学院学报，2006，4（2）：50-55.

[2]冯煜，王雷，陈陈.电力系统仿真软件ETAP的特性与功能简介[J].供用电，2005，（5）：23-26.

[3]李广凯，李庚银.电力系统仿真软件综述[J].电气电子教学学报，

2005，27（3）：61-65.

[4]甄威，陈宝喜，唐永红.实时仿真电力系统仿真中的应用[J].四川电力技术，2006，29（6）：32-35.

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关键词：电子技术；仿真；Multisim；课堂教学

作者简介：翁玲（1978-），女，河南信阳人，河北工业大学电气工程学院，讲师；

陈盛华（1973-），女，辽宁开原人，河北工业大学电气工程学院，讲师。

基金项目：本文系河北工业大学2011年教学改革立项项目“加强学生实践创新能力培养的电子技术实验教学探讨”、“电子技术基础课堂动态教学的探讨”的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0075-02

电子技术基础是电类学科各专业的专业技术基础课程，包括模拟电子技术和数字电子技术两门主要课程，还包括电子技术实验、电子技术课程设计、电子工艺实习等实践教学环节。电子技术课程的教学任务是让学生获得电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析、解决问题的能力和创新能力，为后续专业课程的学习打好基础。随着电子技术的迅速发展，在学时不变的情况下，面对越来越多的教学内容，传统的课堂教学已经难以胜任。在课堂教学中加入仿真软件，可以用来设计电路，模拟各种电路的功能，将学生难以理解的原理用生动的画面来解释，帮助学生克服抽象概念较难理解的障碍，并且帮助学生理解并学习各种测量电路的方法，增强对电路的感性认识。[1-5]

河北工业大学（以下简称“我校”）电子学教研组积极进行教学实验改革。自2004年开始在实验学时不变的情况下增加电子技术实验仿真，给每组实验台配备电脑，让学生做完实验后进行仿真验证，提高了学生学习电子技术的兴趣和学生的创新能力。[6-7]然而由于班级较多，每个实验项目的安排不方便做到每次课堂教学后就可以进行实验验证和推理，因此在电子技术课堂教学中也引入仿真，在开展理论教学的同时，利用仿真帮助学生理解难懂的内容，帮助学生掌握各种仪器的基本使用及电路参数的测试方法。事实证明运用该方法取得的教学效果形象生动，并能有效地激发学生对电子技术的学习兴趣，增强学生学习的积极性和主动性。电子技术仿真教学已经成为课堂教学的有力补充。

一、课堂教学中引入仿真软件的必要性

电子技术课程尤其是模拟电子技术课程理论抽象，学生反映该课程比较枯燥并难以理解和接受，甚至被学生称为“天书”。传统的电子技术课堂教学中存在以下问题：电子电路复杂，若采用传统的教学方式，课堂临时画电路图进行讲解和分析，这样花费时间非常多。另外，在学时不变的情况下，课堂教学进行的电路工作原理的分析只能采用理性分析，分析过程不够形象，不便于学生的理解和接受，教学效率较低。目前虽然我们已经在电子技术的课堂教学中引入了多媒体教学，制作的课件也越来越形象，在一定程度上增强了教学效果，[7]但是，仅仅是多媒体教学还不能满足电子技术的教学要求。采用多媒体方式教学时，只能满足理论教学，对电路的分析、验证和电路参数的测试显得不足。

电子技术是一门实践性较强的专业技术基础学科，在进行教学时，理论与实践相结合，才能使学生更好地领会、理解、掌握。将仿真教学加入到多媒体的课堂教学中，在课堂教学上也能观察到原先在实验室才能观察到的现象。教师可以在讲解完电子电路后，在多媒体教室中分析该电路的特性，讲解各种输入信号的变化或者电路参数的改变对电路输出信号的影响，操作速度快。比如要测电路中某个节点的电压波形，只需要添加一个示波器就能看到相应的节点波形，学生能够形象直观地观察到电路的工作情况，了解到不同形式的电路的功能。在演示过程中教师可以随时改变电路元件的参数或增加电路元件的数量，让学生直观地看到从简单电路到复杂电路的变化过程，体会不同电路性能和特性的变化。将仿真教学加入到课堂教学中，可以将课堂上的教学内容形象地展现在学生面前，变抽象为直观，加深学生对理论知识的理解和掌握。

学生在课堂上掌握了电路的原理后，对仿真软件的用法、电路参数的测量方法也有一定的了解。有的学生会在课后主动装载仿真软件，自行完成电路设计及分析过程。在实验室进行实验项目时，我们一般采用实验项目仿真分析和硬件测试同时进行的方法，学生在硬件测试完电路参数后，在计算机上用仿真软件设计电路，进行仿真分析。改变电路参数，观察不同电路参数对电路性能的影响，使用虚拟仪器观测出各实验点的波形及整个电路的实验结果。由于课堂教学中学生已经大体掌握了软件的用法，在后续的电子技术课程设计和电子工艺实习阶段，学生能熟练地应用仿真软件。仿真软件的引入，激发了学生学习的兴趣，使学生由被动学习转变为主动学习，调动学习的主动性和积极性，同时使学生能逐渐将新知识、新技术、新手段应用到实践中去，极大提高了学生的创新能力。

NI Multisim10.0是美国NI公司于2007年推出的版本，该版本并不局限于电子电路的虚拟仿真，其在LabVIEW虚拟仪器、单片机仿真、VHDL和VerilogHDL建模、Ultiboard设计电路板等技术方面都有更多的创新和提高，属于EDA技术的更高层次范畴。[8]鉴于Multisim10的优良性能，在电子技术课堂教学中引入了NI Multisim10.0软件。

二、教学应用案例

1.60进制计数器

计数器是数字系统里应用最多的时序逻辑电路。[9]利用计数器可以很方便地构成计时器电路，例如秒表等。常见的集成计数器芯片有十进制、十六进制、7位二进制、12位二进制、14位二进制等。在需要其他任意一种进制的计数器时，只能用已有的计数器产品经过外电路的不同连接方式得到。[9]任意进制计数器的构成方法是数字电子技术基础理论课讲解的重点内容，学生在掌握了任意进制计数器构成后，教师可以在课堂上通过仿真方便地对这些内容做扩展，比如构成60进制计数器即秒表电路，提高学生的学习兴趣。

图1为60进制计数器仿真电路图。仿真时采用两片十进制计数器74160U1和74160U2，其中第一片74160U1接成十进制计数器，其2管脚时钟CLK由50Hz方波提供。第二片74160U2根据置零法接成六进制计数器，其时钟CLK由第一片74160的最高位QD提供。第一片74160的计数循环为0到9，在第一片74160计数到9时，第二片74160开始计数，计数循环为从0到5。两个74160的输出端QD、QC、QB、QA分别接到两个显示数码管上，直观地显示计算时钟个数的数值。当仿真运行时，两个数码管上分别显示的计数循环为00～59，即为60进制计数器的显示结果。这样的仿真扩展，课上大约需要10～15分钟的时间。在学生掌握了任意进制计数器构成方法后，应用这种仿真方法对学生的知识进一步扩展，能提高学生的学习兴趣。学生课下可以继续设计类似的电路，提高了学生的创新能力。

2.RC桥式正弦波振荡电路

正弦波振荡电路是在没有外加信号输入的情况下，依靠电路自己振荡而产生的正弦波输出电压的电路。[10]这部分电路对于学生来说比较生涩难懂。在实验室实验过程中，学生也很难观察到振荡电路从起振到最终输出正弦波电压的过渡过程，因此，学生对振荡电路的学习往往感觉很难，兴趣不大。在讲解这部分内容时，配合Multisim仿真教学，让学生从仿真软件中观察振荡电路起振过程，从而加深了对振荡电路各部分组成的理解。

仿真电路图如图2（a）所示，选用集成运放LM324，其4、11管脚分别为±12V电压。RC串并联选频网络、同相比例运算电路构成了RC桥式正弦波振荡电路。二极管D2、D3为非线性环节，作用是稳定输出电压的幅值。[10]利用虚拟示波器可以方便地观察振荡电路输出端波形，仿真结果如图2（b）所示。给学生讲解完振荡电路构成原理后，学生们已经明白电路若能起振，同相比例运算电路的反馈电阻R2、R1之间必须保证R2≥R1。为了使学生便于理解振荡电路起振过程，在仿真中加入可调电阻R5，仿真过程中改变R5的值，即可在示波器中清楚地观察振荡电路起振、输出正弦波、输出矩形波等过渡过程。从仿真结果图2（b）可以直接观察出在实验室难以观察的起振过程，加深学生对振荡电路的理解。

三、结束语

在课堂教学中加入仿真软件，一方面可以使学生更容易学习生涩难懂的理论知识，帮助学生掌握各种仪器的基本使用及电路参数的测试方法，另一方面还可以提高学生的学习兴趣。我校在最近几年的电子技术教学改革中，首先增加了实验仿真，学生反映较好。而后又在学时不变的情况下，在课堂教学中随时加入仿真，经过实践，这种教学方法取得的教学效果较好，值得推广。

参考文献：

[1]鲁世斌，范程华，蒋先伟.Multisim 10在数字电子技术教学中的应用[J].合肥师范学院学报，2010，28（3）：51-53.

[2]刘向军，王赟.将Multisim引入电子技术课堂[J].中国电力教育，2004，（4）：101-102.

[3]董杰.仿真软件在电子技术教学中的实例分析[J].技术在线，2012，（8）：44-46.

[4]张恒.Multisim12在模拟电子技术项目式教学中的应用[J].轻工科技，2012，（10）：135-136.

[5]王海.Multisim10在模拟电子技术课程模块化教学中的应用[J].电脑知识与技术，2012，8（28）：6856-6858.

[6]于青，孙英，邢庆国.加强学生实践创新能力培养的电子技术实验教学体系研究[C].第六届全国电子电气课程报告论坛，2010.

[7]孙英，邢庆国，傅仲文.电子技术课程中多途径培养学生的创新能力[J].河北工业大学成人教育学院学报，2009，24（2）：17-19.

[8]黄培根，任清褒.Multisim10计算机虚拟仿真实验室[M].北京：电子工业出版社，2008.

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关键字：Mulitsim10；24S篮球倒计时器；BCD码

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

0.引言

数字电子技术课程是电子、通信、计算机、数控等相关专业的重要技术基础课，强调集成电路设计方法和分析方法的研究，并且该课程具有非常强的实践性。在教学和实践中引入基于Multisim10的虚拟仿真软件，理解数字电子技术理论，设计数字电路都具有着非常重要的作用。Multisim10软件的应用可以有效地辅助数字电子技术理论教学、补充实验设备不足、提高课程设计质量、节约教学成本。

将Mulitisim10软件与数字电路实验结合起来，鼓励学生利用仿真软件建立一个虚拟实验室进行虚拟实验，帮助学生更好的完成实验。现在以Multisim10仿真软件为平台，通过实施具体的实践项目，提高学生的学习兴趣，并调动学生们的积极性。本文以篮球24S倒计时器实验项目为例，介绍了Multisim10仿真软件在数字电子技术实验中的应用。

1.实验项目各模块的设计

篮球24S倒计时器电路主要包括两大部分，一部分是秒信号发生器，另一部分是BCD码24进制减法计数器。为了达到更好的视觉效果，电路中加入显示电路。下面对电路中主要模块的仿真分别进行描述。

2.秒信号发生器

秒信号发生器采用555定时器构成的多谐振荡器，该电路是一种比较典型的秒脉冲发生电路，它具有电路简单，性能可靠，信号精准的特点。其电路图及输出脉冲波形如图1所示。该电路是利用电容的充放电来实现脉冲波形的产生，可以通过调节充放电回路中的电位器Rw，来调整脉冲波形的周期，使输出波形的周期为1S。利用虚拟仪器安捷伦示波器可以观察波形的周期，频率，以及占空比等信息，有助于调节秒信号。Multisim10仿真软件中，提供的安捷伦示波器十分逼真，如同操作真实示波器一样，可以很轻而易举的在计算机上进行操作。在仿真操作过程中，不仅大大增强学生对仪器的熟悉程度，还节约了教学成本，避免了外界条件对实验操作的制约。

3.BCD码24进制减法计数器

8421BCD码24进制递减计数器是由74LS192构成的。 24进制递减计数器的预置数为N=（0010 0100）8421BCD=（24）D。它的技术原理是，每当低位计数器的端产生负跳变借位脉冲时，高位计数器减1计数。当高、低位计数器处于全0，同时在CPD=0时，置数端，计数器完成并行置数。

该电路的工作过程是按下J1启动/停止按键，将计数器置数成24，倒计数开始。当计数器减到0时，高位计数器产生借位信号时，将屏蔽计数器的脉冲，从而计数器停止计数。图2为计数器电路及计数器输出波形。该仿真电路由虚拟仪器中的字发生器提供计数脉冲，并通过逻辑分析仪来观察输出观测输出波形。

4.参考电路

秒信号发生电路替代字发生器，计数器的输出通过数码管显示计数值，就可以构成简单的篮球24S倒计时器。

5.结论

利用Mulitisim10仿真软件不仅提供了数千种电路元器件，还提供了许多虚拟仪器。对于数字电路实验，仿真方式开辟了新的设计渠道。该仿真方式对于验证电路的原理，开发和设计电路极为方便，同时具有极大的灵活性。学生可以轻松的更换器件，调用仪器，观察波形，不受时间、地点、器件和设备的限制，随时随地地进行仿真实验。加强了学生计算机应用能力、实际操作能力的培养，有提高了学生的综合设计能力，培养了学生的创造性思维。

参考文献：

[1] 谢自美.电路线路设计.实验测试（二版）.武汉.华中科技大学出版社。2000.

[2] 李世雄，丁康源.数字集成技术教程.北京：高等教育出版社.1993

[3] 杨志忠.数字基础：数字部分.北京.中国电力工业出版社.1999

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【关键词】 Multisim 仿真 教学应用

1 问题的提出

在以往单一的教学中，教师只是把书本上的知识总结归纳地讲给学生，从学生的角度分析，技校的学生思想比较活跃，但基础知识相对比较差，再加上电路分析本身就是一个很抽象的学科，这就使学生在学习电路分析的时候感到有一定的困难，从而对学习没有兴趣，成绩自然就不好。那么，如何尽快地培养出满足市场需要的电工电子技能型人才成为教学工作者必须研究的问题。

由于在电子电工实验和实习操作中，我们需要很多相关的实验仪器，其中有些仪表仪器价钱比较昂贵，操作起来也比较复杂，若在实验和实习中完全依赖这些昂贵的仪器进行实做训练，投入大，消耗的成本比较高。因此，电路模拟软件就是我们所需要的一种教学新方法。

运用Multisim仿真系统教学是解决这一问题的重要途径。它既能解决学生实习时不熟悉仪表操作的问题，又可以大大提高学生的学习兴趣，还能提高学生的电子电路设计的能力，使课堂的实验演示更加灵活方便。

2 电子设计软件教学模式的确定

职业技术教育的电子电工技术应用专业的职业培训是使学生获得电子电工应用专业职业技能，既能适应现有的社会传统的电工电子专业的需要，也可以参与新项目的研究和开发。为此，我们需要建立一整套适应教学和市场需要的培养体系，使技校的学生除了动手能力、实践能力很强以外，参与新技术研究的能力也得到提高。

电工电子软件的应用技术教学模式应当是将传统的教学模式与新的多媒体教学模式相结合，使学生在掌握书本上的科学知识和专业知识的同时与实践相结合，更能从学生直观地角度来阐述难懂得知识。从另一个方面来说，给一些学习较好的同学一个电子设计的平台，从而能得到更好地锻炼。

3 Multisim仿真系统在教学中的应用

3.1 Multisim仿真系统的选用。我们选用了Multisim2001，它是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件。Multisim2001与EWB相比在功能上有了较大的改进，提供了标准的实际元（器）件库、RF库、功能强大品种齐全的仿真仪器和能满足各种需求的分析方法。Multisim2001的开放式元件库和仿真结果的输出，可与多种EDA软件匹配。其本身也是一个完整的系统设计工具，结合Spice、VHDL、Verilog可对模拟、数字和RF电路进行仿真。Multisim2001也被广泛的用作“电路分析”、“模拟电子线路”、“数字电路”和“通信电子线路”等课程的仿真设计平台。使电工、电子技术理论课的教学更加生动活泼，课堂实验演示更加灵活方便。

3.2 Multisim仿真系统在电工电子教学中的应用。

3.2.1 在电路分析中的应用。在电路分析中，戴维南定理一个非常重要的内容，但是，它对于技校的学生来说又是一个十分难理解的解题方法。在理论知识掌握了一定程度以后，我们用Multisim仿真系统软件来验证，会让学生更好理解定理、方法的应用，在Multisim中用万用表分别测量电路的端口电压和端口短路电流，就可以轻松地求出线性电路的戴维南等效电路，使计算简单化。

如图1-1所示电路为例：利用戴维南定理求解戴维南等效电路，同时，熟悉在Multisim中选取元件、连接电路、表头测量的基本操作过程。

图1-1 戴维南定理应用电路

基本操作：①从元器件库中选取电压源和电阻，创建图1-1所示电路。②启动Place菜单中的Place Junction命令，再启动Place中的Place Text命令，在需要添加端点的位置上点击鼠标，输入文字A、B。从右边仪表库中选出数字万用表（Multimeter），并接至端点A、B：表头“+”与A连接，“-”与B连接，如图1-2所示。双击XMM1，在面板上选择“V”和“DC”。启动仿真开关，万用表读数为8.0V，如图1-3所示，此为A、B两端的开路电压。

图1-2 测量开路电压和短路电流

图1-3 图1-4

③仍将万用表接至A、B两端，在面板上选择“A”和“DC”，启动仿真开关，万用表读数为2mA，如图1-4所示。此为A、B两端短路电流。④根据戴维南定理，等效电阻等于电路的端口开路电压和端口短路电流的比值，故该电路的戴维南等效电阻R=8/2=4。⑤根据测量的数据，可画出戴维南等效电路，如图1-5所示。

从这个例子我们可以看出，在解决较复杂的电路问题的时候，可以应用Multisim系统软件将这一解题方法直观的展现在学生面前，使学生能有兴趣接受和掌握这一定理的应用，丰富了课堂教学。

3.2.2 Multisim在电子线路中的应用。在模拟电子线路分析与设计过程中，经常需要选择合适元器件。如果在设计过程中，每换一个元件就进行一次测量，则工作量非常大。利用Multisim提供的大量的仿真分析法，可以为电路设计提供许多有效的方法。

例如：单级共射放大电路是放大电路的基本形式，为获得不失真的放大输出，需要设置合适的静态工作点，静态工作点过高或过低，都会影起信号的失真。通过改变放大电路的偏置电压，可以获得合适的静态工作点。

单级共射放大电路是一个低频、小信号放大电路。当输入信号的幅度过大时，即便有了合适的静态工作点，同样会出现失真。改变输入信号的幅值即可测量出最大不失真输出电压。放大电路的输入、输出电阻是衡量放大器性能的重要参数。那么，我们通过Multisim仿真系统软件，为放大电路选择合适的静态工作点，以及如何利用系统软件测量放大电路的性能参数。

3.2.3 静态工作点的设置。创建如图2-1所示电路，运行仿真开关，可看到如图2-2所示的输出波形。然后我们更改一下元件的参数，看看它对放大电路有什么影响。

双击电阻R3，将其数变为R3=27kohm，可以看到输出波形如图2-3所示。很显然，由于R3增大，三极管基极偏置电压增大，致使基极电流、集电极电流增大，工作点上移，输出波形出现了饱和失真。

图2-1 单级共射放大电路

图2-2 共射放大电路输出 图2-3 共射放大电路输出

由理论分析可知，工作点偏高，易引起饱和失真，消除的方法是：增大基极电阻，以减小基极电流，使工作点下移。如果工作点偏低，会引起截止失真，消除的方法是：减小基极电阻，以增大基极电流，使工作点上移。

在电路窗口单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中点击show命令，选择show node names。启动Simulate菜单中Analysis下的DC Operating Point命令，在弹出的对话框中的Output variables页将节点2、3、4作为仿真分析点，点击Simulate按钮，可获得仿真结果如图2-4所示。

图2-4 仿真分析点

3.2.4 输入信号的变化对方法电路输出的影响。现在我们相应的改变输入信号V1，将输入信号幅值变为5mV时，测得的波形如图2-5所示。再分别改变为15mV、20mV时，都有相应的失真，输出波形上宽下窄，当输入信号幅值改为21mV时，波形严重失真，如图2-6所示。因此说明，由于三极管的非线性，图2-1所示的放大电路仅适合小信号放大，当输入信号太大时，会出现非线性失真。

图2-5改变输入时的输出波形

图2-6改变输入时的输出波形

3.2.5 测量放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻。放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻是放大电路的重要性参数。我们利用数字万用表对它们进行测量。

3.2.5.1 测量放大倍数。利用图2-1所示电路，双击示波器图标，就可以从示波器上观测到输入、输出电压值，计算放大倍数Av=V0/Vi。

3.2.5.2 测量输入电阻。如图2-7所示，将万用表接入电路中。运行仿真开关，可从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则Rif=Ui/Ii，测得频率为1kHz时的输入电阻。

图2-7 输入电阻测试电路

3.2.5.3 测量输出电阻。根据输出电阻计算方法，将负载开路，信号源短路，在输出回路中接入电压表和电流表，如图2-8所示。设置为交流AC，从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则ROf=UO/IO，测得频率为1kHz时的输入电阻。

图2-8 输出电阻测试电路

4 Multisim仿真系统的应用效果、存在的问题及解决的方法

通过以上举例分析，Multisim仿真系统软件无论在教师教学中还是在学生的学习过程中都很方便，在引入仿真教学之前，教师只是仅限于书本上的知识，而学生对这些枯燥的知识没有学习兴趣，既影响了教师的教学效果，也影响学生的学习效果。引入Multisim仿真系统之后，学生可以直观的分析电路，使学生的学习主动性与积极性大为提高。另外，在技能训练中，可以激发学生的动手、动脑能力，大大节约了实习训练成本。

当然，软件的应用也会存在一些问题，比如仿真出来的一些曲线可能和以往见到的不太一样，学生存在对比，以至于混淆；软件对学生英文水平也是一个大的挑战，等等。这就要求教师要正确的引导和指导学生，弥补软件教学的不足。

总之，Multisim加工仿真软件在教学中的应用尚在起步与研究探索阶段，只要积极思考在应用中产生的问题，主动采取应对措施，正确发挥其在教学中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。

参考文献

1 蒋卓勤等.Multisim2001及其在电子设计中的应用.西安电子科技大学出版社

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关键词：虚拟仿真；Matlab；电力电子技术；实验实训

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）02-0134-02

一、引言

电力电子技术是目前最活跃、发展最快的一门新兴学科，且广泛应用于工业、交通、IT、通信、国防以及民用电器、新能源发电等领域，它的应用领域几乎涉及国民经济的各个工业部门。

二、电力电子技术课程教学现状

当前高职院校基本都采取理论教学加实践操作的模式进行电力电子技术课程的教学。首先，讲解电力电子器件的工作原理、特性以及使用方法；然后对各种变流电路（包括整流、逆变、斩波和交流变换等）的电路构成、工作原理和波形等进行分析；最后在实验实训台上进行实操、搭建电路、观察波形等进行验证。

电力电子技术课程本身属于电类各专业课程中较难的课程之一，教学对象又为高职学生，他们理论基础差，计算能力弱，因此教学重心一定偏向实操。然后，在对电力电子电路进行实验实训分析的过程中，由于电力电子器件具有非线性等特点以及电力电子电路的复杂性，造成实验实训结果不明显，单从示波器显示波形不能很好地检测电路的正确性。而且电力电子技术的实验实训都涉及到220V或者380V的高电压，具有一定的危险性。往往造成学生实验实训项目做得迷迷糊糊，不知道结果是否正确，即使知道错误了也很难进行排故，导致学生学习兴趣减低，形成恶性循环。

三、虚拟仿真技术在电力电子技术教学中的应用

虚拟仿真技术是近年来随着计算机技术迅猛发展而逐步形成的一类实验研究的新技术，它在各类专业各种类型的课程当中被广泛应用。虚拟仿真技术的优点主要有：（1）实验硬件门槛低，基本不需要专业的实验设备，只需要普通计算机即可；（2）实验过程安全可靠，不涉及高电压、高电流；（3）实验过程迅速、结果清晰明显，能快速地在计算机屏幕上显示所需要的所有结果，一目了然；（4）纠错排故简单，基本的仿真实验修改只需要在仿真环境下进行器件或者连接的修改。

鉴于以上优点，虚拟仿真技术在电力电子技术课程实验当中进行应用十分合适，并能有效地提高电力电子技术课程的教学效果。目前，可对电力电子电路及系统进行虚拟仿真的软件较多，如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。这些模拟仿真软件的出现，为电力电子电路及系统的分析提供了方便、有效的手段，大大简化了电力电子电路及系统的设计和分析过程。其中Matlab软件由于其Simulink环境下提供的SimPowerSystems工具箱在电力系统分析、电力电子电路分析中令人满意的表现、友好的界面和模块化的形式受到广大用户的青睐。

根据电力电子技术课程教学的要求，结合课程实验操作内容，我们设计、建立并实现了涵盖高职教学要求的十五个电力电子技术Matlab仿真项目。下面以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行模拟仿真的方法和步骤。

四、仿真实例

本节以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。直流升压斩波电路是典型的直流斩波电路之一，它通过电容、电感元件的储能以及电力电子器件（此处使用IGBT）的通断控制，使负载上得到比电源电压高的电压，其电路原理图如下所示。

根据电路原理图，在Matlab的Simulink中建立直流升压斩波电路仿真模型，步骤如下：

1.仿真平台建立。启动MATLAB，进入MATLAB环境，点击工具栏中的Simulink选项，进入所需的仿真环境，点击File/New/Model新建一个仿真平台。

2.模块提取。在Simulink环境中拉取所需要的模块到仿真平台中，具体做法是点击左边的器件分类，电力电子仿真实验一般只用到Simulink和SimPowerSystems两个，分别在它们的下拉选项中找到我们所需的模块，用鼠标左键点击所需的模块不放，然后直接拉到仿真平台中。本电路图所需要的模块及提取路径如下表所示。

3.仿真模型建立。将提取的各模块，按照原理图布局好位置并进行连线。具体做法是移动鼠标到一个模块的连接点上，会出现一个“+”字型光标，按住鼠标左键不放，一直拉到所要连接的另一个模块的连接点上，放开左键，连线就完成了。本电路图的仿真模型如下图所示。

4.参数设置。参数设置分为模块参数设置和仿真参数设置。模块参数设置如下：直流电压源的幅值设置为100V。电阻负载设置为1Ω。控制脉冲电压由脉冲发生器产生，电压幅值设置为3V，周期设置为0.001S，脉冲宽度比的大小设置可改变输出负载电压的大小。IGBT、功率二极管、信号分解器、电感和电容可保持默认设置。示波器根据需要输出的波形个数设置输入端口数。仿真参数设置如下：将开始时间设置为0，终止时间设置为0.01，算法设置为ode23tb。

5.仿真。完成以上步骤后便可以开始仿真，仿真结束后双击示波器观察波形。直流升压斩波电路在控制脉冲电压宽度比为80%和40%时的仿真波形如图3所示，与理论分析值一致。

五、小结

虚拟仿真技术随着计算机技术的发展在近些年得到了长足的发展，越来越多的课程在教学中引入了虚拟仿真技术，它对课程教学效果的提供具有较大的作用。文章在分析教学现状的基础上，引入了使用Matlab软件的虚拟仿真技术，并以直流升压斩波电路为例，详细介绍使用Matlab软件进行电力电子电路仿真的方法和步骤。

参考文献：

[1]王波.虚实结合、理实一体的电力电子技术课程改革的探索与实践[J].时代教育，2015，（7）.

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近年来我国制造业不断发展，各行各业对高水平应用型技术人才的需求在逐年增长，为满足实验、实训教学要求，高校势必需要投入大量资金购置设备，而且本科类学生实践能力较弱，若直接在真实机床上进行操作，极容易其引起撞刀事故[1]。将数控仿真技术应用于实验教学中，可使学生通过仿真掌握数控加工的整个工艺流程后再进行实践操作，可以取得较好的教学效果。本文针对一种典型零件的加工为例，介绍数控铣仿真技术在实验教学中的实际应用。

1 典型零件结构分析

本文?x用铣削零件如图1所示。从图中可知：该零件毛坯为直径为100mm、厚度为30mm的圆形铝棒。需要加工的表面为椭圆凸台及凸台圆角、H形凹槽、三个深孔和一个腰型槽。

由于工件毛坯为圆形棒料，使用平口钳装夹，在加工过程中工件容易错位，若是大批量生产也不易实现零件的重复定位。因此，需要选用三爪卡盘进行装夹。

对于椭圆凸台和凸台倒角，且凸台厚度为15mm；H形凹槽厚度为5mm，若采用手工编程的形式进行加工，不仅要计算关键点坐标，还需要用到宏程序对椭圆轨迹、凸台轨迹和厚度增量进行编程，缺乏实际操作经验者或初学者难以掌握。若运用软件建立零件三维模型，并对三维模型自动编程，生成NC代码直接传送到数控机床进行加工，则省去人工用宏程序编程和坐标点计算的难题，学生也容易掌握。

2 零件建模及刀路仿真

2.1 零件三维建模

机械专业常用三维造型软件有UG、PROE、SolidWorks，每种软件都有各自的特点，但UG软件的综合功能是最强大的[2，3]，本次选用的UG10.0进行操作。

上述零件仅有凸台、凹槽和孔，因此在UG10.0草图中，按照对应尺寸建立主视图的草图模型，然后对各特征进行拉伸求差或求和建立三维模型。

2.2 零件加工策略及刀具路径生成

（1）通过对上述零件结构及尺寸分析可知，内轮廓最小圆角尺寸为R6，孔直径为Φ8。所以需要选用直径为10mm的平底铣刀对内外轮廓开粗，和对外轮廓精加工；选用直径为5mm的平底铣刀对内轮廓进行精加工；选用直径为8mm的钻头进行钻孔。因此，创建刀具，并将工件坐标系设置在顶部中心位置。

（2）铣削策略选用“使用边界面铣削”，创建工序名称为“外形开粗”，设置刀具为10mm铣刀，几何体为WORKPIECE，指定面边界为凸台底面外圆端面，切削模式为“跟随部件”，毛坯距离设置为15mm，每刀切削深度为2mm，最终底面余量为0.5mm。切削参数中：余量选项卡的部件余量设置为0.5mm，拐角的“凸角”选项设置为“延伸”，连接的“开放刀路”设置为“变换切削方向”。转速设置为“3000r/min”，进给设置为“800mm/min”，生成刀路如图2所示。

（3）仍然使用边界面铣削策略，创建椭圆凸台精加工程序，在精加工中遵循“先光底再光侧，光底要留侧，光侧要留底”的原则，需要先做底面精加工程序，在参数设置中，需要将每刀切削深度修改为“0”，最终底面余量修改为“0”，部件余量设置为“0.5mm”，并生成刀具路径；然后再创建椭圆凸台侧面精加工程序，参数设置中需要将每刀切削深度修改为“0”，最终底面余量修改为“0.5mm”，部件余量设置为“0”。

（4）运用同样的加工策略，创建H形凹槽及腰型槽的粗、精加工刀具路径。

（5）使用型腔铣的策略创建凸台圆角的加工刀具路径。

（6）使用钻孔策略创建三个Φ8孔的加工路径。

2.3 刀具路径仿真及NC代码生成

通过2.2的策略设置可生成该零件所有轮廓刀具路径，选中所有加工策略，点击“确认刀轨”，选择“3D动态仿真”将动画速度调慢，可以观察到刀具路径仿真过程及加工完成后的零件状态。

若刀具路径仿真没有出现报警，则可进行NC代码的生成。选中所有刀具路径策略，右击“后处理”，设置对应的机床系统即可生成如图3所示的零件NC代码。

3 斯沃数控软件中的仿真加工

NC代码生成以后，为了验证程序的正确性和检查加工过程中有无碰撞和过切，我们可以将其加载到斯沃仿真软件中进行三维实体仿真[4]。首先创建毛坯，由于软件中没有设置三抓卡盘作为夹具，模拟过程中用台虎钳装夹，然后将生成的NC代码加载到斯沃软件中，设置对刀参数，按下循环启动进行模拟加工。模拟加工若无问题，则可将NC代码直接传送至数控机床进行实际加工。

篇10

一、借助Proteus仿真，创设虚拟实验环境

《电工基础》课程中的概念多、分析计算多，较多的理论讲授和数学推导很难引起学生主动学习的兴趣。Proteus中具有常见的电路元器件及仪表，如交直流信号发生器、交流电压表、交流电流表、直流电压表、直流电流表、示波器等，这些电路元器件完全可以满足《电工基础》课程仿真实验的需要。将Proteus应用于《电工基础》课程中，可以增强学生对电路的感性认识，加深学生对电路基本定理的理解，学会电路分析的基本方法，使枯燥无味的理论教学变得直观生动。

例如，一阶动态电路的分析是《电工基础》课程中的一个难点，理论的推导枯燥且不直观。在分析电路之前，通过Proteus仿真演示可以显示一阶电路的充、放电响应过程，使学生获得直观的了解。在Proteus仿真环境中绘制一阶RC电路图，开关处于闭合状态和断开状态。

电容的充放电现象的理解。在仿真时，我们可以见到电容两端“+”和“-”不断增加和减少，表示电荷的增加或减少，同时负载两端并联一个电压表的计数也不断增大或减小，这表明电容C正在充电或放电。

在《电工基础》教学中采用Proteus仿真软件，创造了虚拟实验环境条件，让学生在仿真中获得理论知识，在虚拟实验中提高动手能力。

下面以几个具体实例来说明一下如何借助Proteus仿真软件进行电工基础的演示教学。

二、直流电路的PROTEUS仿真――基尔霍夫定律

《电工基础》课程在介绍了电路的基本概念和基本定律后，重点介绍了直流电路的分析方法。学生在初中物理学习过简单的直流电路，先让学生熟悉Proteus仿真软件，然后让学生在教师的指导下进行画Proteus原理图以及动画仿真。

基尔霍夫电流定律（KCL）：在电路中，对任意节点或闭合面来说，流入节点或闭合面的电流恒等于流出节点或闭合面的电流。

基尔霍夫电压定律（KVL）：在任意瞬间，在任意闭合回路中，沿任意环形方向（顺时针或逆时针）回路中各段电压的代数和恒等于0。

基尔霍夫电压和电流定律实训电路如图（省略）。

基尔霍夫电流定律（KCL）：

由仿真电路图的仿真结果可知，I2=1.45mA、I1=0.14mA、I3=1.32mA

I2=I1+I3=0.14mA+1.32mA=1.45mA

基尔霍夫电压定律（KVL）：

由仿真电路图的仿真结果可知，E1=4.5V、E2=7V、UR1=0.14V、UR2=4.36V、UR3=2.64V

E1=UR1+UR2=0.14V+4.36V=4.5V

E2=UR2+UR3=4.36V+2.64V=7V

显然，运用Proteus软件可以非常容易计算电路在任一支路的电流，以及任一点的电位，只要我们在相关的地方放置电流探针和电压探针即可。由此可见，Proteus软件可以帮助我们深刻认识电路工作过程，消除学习上的模糊感觉，激发学生学习的兴趣。但我们并不希望直接告诉学生一个答案，而是让Proteus作为一个学习的辅助工具，学生知道电流、电压的计算方法还是非常必要的。

三、三相电路的PROTEUS仿真分析

三相电路是指三相电源和三相负载构成的电路，包括对称三相电路和不对称三相电路。选择三相电源（50Hz，220V）、电阻等创建对称三相电路（Y-Y接法）。

负载端电压测量：用模拟分析图表进行测量，波形如图（省略）。

三相电路的功率测量：若为对称三相电路，则其功率测量较简单，只要测出一相负载功率，就很容易得到三相负载的功率。若为不对称三相电路，则需分别测量三相负载的功率。本文以不对称三相电路为例，说明三相电路的功率测量方法。

创建不对称三相电路，如图6所示。线路阻抗为500Ω，三相负载分别为1kΩ、2kΩ、5kΩ。选用交流电压表分别测量负载R2、R4、R6的两端电压，测量结果为有效值。负载R2两端电压的有效值为142V；同理，R4两端电压的有效值为171V，R6两端电压的有效值为200V。经换算得到，负载R2吸收的有功功率为20.16W，负载R4吸收的有功功率为14.62W，负载R6吸收的有功功率为8W，则三相负载吸收的功率为42.78W。