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【關(guān)鍵詞】仿真軟件;電工電子教學(xué)

電工電子是高職校工科電類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識(shí)，對培養(yǎng)學(xué)生的電工基礎(chǔ)知識(shí)、基本能力和綜合素質(zhì)具有其他電類課程不能替代的重要作用。該課程理論嚴(yán)密、物理概念多、邏輯性強(qiáng)，與工程技術(shù)及生活實(shí)際聯(lián)系緊密，常常需要就宏觀現(xiàn)象進(jìn)行微觀解釋。

該課程不但要求學(xué)生掌握電路的基本原理和計(jì)算方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生對電路的分析、設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用的能力。然而在進(jìn)行電子線路教學(xué)中，由于學(xué)生對電子元器件及實(shí)際電子線路缺乏感性認(rèn)識(shí)， 因此教師感到難教、學(xué)生感到難學(xué)，所以需要大量的電子線路實(shí)驗(yàn)來輔助教學(xué)。

為了滿足電子線路教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求， 需要配置大量的電子設(shè)備、儀器、儀表、電子元器件、工具等。另外還需配備一定數(shù)量的、具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。因此學(xué)校有限的教學(xué)資源與學(xué)生日益增長的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求形成了一個(gè)較難解決的矛盾，所以在目前的教學(xué)條件下如何提高電子線路教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開出率一直是一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)。如今，利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)就能有效地解決這一問題

一、仿真軟件在電工電子課程理論教學(xué)中的作用

將計(jì)算機(jī)仿真軟件引入電工電子課程教學(xué)，使理論教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，能夠使教學(xué)知識(shí)點(diǎn)更加容易理解、抽象的知識(shí)變得更加直觀。學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也學(xué)習(xí)工具軟件的使用方法，能更好地適應(yīng)社會(huì)需要。

仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)茉O(shè)置故障狀態(tài)和極限狀況，不會(huì)造成元器件和實(shí)驗(yàn)儀器的損壞。仿真軟件逼真的界面及人機(jī)交互，可以產(chǎn)生身臨真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的感受。在電工電子教學(xué)環(huán)節(jié)，仿真實(shí)驗(yàn)作為一種展示性的輔助教學(xué)手段，便于教師解釋復(fù)雜的物理過程或強(qiáng)調(diào)概念和原理，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

二、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學(xué)效果

現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能引進(jìn)課堂，在講解理論的同時(shí)，利用多媒體同步演示，顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補(bǔ)了理論上的抽象性。下面是我們具體應(yīng)用仿真軟件來仿真的兩個(gè)實(shí)例。在電工基礎(chǔ)課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號(hào)發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實(shí)驗(yàn)中涉及的儀器儀表較多，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常的到處出錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)效果很差，但在做實(shí)驗(yàn)之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實(shí)驗(yàn)要做的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這樣學(xué)生在真正做實(shí)驗(yàn)時(shí)就比較熟悉，達(dá)到了舉一反三的效果。

又比如講星形負(fù)載電路結(jié)構(gòu)時(shí)，講到星形對稱負(fù)載有中線時(shí)，中線電流為零，中線不起作用，學(xué)生覺得抽象，但是用EWB仿真軟件做一下該實(shí)驗(yàn)時(shí)，測其中線電流為零，去掉中線后，對電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當(dāng)三相負(fù)載不對稱時(shí)，中線電流不為零，但相電壓卻對稱，從而給學(xué)生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。

得出結(jié)論后，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記定性的一些結(jié)論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時(shí)， 三極管具有放大和反相的作用，學(xué)生理解起來非常困難。我們利用EWB仿真軟件來仿真電路，用示波器來觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學(xué)生先有了感性認(rèn)識(shí)后，理論的講解聽起來就更輕松了，從而使上課達(dá)到了事半功倍的效果。

三、仿真軟件簡介

目前高等院校使用的軟件大多為EWB、Protel、Multisim等，這些軟件具有電路的邏輯編輯、化簡、綜合、構(gòu)建、仿真測試功能。仿真軟件或用仿真軟件構(gòu)成的虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它是不能取代傳統(tǒng)的電工電子實(shí)驗(yàn)的，只能起到輔助的作用。

Multisim軟件是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。它是一個(gè)完整的設(shè)計(jì)工具系統(tǒng)，具有一個(gè)龐大的元件數(shù)據(jù)庫，并提供原理圖輸入接口，可以進(jìn)行從原理圖到PCB布線工具包的無縫數(shù)據(jù)傳輸。其中Multisim易學(xué)易用，便于學(xué)生進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、開發(fā)能力和創(chuàng)新能力。

MATLAB是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它最重要的特點(diǎn)是易于擴(kuò)展，允許用戶自行建立完成指定功能的M文件，從而構(gòu)成適合其他領(lǐng)域的工具箱，這大大擴(kuò)大了MATLAB的應(yīng)用范圍。MATLAB作為編程語言可視化工具，具有豐富可靠的矩陣運(yùn)算、圖形繪制、數(shù)據(jù)和圖像處理及交互式編程等功能，可解決工程、科學(xué)計(jì)算和數(shù)學(xué)學(xué)科中的許多問題，目前在信號(hào)處理、控制系統(tǒng)的仿真和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究等方面都有廣泛的應(yīng)用。SIMULINK是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散或者兩者混合的線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的仿真軟件用差分方程和微分方程建模相比具有直觀、方便、靈活的特點(diǎn)。

四、將虛擬仿真引入理論課堂，提高課堂教學(xué)效果

現(xiàn)在我們將仿真軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能引進(jìn)課堂，在講解理論的同時(shí)，利用多媒體同步演示，顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使一些抽象的概念形象化、直觀化、簡單化，彌補(bǔ)了理論上的抽象性。下面是我們具體應(yīng)用仿真軟件來仿真的兩個(gè)實(shí)例。在電工基礎(chǔ)課程中要講解儀器儀表的使用，比如信號(hào)發(fā)生器、示波器、晶體管毫伏的使用，由于實(shí)驗(yàn)中涉及的儀器儀表較多，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)常的到處出錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)效果很差，但在做實(shí)驗(yàn)之前，先在課程上用仿真軟件演示一遍實(shí)驗(yàn)要做的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，這樣學(xué)生在真正做實(shí)驗(yàn)時(shí)就比較熟悉，達(dá)到了舉一反三的效果。

又比如講星形負(fù)載電路結(jié)構(gòu)時(shí)，講到星形對稱負(fù)載有中線時(shí)，中線電流為零，中線不起作用，學(xué)生覺得抽象，但是用仿真軟件做一下該實(shí)驗(yàn)時(shí)，測其中線電流為零，去掉中線后，對電路的線電流及相電壓沒有任何影響，而當(dāng)三相負(fù)載不對稱時(shí)，中線電流不為零，但相電壓卻對稱，從而給學(xué)生非常直觀的感受。使他們知道了中性線在三相電路中的作用，上課效果非常的好。得出結(jié)論后，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上記定性的一些結(jié)論就容易多了。在模擬電路中講授三極管共發(fā)射極放大電路時(shí)， 三極管具有放大和反相的作用， 學(xué)生理解起來非常困難。我們利用仿真軟件來仿真電路，用示波器來觀察波形，可以明顯看出放大的效果和反相的作用。學(xué)生先有了感性認(rèn)識(shí)后，理論的講解聽起來就更輕松了，從而使上課達(dá)到了事半功倍的效果。

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關(guān)鍵詞 Multisim仿真；電子電路設(shè)計(jì)；搶答器

中圖分類號(hào)：TP319.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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

隨著電子電路復(fù)雜程度越來越高、更新速度越來越快、設(shè)計(jì)規(guī)模越來越大、推向市場時(shí)間越來越短，這就迫切需要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)化。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)的出現(xiàn)，改革了傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)方法。

2 Multisim仿真軟件的功能及特點(diǎn)

Multisim是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測試的虛擬仿真軟件，可實(shí)現(xiàn)原理圖捕獲、電路分析、電路仿真、仿真儀器測試等功能；具有如下特點(diǎn)：界面設(shè)計(jì)人性化、操作簡潔明了、元件庫規(guī)模龐大、儀器儀表庫種類齊全（包括函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀等）、分析功能強(qiáng)大（包括直流工作點(diǎn)分析、交流分析、噪聲分析等）。

3 應(yīng)用實(shí)例

以數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)為例，闡述采用Multisim仿真軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)的過程。

設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字搶答器，設(shè)計(jì)要求：

1）搶答器可同時(shí)供8名選手參加比賽，每個(gè)選手擁有一個(gè)搶答按鍵，分別用按鍵J0～J7表示，按鍵編號(hào)和選手編號(hào)相同；

2）主持人扳動(dòng)控制開關(guān)J8，可控制系統(tǒng)的復(fù)位和搶答的開始；

3）搶答器具有第一搶答信息的鑒別、鎖存和顯示功能，搶答開始后，第一搶答者按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，該選手的編號(hào)立即被鎖存，并顯示在LED數(shù)碼管上，控制電路使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音，并對輸入電路進(jìn)行封鎖，使其他選手的搶答不起作用；

4）搶答器具有定時(shí)搶答功能，主持人通過設(shè)定一次搶答時(shí)間，控制比賽的開始和結(jié)束[1]。

電路組成 搶答器由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路由主持人控制開關(guān)、搶答按鍵、控制電路、優(yōu)先編碼器、鎖存器、譯碼器、編號(hào)顯示器和報(bào)警電路構(gòu)成，完成基本搶答的功能；擴(kuò)展電路由秒脈沖產(chǎn)生電路、定時(shí)電路、譯碼器和定時(shí)顯示器構(gòu)成，完成定時(shí)搶答的功能。

搶答器工作過程：首先，接通搶答器電源，主持人將開關(guān)J8置于復(fù)位位置，禁止搶答器工作，編號(hào)顯示器被熄滅，定時(shí)顯示器顯示定時(shí)時(shí)間；然后，主持人將開關(guān)J8置于開始位置，允許搶答器工作，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)；當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，計(jì)數(shù)器停止工作，編號(hào)顯示器顯示搶答選手的編號(hào)，定時(shí)顯示器顯示剩余搶答時(shí)間，并禁止其他選手隨后的搶答；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，但無人搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并禁止選手超時(shí)搶答。

電路設(shè)計(jì)及仿真

1）搶答器電路。搶答器電路如圖1所示。優(yōu)先編碼器74LS148能鑒別第一搶答者的按鍵操作，并使其他選手的操作無效；RS鎖存器74LS279能鎖存第一搶答者的編號(hào)，并經(jīng)譯碼器74LS48譯碼后顯示在LED數(shù)碼管上。

搶答器電路仿真波形如圖2所示。借助于Multisim仿真軟件中的邏輯分析儀，可對搶答器電路的多路邏輯信號(hào)同步進(jìn)行高速采集和時(shí)序分析。將邏輯分析儀的輸入端口相應(yīng)地連接到電路的如下測試點(diǎn)上：開關(guān)J8，74LS279的輸出端Q4、Q3、Q2、Q1（EI、BI），按鍵J7、J6、J5、J4、

J3、J2、J1、J0。被采集的輸入信號(hào)將顯示在屏幕上。

由圖2可知，在第一個(gè)Clock脈沖的上升沿，主持人將開關(guān)J8置于復(fù)位位置時(shí)，74LS279被復(fù)位，禁止鎖存器工作，其輸出Q4Q3Q2Q1=0000。于是，74LSl48的選通輸入端EI=0，允許優(yōu)先編碼器工作；74LS48的消隱輸入端BI=0，編號(hào)顯示器被熄滅。在第一個(gè)Clock脈沖的下降沿，當(dāng)主持人將開關(guān)J8置于開始位置時(shí)，允許優(yōu)先編碼器和鎖存器工作。在第二個(gè)Clock脈沖的下降沿，將J6按鍵按下時(shí)，74LSl48的輸出A2A1A0=001，GS=0，經(jīng)RS鎖存后，Q4Q3Q2Q1=1101。于是，Q1=1，使BI=1，允許74LS48工作；Q4Q3Q2=110，經(jīng)譯碼顯示為“6”。此外，Q1=1，使EI=1，禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即在第三個(gè)Clock脈沖的上升沿J3按鍵的輸入）。在第四個(gè)Clock脈沖的上升沿，當(dāng)按下的J6鍵松開后，GS=1，此時(shí)由于仍為Q1=1，使EI=1，所以仍禁止74LSl48工作，封鎖了其他按鍵的輸入（即第五個(gè)Clock脈沖的下降沿J0按鍵的輸入），從而實(shí)現(xiàn)了搶答的優(yōu)先性，保證了電路的準(zhǔn)確性。在第六個(gè)Clock脈沖的下降沿，主持人將開關(guān)J8重新置于復(fù)位位置，以便進(jìn)行下一輪的搶答。

2）定時(shí)電路。將兩片同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LSl92級(jí)聯(lián)，以串行進(jìn)位方式構(gòu)成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖由555定時(shí)器構(gòu)成的秒脈沖電路提供；通過預(yù)置時(shí)間電路，主持人對計(jì)數(shù)器進(jìn)行一次搶答時(shí)間的預(yù)置；74LS48譯碼器和定時(shí)顯示器構(gòu)成譯碼顯示電路。當(dāng)主持人將開關(guān)J8置于復(fù)位位置時(shí)，計(jì)數(shù)器預(yù)置定時(shí)時(shí)間，并顯示在定時(shí)顯示器上。當(dāng)主持人將開關(guān)J8置于開始位置時(shí)，74LS279的輸出Q1=0，經(jīng)非門反相后，使555定時(shí)器的時(shí)鐘輸出端CP與74LSl92的時(shí)鐘輸入端CPD相連，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)；在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，74LS192的借位輸出端BO2=1，使74LSl48的EI=0，允許74LSl48工作。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，Q1=1，經(jīng)非門反相后，封鎖CP信號(hào)，計(jì)數(shù)器停止工作，定時(shí)顯示器上顯示剩余搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)復(fù)位為止；同時(shí)，EI=1，禁止74LSl48工作。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到無人搶答時(shí)，BO2=0，EI=1，禁止74LSl48工作，禁止選手超時(shí)搶答；同時(shí)，BO2=0，封鎖CP信號(hào)，計(jì)數(shù)器停止工作，定時(shí)顯示器上顯示00[2]。

3）報(bào)警電路。報(bào)警電路由555定時(shí)器、三極管推動(dòng)級(jí)和揚(yáng)聲器構(gòu)成。由若干電阻、電容和555定時(shí)器接成多諧振蕩器，將時(shí)序電路控制信號(hào)PR接至555定時(shí)器的清零端，以控制多諧振蕩器振蕩的起停，多諧振蕩器輸出信號(hào)控制三極管的導(dǎo)通、截止，從而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，畫出各單元電路的仿真電路圖，先對各單元電路逐個(gè)進(jìn)行仿真調(diào)試，再將各單元電路連接起來進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；通過Multisim仿真，觀察各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系，測量電路各項(xiàng)性能指標(biāo)，調(diào)整部分元器件參數(shù)，檢查電路各部分功能，使其滿足設(shè)計(jì)要求；最后進(jìn)行電路焊接與裝配，并對實(shí)際電路進(jìn)行測試。

4 結(jié)語

Multisim是電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析的基礎(chǔ)，在電子電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用Multisim仿真軟件，把虛擬仿真和硬件實(shí)現(xiàn)相結(jié)合，可以節(jié)約設(shè)計(jì)成本、縮短開發(fā)周期和提高設(shè)計(jì)效率，有利于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐、綜合分析和開發(fā)創(chuàng)新能力，提高學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)工具的能力。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】仿真軟件;電子測量學(xué);教學(xué)活動(dòng);運(yùn)用

信息時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)技術(shù)與教育教學(xué)深度結(jié)合，形成了很多教學(xué)軟件。其中仿真軟件能夠克服客觀條件，充分展示學(xué)習(xí)內(nèi)容。電子測量作為一門具有實(shí)踐性、抽象性特點(diǎn)的課程。當(dāng)前教師在教學(xué)中采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，向?qū)W生傳授的理論知識(shí)過于抽象，不夠具體，無法幫助學(xué)生日后形成完善的理論知識(shí)結(jié)構(gòu)。利用仿真軟件開展電子測量教學(xué)活動(dòng)，不僅能夠提高教學(xué)活動(dòng)效果和效率，還能夠增強(qiáng)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的印象。因此加強(qiáng)對該問題的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、仿真軟件概述

所謂仿真軟件，是指建立在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種高級(jí)、快速的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具。其融合了數(shù)據(jù)庫、圖形學(xué)及計(jì)算數(shù)學(xué)等學(xué)科形成一種通用性軟件包。現(xiàn)有電子類仿真軟件有View logic、OrCAD等，其中Multisim是國內(nèi)外最為常用的DEA仿真軟件。在實(shí)踐應(yīng)用中，不同仿真軟件各具特色，如PSpice功能較為強(qiáng)大，適合對復(fù)雜電路進(jìn)行分析和優(yōu)化，而Protel綜合性能較好，且使用范圍非常廣，能夠?qū)㈦娐贩抡婕癙CB設(shè)計(jì)有機(jī)整合到一起，提高仿真效果。

將仿真軟件引入到電子測量教學(xué)中，能夠突破傳統(tǒng)教學(xué)抽象、枯燥教學(xué)方式，將教學(xué)內(nèi)容以動(dòng)畫、圖文等多媒體視聽形式呈現(xiàn)出來，在輕松、愉悅的氛圍中進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)。電子測量技術(shù)試驗(yàn)需要設(shè)備投入非常大、且難度較大。如果引進(jìn)仿真軟件進(jìn)行模擬操作，能夠節(jié)省更多資源投入，且達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，為師生交流提供良好的平臺(tái)。總而言之，將仿真軟件引入到實(shí)踐教學(xué)中非常必要，不僅是教育教學(xué)現(xiàn)代化改革的需求，也是提高教學(xué)質(zhì)量的有效手段。

二、仿真軟件在電子測量教學(xué)中的運(yùn)用

1.開展演示教學(xué)

在實(shí)踐教學(xué)中，教師可以將仿真軟件虛擬設(shè)備引入到課堂教學(xué)，幫助學(xué)生理解和消化理論知識(shí)。如果條件允許，可以配合電子白板進(jìn)行師生互動(dòng)，使得演示更加形象、具體，以此來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。如在進(jìn)行函數(shù)信號(hào)發(fā)生器相關(guān)內(nèi)容教學(xué)中，可以借助虛擬設(shè)備進(jìn)行仿真。經(jīng)過仿真處理的信號(hào)發(fā)生器，圖形更加逼真、形象，無論輸入、還是輸出端口都能夠完全呈現(xiàn)出來。不僅如此，點(diǎn)擊鼠標(biāo)能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行操作，與真實(shí)的設(shè)備操作具有一致性。如選擇輸出波形、頻率。在此基礎(chǔ)上，教師組織并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)理論的講解，然后操作控件，最后與真實(shí)的設(shè)備進(jìn)行對比，以證明演示教學(xué)具有較強(qiáng)的說服力。

2.簡化實(shí)驗(yàn)過程

眾所周知，電子測量具有實(shí)踐性特點(diǎn)，單純依靠理論講解遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要借助實(shí)踐操作進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充，以此來達(dá)到預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)。以往試驗(yàn)教學(xué)中，教師需要搬運(yùn)設(shè)備，不僅對設(shè)備性能產(chǎn)生諸多不良影響、縮短設(shè)備使用壽命，且使得演示操作過程繁瑣、麻煩。對此，教師可以積極引入仿真軟件，以此來簡化實(shí)驗(yàn)過程。如利用示波器跟蹤測量信號(hào)波形、測量電路等，在有限的時(shí)間內(nèi)獲得最佳教學(xué)效果。此外，教師還可以向?qū)W生介紹仿真軟件操作方式和方法，使得學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立的操作。

3.實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

現(xiàn)階段，在實(shí)際教學(xué)中，我們不僅能夠在智能設(shè)備中應(yīng)用，還可以與計(jì)算機(jī)連接到一起實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制目標(biāo)。如在具體教學(xué)中，數(shù)字存儲(chǔ)示波器作為一部重要的設(shè)備，對其進(jìn)行講解時(shí)，該設(shè)備自帶STO實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，與計(jì)算機(jī)連接后，我們能夠在電腦仿真界面上對設(shè)備進(jìn)行針對性操作，如信號(hào)輸入、探頭衰減倍數(shù)的設(shè)置等。采取這種方式，能夠?qū)鹘y(tǒng)教學(xué)過程進(jìn)行補(bǔ)償，且能夠幫助學(xué)生感受到對設(shè)備的真實(shí)性操作，增強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)的體驗(yàn)，循序漸進(jìn)地形成完善的理論知識(shí)體系。

4.加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)

目前，社會(huì)對電子測量人才提出了更高要求，尤其是人才的實(shí)踐能力。但現(xiàn)行教學(xué)活動(dòng)中，往往側(cè)重課程知識(shí)的講解，實(shí)踐課程相對較少，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及動(dòng)手能力的培養(yǎng)。對此，基于仿真軟件教學(xué)，我們將電子測量學(xué)與其他課程結(jié)合到一起，如模擬與數(shù)字電子的結(jié)合，設(shè)計(jì)出詳細(xì)的虛擬電路圖，然后進(jìn)行波動(dòng)監(jiān)控、數(shù)值測量等相關(guān)知識(shí)的分析，計(jì)算并獲取數(shù)據(jù)，為具體的安裝、焊接等活動(dòng)提供科學(xué)依據(jù)。上述過程，教師都可以引導(dǎo)并組織學(xué)生參與其中，給予學(xué)生更多自利，進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)，跟隨知識(shí)發(fā)展脈絡(luò)開展實(shí)踐學(xué)習(xí)。采取這種方式，既能夠?yàn)閷W(xué)生提供動(dòng)手機(jī)會(huì)，還能夠培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐綜合能力。

不可否認(rèn)，仿真軟件對于電子測量教學(xué)具有促進(jìn)作用，但從本質(zhì)上來看，仿真軟件的應(yīng)用是一種教學(xué)輔助工具，不能夠一味地使用，教師要注重虛實(shí)結(jié)合，兼具理論與實(shí)踐，設(shè)置趣味性課堂，不斷提高教學(xué)有效性。

三、結(jié)論

根據(jù)上文所述，仿真軟件作為計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是多學(xué)科共同作用下的結(jié)果，在提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力等方面占據(jù)非常重要的位置。因此在教學(xué)中，教師要加強(qiáng)對仿真軟件的認(rèn)識(shí)與分析，熟練掌握軟件操作方式，并立足于電子測量教學(xué)內(nèi)容，將仿真軟件運(yùn)用其中，構(gòu)建趣味性課堂，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，優(yōu)化課程設(shè)計(jì)、開展展示教學(xué)，深化學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，從而促進(jìn)電子測量教學(xué)持續(xù)開展，為社會(huì)培養(yǎng)更多專業(yè)人才。

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篇4

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)分析；ETAP仿真軟件；電壓調(diào)節(jié)方法

作者簡介：朱慧（1980-），女，山東定陶人，青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院，講師。（山東 青島 266042）

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0064-02

“電力系統(tǒng)分析”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)骨干基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)其他后續(xù)課程（如“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)”、“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”、“電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)”）的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)這門課程需掌握電路、電機(jī)、電磁場和高等數(shù)學(xué)等方面的知識(shí)，所涉及的知識(shí)面廣，理論性強(qiáng)，又包含大量的計(jì)算和畫圖，學(xué)生學(xué)起來抽象、難理解，會(huì)影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。近年來，隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益增大，新技術(shù)不斷被應(yīng)用到該領(lǐng)域中，迫切需要新的教學(xué)方法來適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展對課堂教學(xué)的要求。ETAP是電力系統(tǒng)運(yùn)行分析的專業(yè)仿真軟件，它提供完整的圖形化編輯器，以簡潔的方式對電力系統(tǒng)進(jìn)行建模，且能快速準(zhǔn)確地對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果能以多種形式直觀地輸出。若在課堂教學(xué)中引入ETAP仿真軟件，將有助于學(xué)生直觀系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)“現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析”課程。而“電力系統(tǒng)分析”教學(xué)中引入ETAP仿真軟件輔助教學(xué)，目前國內(nèi)處于開始階段，僅有有限高校引進(jìn)并開始使用ETAP仿真軟件輔助教學(xué)，是一個(gè)新的發(fā)展趨勢。本文針對ETAP仿真軟件和教學(xué)緊密結(jié)合以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，進(jìn)行了探討和分析。

一、ETAP仿真軟件介紹

ETAP仿真軟件是美國OTI公司從1996年開始發(fā)行的第一個(gè)真正32位Windows環(huán)境下電力系統(tǒng)分析計(jì)算應(yīng)用程序，也是全美第一個(gè)特許提供給核電站進(jìn)行電力系統(tǒng)分析的商用軟件。[1]ETAP仿真軟件確立了電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析軟件的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多年的開發(fā)與完善，可以提供全圖形的用戶界面，以最簡潔的方式建立單線圖、阻抗圖、繼電保護(hù)圖、分析計(jì)算圖等100多種不同的圖形。利用用戶界面的編輯工具條，可以很方便地增加、刪除、移動(dòng)和連接元件，放大、縮小和翻轉(zhuǎn)圖形，顯示或隱藏網(wǎng)絡(luò)，在用戶界面上點(diǎn)擊元件后可直接輸入元件的各類參數(shù)、屬性及運(yùn)行狀態(tài)等，使用起來非常方便靈活。[2]

ETAP軟件還具有強(qiáng)大的計(jì)算分析和設(shè)計(jì)功能，可以進(jìn)行潮流計(jì)算、短路計(jì)算、繼電保護(hù)配合、諧波分析、暫態(tài)分析、電機(jī)起動(dòng)分析、接地網(wǎng)設(shè)計(jì)和低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。ETAP軟件可以將分析結(jié)果以直接顯示、文本報(bào)告的形式、曲線的形式等多種形式直觀地輸出。[3]因此，ETAP仿真軟件其良好的人機(jī)界面、強(qiáng)大的計(jì)算分析和設(shè)計(jì)功能、直觀簡單的電氣操作等優(yōu)點(diǎn)在我國電力系統(tǒng)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。特別是近年來，隨著我國電力系統(tǒng)事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量及單機(jī)容量越大，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，學(xué)習(xí)、掌握優(yōu)秀的電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP，將對電力系統(tǒng)規(guī)劃、分析與實(shí)時(shí)監(jiān)控等有很大的幫助。[4]一些高校為了學(xué)生更加系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)分析課程，以及在畢業(yè)后能盡快地適應(yīng)工作需要，引入了ETAP仿真軟件。

二、ETAP軟件仿真與課堂授課的結(jié)合

在引進(jìn)ETAP軟件之后，結(jié)合多年的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對“電力系統(tǒng)分析”課程中的若干關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行了仿真教學(xué)案例設(shè)計(jì)，并應(yīng)用于課堂教學(xué)。電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方法是“電力系統(tǒng)分析”課程的重要內(nèi)容，下面就以這部分內(nèi)容為例，講解ETAP軟件仿真與課堂授課的結(jié)合。

1.理論分析

在圖1所示的電力系統(tǒng)中，分別采用改變變壓器變比、改變無功功率分布的方法調(diào)節(jié)母線3的電壓。畫出系統(tǒng)的等值電路，如圖2所示。等值電路中，變壓器的勵(lì)磁支路和電纜線路的導(dǎo)納支路都略去。變壓器歸算到低壓側(cè)的阻抗為ZT，線路的阻抗為Zl。按照“電力系統(tǒng)分析”課程中變壓器等值電路與參數(shù)計(jì)算的理論分析，參數(shù)計(jì)算如下：，

，通過以上兩式計(jì)算得到：。電纜阻抗參數(shù)為。變壓器和線路的總阻抗為，系統(tǒng)中的負(fù)荷。母線1的電壓為35kV，且保持不變，則理想變壓器二次繞組的電壓為11kV，線路和變壓器阻抗上的壓降，母線3的電壓，以百分?jǐn)?shù)形式表示。[5]

通過以上公式推導(dǎo)、計(jì)算，求得母線3的電壓為95.8%。很顯然，此電壓偏低，若通過并聯(lián)靜電電容器的方法改變其功率分布，需要計(jì)算并聯(lián)的靜電電容器應(yīng)該提供的無功功率，才能將其電壓提高到98%。根據(jù)靜電電容器無功功率計(jì)算公式，求得。[6]經(jīng)過以上的理論分析可知，為將母線3的電壓升高到98%，并聯(lián)的靜電電容器需提供1.7Mvar的無功功率。

若通過改變變壓器分接頭進(jìn)而改變其變比的方法將母線3的電壓提高到98%，需要通過計(jì)算選擇合適的變壓器分接頭。系統(tǒng)中的變壓器有五個(gè)分接頭，此時(shí)接在主接頭上，母線3的電壓為95.8%，現(xiàn)若將母線3的電壓提高到98%，分接頭電壓應(yīng)為，因35-2.5%分接頭對應(yīng)的電壓為34.125kV，與此分接頭的電壓最接近，因此為使母線3的電壓提高到98%，分接頭改接到35-2.5%。

以上是電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)方法的理論分析，整個(gè)過程中學(xué)生接觸到的只有數(shù)字和公式，普遍反應(yīng)抽象、難以理解，若此時(shí)通過ETAP軟件仿真分析一下，增加學(xué)生對電壓調(diào)節(jié)方法的感性認(rèn)識(shí)，將會(huì)使電壓調(diào)節(jié)過程變得更加直觀、具體和豐富有趣，達(dá)到最好的教學(xué)效果，從而大大調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)本門課程的興趣。

2.ETAP軟件仿真分析

首先建立該系統(tǒng)的ETAP軟件仿真模型，模型中無窮大功率電源用等效電網(wǎng)U1表示，母線1對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)為平衡節(jié)點(diǎn)，負(fù)荷1和2分別用電動(dòng)機(jī)Mtr3和等效負(fù)荷Lump3表示，并設(shè)置好各元件的參數(shù)。下面只需點(diǎn)擊潮流分析功能模塊按鈕，再點(diǎn)擊運(yùn)行潮流按鈕，即可進(jìn)行潮流仿真分析。分析結(jié)果在建模圖上直觀顯示輸出，如圖3所示，母線3的電壓為95.81%，與理論分析結(jié)果一致。不過，此電壓值偏低，為改善電壓質(zhì)量，現(xiàn)在通過改變功率分布的方式調(diào)節(jié)母線3的電壓。將靜電電容器并聯(lián)在母線上，設(shè)置好其參數(shù)，進(jìn)行ETAP軟件潮流仿真分析，其結(jié)果如圖4所示。從該圖中可以看出，并聯(lián)靜電電容器后，母線3的電壓升高到98%，此時(shí)并聯(lián)電容器提供的無功功率恰好為1700kvar，與前面的理論分析結(jié)果一致。

下面通過改變變壓器變比來進(jìn)行調(diào)壓的ETAP仿真分析。原來變壓器分接頭接在主接頭上，通過剛才的潮流仿真分析結(jié)果看到，對應(yīng)母線3的電壓為95.81%。根據(jù)剛才的理論分析，為將母線3的電壓升高到98%，需將其分接頭改接到35-2.5%上。在ETAP軟件中，改變變壓器的分接頭為35-2.5%，如圖5所示。對改變變壓器分接頭后的系統(tǒng)進(jìn)行ETAP軟件潮流仿真分析，其分析結(jié)果如圖6所示。從圖中可以直觀地看到，此時(shí)母線3的電壓為98.03%，其電壓質(zhì)量提高，和理論分析結(jié)果一致。

從上面的分析可以看到，對于電力系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)方法這部分內(nèi)容，傳統(tǒng)授課方式往往以繁瑣的公式推導(dǎo)結(jié)合抽象的數(shù)學(xué)描述進(jìn)行講解，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)感覺抽象、枯燥，難以深刻理解并掌握。對于這部分內(nèi)容，充分利用ETAP仿真軟件，多角度地對電壓調(diào)節(jié)方法進(jìn)行較為全面的論述和論證演示，不僅可以直觀地看到系統(tǒng)原來的運(yùn)行狀態(tài)，也可以看到并聯(lián)電容器和變壓器變比改變后系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，很顯然系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)得到了改善，電壓質(zhì)量得到了提高。整個(gè)仿真過程很直觀，這樣有助于學(xué)生對重點(diǎn)和難點(diǎn)部分的理解，同時(shí)激發(fā)了學(xué)習(xí)本門課程的興趣，獲得不錯(cuò)的教學(xué)效果。

三、結(jié)論

ETAP仿真軟件能很方便地對各種電力系統(tǒng)進(jìn)行建模，快速準(zhǔn)確地對電力系統(tǒng)進(jìn)行多種不同運(yùn)行方式下的仿真分析，且能對比不同運(yùn)行方式下的結(jié)果，豐富課堂內(nèi)容和教學(xué)形式，使學(xué)生更加深刻理解電力系統(tǒng)的運(yùn)行。

本文探討了ETAP仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用，通過ETAP軟件仿真演示，使得相關(guān)教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了直觀可視化效果，增強(qiáng)了學(xué)生對電力系統(tǒng)運(yùn)行的感性認(rèn)識(shí)。教學(xué)效果反饋也表明學(xué)生對相關(guān)概念方法的理解更加迅速、概念更加清晰，充分體現(xiàn)了ETAP仿真軟件在課程教學(xué)中的優(yōu)勢。同時(shí)，ETAP仿真軟件的學(xué)習(xí)，使學(xué)生真正具備運(yùn)用理論知識(shí)對電力系統(tǒng)仿真分析和計(jì)算的能力，有助于學(xué)生成為電力系統(tǒng)方面的工程技術(shù)、研究復(fù)合型人才，為以后從事電氣工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行、分析、控制和保護(hù)等工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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篇5

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)；仿真；Multisim；課堂教學(xué)

作者簡介：翁玲（1978-），女，河南信陽人，河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，講師；

陳盛華（1973-），女，遼寧開原人，河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，講師。

基金項(xiàng)目：本文系河北工業(yè)大學(xué)2011年教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目“加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討”、“電子技術(shù)基礎(chǔ)課堂動(dòng)態(tài)教學(xué)的探討”的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）14-0075-02

電子技術(shù)基礎(chǔ)是電類學(xué)科各專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩門主要課程，還包括電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)、電子工藝實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。電子技術(shù)課程的教學(xué)任務(wù)是讓學(xué)生獲得電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在學(xué)時(shí)不變的情況下，面對越來越多的教學(xué)內(nèi)容，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)已經(jīng)難以勝任。在課堂教學(xué)中加入仿真軟件，可以用來設(shè)計(jì)電路，模擬各種電路的功能，將學(xué)生難以理解的原理用生動(dòng)的畫面來解釋，幫助學(xué)生克服抽象概念較難理解的障礙，并且?guī)椭鷮W(xué)生理解并學(xué)習(xí)各種測量電路的方法，增強(qiáng)對電路的感性認(rèn)識(shí)。[1-5]

河北工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我校”）電子學(xué)教研組積極進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革。自2004年開始在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不變的情況下增加電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)仿真，給每組實(shí)驗(yàn)臺(tái)配備電腦，讓學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行仿真驗(yàn)證，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)的興趣和學(xué)生的創(chuàng)新能力。[6-7]然而由于班級(jí)較多，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安排不方便做到每次課堂教學(xué)后就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和推理，因此在電子技術(shù)課堂教學(xué)中也引入仿真，在開展理論教學(xué)的同時(shí)，利用仿真幫助學(xué)生理解難懂的內(nèi)容，幫助學(xué)生掌握各種儀器的基本使用及電路參數(shù)的測試方法。事實(shí)證明運(yùn)用該方法取得的教學(xué)效果形象生動(dòng)，并能有效地激發(fā)學(xué)生對電子技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。電子技術(shù)仿真教學(xué)已經(jīng)成為課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充。

一、課堂教學(xué)中引入仿真軟件的必要性

電子技術(shù)課程尤其是模擬電子技術(shù)課程理論抽象，學(xué)生反映該課程比較枯燥并難以理解和接受，甚至被學(xué)生稱為“天書”。傳統(tǒng)的電子技術(shù)課堂教學(xué)中存在以下問題：電子電路復(fù)雜，若采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，課堂臨時(shí)畫電路圖進(jìn)行講解和分析，這樣花費(fèi)時(shí)間非常多。另外，在學(xué)時(shí)不變的情況下，課堂教學(xué)進(jìn)行的電路工作原理的分析只能采用理性分析，分析過程不夠形象，不便于學(xué)生的理解和接受，教學(xué)效率較低。目前雖然我們已經(jīng)在電子技術(shù)的課堂教學(xué)中引入了多媒體教學(xué)，制作的課件也越來越形象，在一定程度上增強(qiáng)了教學(xué)效果，[7]但是，僅僅是多媒體教學(xué)還不能滿足電子技術(shù)的教學(xué)要求。采用多媒體方式教學(xué)時(shí)，只能滿足理論教學(xué)，對電路的分析、驗(yàn)證和電路參數(shù)的測試顯得不足。

電子技術(shù)是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，才能使學(xué)生更好地領(lǐng)會(huì)、理解、掌握。將仿真教學(xué)加入到多媒體的課堂教學(xué)中，在課堂教學(xué)上也能觀察到原先在實(shí)驗(yàn)室才能觀察到的現(xiàn)象。教師可以在講解完電子電路后，在多媒體教室中分析該電路的特性，講解各種輸入信號(hào)的變化或者電路參數(shù)的改變對電路輸出信號(hào)的影響，操作速度快。比如要測電路中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓波形，只需要添加一個(gè)示波器就能看到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)波形，學(xué)生能夠形象直觀地觀察到電路的工作情況，了解到不同形式的電路的功能。在演示過程中教師可以隨時(shí)改變電路元件的參數(shù)或增加電路元件的數(shù)量，讓學(xué)生直觀地看到從簡單電路到復(fù)雜電路的變化過程，體會(huì)不同電路性能和特性的變化。將仿真教學(xué)加入到課堂教學(xué)中，可以將課堂上的教學(xué)內(nèi)容形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，變抽象為直觀，加深學(xué)生對理論知識(shí)的理解和掌握。

學(xué)生在課堂上掌握了電路的原理后，對仿真軟件的用法、電路參數(shù)的測量方法也有一定的了解。有的學(xué)生會(huì)在課后主動(dòng)裝載仿真軟件，自行完成電路設(shè)計(jì)及分析過程。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，我們一般采用實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目仿真分析和硬件測試同時(shí)進(jìn)行的方法，學(xué)生在硬件測試完電路參數(shù)后，在計(jì)算機(jī)上用仿真軟件設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行仿真分析。改變電路參數(shù)，觀察不同電路參數(shù)對電路性能的影響，使用虛擬儀器觀測出各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的波形及整個(gè)電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于課堂教學(xué)中學(xué)生已經(jīng)大體掌握了軟件的用法，在后續(xù)的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)和電子工藝實(shí)習(xí)階段，學(xué)生能熟練地應(yīng)用仿真軟件。仿真軟件的引入，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，同時(shí)使學(xué)生能逐漸將新知識(shí)、新技術(shù)、新手段應(yīng)用到實(shí)踐中去，極大提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

NI Multisim10.0是美國NI公司于2007年推出的版本，該版本并不局限于電子電路的虛擬仿真，其在LabVIEW虛擬儀器、單片機(jī)仿真、VHDL和VerilogHDL建模、Ultiboard設(shè)計(jì)電路板等技術(shù)方面都有更多的創(chuàng)新和提高，屬于EDA技術(shù)的更高層次范疇。[8]鑒于Multisim10的優(yōu)良性能，在電子技術(shù)課堂教學(xué)中引入了NI Multisim10.0軟件。

二、教學(xué)應(yīng)用案例

1.60進(jìn)制計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)里應(yīng)用最多的時(shí)序邏輯電路。[9]利用計(jì)數(shù)器可以很方便地構(gòu)成計(jì)時(shí)器電路，例如秒表等。常見的集成計(jì)數(shù)器芯片有十進(jìn)制、十六進(jìn)制、7位二進(jìn)制、12位二進(jìn)制、14位二進(jìn)制等。在需要其他任意一種進(jìn)制的計(jì)數(shù)器時(shí)，只能用已有的計(jì)數(shù)器產(chǎn)品經(jīng)過外電路的不同連接方式得到。[9]任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法是數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)理論課講解的重點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生在掌握了任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成后，教師可以在課堂上通過仿真方便地對這些內(nèi)容做擴(kuò)展，比如構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器即秒表電路，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖1為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真電路圖。仿真時(shí)采用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160U1和74160U2，其中第一片74160U1接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其2管腳時(shí)鐘CLK由50Hz方波提供。第二片74160U2根據(jù)置零法接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其時(shí)鐘CLK由第一片74160的最高位QD提供。第一片74160的計(jì)數(shù)循環(huán)為0到9，在第一片74160計(jì)數(shù)到9時(shí)，第二片74160開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)循環(huán)為從0到5。兩個(gè)74160的輸出端QD、QC、QB、QA分別接到兩個(gè)顯示數(shù)碼管上，直觀地顯示計(jì)算時(shí)鐘個(gè)數(shù)的數(shù)值。當(dāng)仿真運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)數(shù)碼管上分別顯示的計(jì)數(shù)循環(huán)為00～59，即為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的顯示結(jié)果。這樣的仿真擴(kuò)展，課上大約需要10～15分鐘的時(shí)間。在學(xué)生掌握了任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成方法后，應(yīng)用這種仿真方法對學(xué)生的知識(shí)進(jìn)一步擴(kuò)展，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生課下可以繼續(xù)設(shè)計(jì)類似的電路，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.RC橋式正弦波振蕩電路

正弦波振蕩電路是在沒有外加信號(hào)輸入的情況下，依靠電路自己振蕩而產(chǎn)生的正弦波輸出電壓的電路。[10]這部分電路對于學(xué)生來說比較生澀難懂。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生也很難觀察到振蕩電路從起振到最終輸出正弦波電壓的過渡過程，因此，學(xué)生對振蕩電路的學(xué)習(xí)往往感覺很難，興趣不大。在講解這部分內(nèi)容時(shí)，配合Multisim仿真教學(xué)，讓學(xué)生從仿真軟件中觀察振蕩電路起振過程，從而加深了對振蕩電路各部分組成的理解。

仿真電路圖如圖2（a）所示，選用集成運(yùn)放LM324，其4、11管腳分別為±12V電壓。RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)、同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成了RC橋式正弦波振蕩電路。二極管D2、D3為非線性環(huán)節(jié)，作用是穩(wěn)定輸出電壓的幅值。[10]利用虛擬示波器可以方便地觀察振蕩電路輸出端波形，仿真結(jié)果如圖2（b）所示。給學(xué)生講解完振蕩電路構(gòu)成原理后，學(xué)生們已經(jīng)明白電路若能起振，同相比例運(yùn)算電路的反饋電阻R2、R1之間必須保證R2≥R1。為了使學(xué)生便于理解振蕩電路起振過程，在仿真中加入可調(diào)電阻R5，仿真過程中改變R5的值，即可在示波器中清楚地觀察振蕩電路起振、輸出正弦波、輸出矩形波等過渡過程。從仿真結(jié)果圖2（b）可以直接觀察出在實(shí)驗(yàn)室難以觀察的起振過程，加深學(xué)生對振蕩電路的理解。

三、結(jié)束語

在課堂教學(xué)中加入仿真軟件，一方面可以使學(xué)生更容易學(xué)習(xí)生澀難懂的理論知識(shí)，幫助學(xué)生掌握各種儀器的基本使用及電路參數(shù)的測試方法，另一方面還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我校在最近幾年的電子技術(shù)教學(xué)改革中，首先增加了實(shí)驗(yàn)仿真，學(xué)生反映較好。而后又在學(xué)時(shí)不變的情況下，在課堂教學(xué)中隨時(shí)加入仿真，經(jīng)過實(shí)踐，這種教學(xué)方法取得的教學(xué)效果較好，值得推廣。

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篇6

關(guān)鍵字：Mulitsim10；24S籃球倒計(jì)時(shí)器；BCD碼

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

0.引言

數(shù)字電子技術(shù)課程是電子、通信、計(jì)算機(jī)、數(shù)控等相關(guān)專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，強(qiáng)調(diào)集成電路設(shè)計(jì)方法和分析方法的研究，并且該課程具有非常強(qiáng)的實(shí)踐性。在教學(xué)和實(shí)踐中引入基于Multisim10的虛擬仿真軟件，理解數(shù)字電子技術(shù)理論，設(shè)計(jì)數(shù)字電路都具有著非常重要的作用。Multisim10軟件的應(yīng)用可以有效地輔助數(shù)字電子技術(shù)理論教學(xué)、補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)約教學(xué)成本。

將Mulitisim10軟件與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，鼓勵(lì)學(xué)生利用仿真軟件建立一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生更好的完成實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在以Multisim10仿真軟件為平臺(tái)，通過實(shí)施具體的實(shí)踐項(xiàng)目，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并調(diào)動(dòng)學(xué)生們的積極性。本文以籃球24S倒計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，介紹了Multisim10仿真軟件在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

1.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各模塊的設(shè)計(jì)

籃球24S倒計(jì)時(shí)器電路主要包括兩大部分，一部分是秒信號(hào)發(fā)生器，另一部分是BCD碼24進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。為了達(dá)到更好的視覺效果，電路中加入顯示電路。下面對電路中主要模塊的仿真分別進(jìn)行描述。

2.秒信號(hào)發(fā)生器

秒信號(hào)發(fā)生器采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，該電路是一種比較典型的秒脈沖發(fā)生電路，它具有電路簡單，性能可靠，信號(hào)精準(zhǔn)的特點(diǎn)。其電路圖及輸出脈沖波形如圖1所示。該電路是利用電容的充放電來實(shí)現(xiàn)脈沖波形的產(chǎn)生，可以通過調(diào)節(jié)充放電回路中的電位器Rw，來調(diào)整脈沖波形的周期，使輸出波形的周期為1S。利用虛擬儀器安捷倫示波器可以觀察波形的周期，頻率，以及占空比等信息，有助于調(diào)節(jié)秒信號(hào)。Multisim10仿真軟件中，提供的安捷倫示波器十分逼真，如同操作真實(shí)示波器一樣，可以很輕而易舉的在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作。在仿真操作過程中，不僅大大增強(qiáng)學(xué)生對儀器的熟悉程度，還節(jié)約了教學(xué)成本，避免了外界條件對實(shí)驗(yàn)操作的制約。

3.BCD碼24進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器

8421BCD碼24進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器是由74LS192構(gòu)成的。 24進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)為N=（0010 0100）8421BCD=（24）D。它的技術(shù)原理是，每當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器的端產(chǎn)生負(fù)跳變借位脈沖時(shí)，高位計(jì)數(shù)器減1計(jì)數(shù)。當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器處于全0，同時(shí)在CPD=0時(shí)，置數(shù)端，計(jì)數(shù)器完成并行置數(shù)。

該電路的工作過程是按下J1啟動(dòng)/停止按鍵，將計(jì)數(shù)器置數(shù)成24，倒計(jì)數(shù)開始。當(dāng)計(jì)數(shù)器減到0時(shí)，高位計(jì)數(shù)器產(chǎn)生借位信號(hào)時(shí)，將屏蔽計(jì)數(shù)器的脈沖，從而計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。圖2為計(jì)數(shù)器電路及計(jì)數(shù)器輸出波形。該仿真電路由虛擬儀器中的字發(fā)生器提供計(jì)數(shù)脈沖，并通過邏輯分析儀來觀察輸出觀測輸出波形。

4.參考電路

秒信號(hào)發(fā)生電路替代字發(fā)生器，計(jì)數(shù)器的輸出通過數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)值，就可以構(gòu)成簡單的籃球24S倒計(jì)時(shí)器。

5.結(jié)論

利用Mulitisim10仿真軟件不僅提供了數(shù)千種電路元器件，還提供了許多虛擬儀器。對于數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，仿真方式開辟了新的設(shè)計(jì)渠道。該仿真方式對于驗(yàn)證電路的原理，開發(fā)和設(shè)計(jì)電路極為方便，同時(shí)具有極大的靈活性。學(xué)生可以輕松的更換器件，調(diào)用儀器，觀察波形，不受時(shí)間、地點(diǎn)、器件和設(shè)備的限制，隨時(shí)隨地地進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。加強(qiáng)了學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、實(shí)際操作能力的培養(yǎng)，有提高了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

參考文獻(xiàn)：

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【關(guān)鍵詞】 Multisim 仿真 教學(xué)應(yīng)用

1 問題的提出

在以往單一的教學(xué)中，教師只是把書本上的知識(shí)總結(jié)歸納地講給學(xué)生，從學(xué)生的角度分析，技校的學(xué)生思想比較活躍，但基礎(chǔ)知識(shí)相對比較差，再加上電路分析本身就是一個(gè)很抽象的學(xué)科，這就使學(xué)生在學(xué)習(xí)電路分析的時(shí)候感到有一定的困難，從而對學(xué)習(xí)沒有興趣，成績自然就不好。那么，如何盡快地培養(yǎng)出滿足市場需要的電工電子技能型人才成為教學(xué)工作者必須研究的問題。

由于在電子電工實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)操作中，我們需要很多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器，其中有些儀表儀器價(jià)錢比較昂貴，操作起來也比較復(fù)雜，若在實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)中完全依賴這些昂貴的儀器進(jìn)行實(shí)做訓(xùn)練，投入大，消耗的成本比較高。因此，電路模擬軟件就是我們所需要的一種教學(xué)新方法。

運(yùn)用Multisim仿真系統(tǒng)教學(xué)是解決這一問題的重要途徑。它既能解決學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)不熟悉儀表操作的問題，又可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能提高學(xué)生的電子電路設(shè)計(jì)的能力，使課堂的實(shí)驗(yàn)演示更加靈活方便。

2 電子設(shè)計(jì)軟件教學(xué)模式的確定

職業(yè)技術(shù)教育的電子電工技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的職業(yè)培訓(xùn)是使學(xué)生獲得電子電工應(yīng)用專業(yè)職業(yè)技能，既能適應(yīng)現(xiàn)有的社會(huì)傳統(tǒng)的電工電子專業(yè)的需要，也可以參與新項(xiàng)目的研究和開發(fā)。為此，我們需要建立一整套適應(yīng)教學(xué)和市場需要的培養(yǎng)體系，使技校的學(xué)生除了動(dòng)手能力、實(shí)踐能力很強(qiáng)以外，參與新技術(shù)研究的能力也得到提高。

電工電子軟件的應(yīng)用技術(shù)教學(xué)模式應(yīng)當(dāng)是將傳統(tǒng)的教學(xué)模式與新的多媒體教學(xué)模式相結(jié)合，使學(xué)生在掌握書本上的科學(xué)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的同時(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，更能從學(xué)生直觀地角度來闡述難懂得知識(shí)。從另一個(gè)方面來說，給一些學(xué)習(xí)較好的同學(xué)一個(gè)電子設(shè)計(jì)的平臺(tái)，從而能得到更好地鍛煉。

3 Multisim仿真系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 Multisim仿真系統(tǒng)的選用。我們選用了Multisim2001，它是一個(gè)用于電路設(shè)計(jì)和仿真的EDA工具軟件。Multisim2001與EWB相比在功能上有了較大的改進(jìn)，提供了標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際元（器）件庫、RF庫、功能強(qiáng)大品種齊全的仿真儀器和能滿足各種需求的分析方法。Multisim2001的開放式元件庫和仿真結(jié)果的輸出，可與多種EDA軟件匹配。其本身也是一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，結(jié)合Spice、VHDL、Verilog可對模擬、數(shù)字和RF電路進(jìn)行仿真。Multisim2001也被廣泛的用作“電路分析”、“模擬電子線路”、“數(shù)字電路”和“通信電子線路”等課程的仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)。使電工、電子技術(shù)理論課的教學(xué)更加生動(dòng)活潑，課堂實(shí)驗(yàn)演示更加靈活方便。

3.2 Multisim仿真系統(tǒng)在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用。

3.2.1 在電路分析中的應(yīng)用。在電路分析中，戴維南定理一個(gè)非常重要的內(nèi)容，但是，它對于技校的學(xué)生來說又是一個(gè)十分難理解的解題方法。在理論知識(shí)掌握了一定程度以后，我們用Multisim仿真系統(tǒng)軟件來驗(yàn)證，會(huì)讓學(xué)生更好理解定理、方法的應(yīng)用，在Multisim中用萬用表分別測量電路的端口電壓和端口短路電流，就可以輕松地求出線性電路的戴維南等效電路，使計(jì)算簡單化。

如圖1-1所示電路為例：利用戴維南定理求解戴維南等效電路，同時(shí)，熟悉在Multisim中選取元件、連接電路、表頭測量的基本操作過程。

圖1-1 戴維南定理應(yīng)用電路

基本操作：①從元器件庫中選取電壓源和電阻，創(chuàng)建圖1-1所示電路。②啟動(dòng)Place菜單中的Place Junction命令，再啟動(dòng)Place中的Place Text命令，在需要添加端點(diǎn)的位置上點(diǎn)擊鼠標(biāo)，輸入文字A、B。從右邊儀表庫中選出數(shù)字萬用表（Multimeter），并接至端點(diǎn)A、B：表頭“+”與A連接，“-”與B連接，如圖1-2所示。雙擊XMM1，在面板上選擇“V”和“DC”。啟動(dòng)仿真開關(guān)，萬用表讀數(shù)為8.0V，如圖1-3所示，此為A、B兩端的開路電壓。

圖1-2 測量開路電壓和短路電流

圖1-3 圖1-4

③仍將萬用表接至A、B兩端，在面板上選擇“A”和“DC”，啟動(dòng)仿真開關(guān)，萬用表讀數(shù)為2mA，如圖1-4所示。此為A、B兩端短路電流。④根據(jù)戴維南定理，等效電阻等于電路的端口開路電壓和端口短路電流的比值，故該電路的戴維南等效電阻R=8/2=4。⑤根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，可畫出戴維南等效電路，如圖1-5所示。

從這個(gè)例子我們可以看出，在解決較復(fù)雜的電路問題的時(shí)候，可以應(yīng)用Multisim系統(tǒng)軟件將這一解題方法直觀的展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生能有興趣接受和掌握這一定理的應(yīng)用，豐富了課堂教學(xué)。

3.2.2 Multisim在電子線路中的應(yīng)用。在模擬電子線路分析與設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常需要選擇合適元器件。如果在設(shè)計(jì)過程中，每換一個(gè)元件就進(jìn)行一次測量，則工作量非常大。利用Multisim提供的大量的仿真分析法，可以為電路設(shè)計(jì)提供許多有效的方法。

例如：單級(jí)共射放大電路是放大電路的基本形式，為獲得不失真的放大輸出，需要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，靜態(tài)工作點(diǎn)過高或過低，都會(huì)影起信號(hào)的失真。通過改變放大電路的偏置電壓，可以獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。

單級(jí)共射放大電路是一個(gè)低頻、小信號(hào)放大電路。當(dāng)輸入信號(hào)的幅度過大時(shí)，即便有了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，同樣會(huì)出現(xiàn)失真。改變輸入信號(hào)的幅值即可測量出最大不失真輸出電壓。放大電路的輸入、輸出電阻是衡量放大器性能的重要參數(shù)。那么，我們通過Multisim仿真系統(tǒng)軟件，為放大電路選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，以及如何利用系統(tǒng)軟件測量放大電路的性能參數(shù)。

3.2.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置。創(chuàng)建如圖2-1所示電路，運(yùn)行仿真開關(guān)，可看到如圖2-2所示的輸出波形。然后我們更改一下元件的參數(shù)，看看它對放大電路有什么影響。

雙擊電阻R3，將其數(shù)變?yōu)镽3=27kohm，可以看到輸出波形如圖2-3所示。很顯然，由于R3增大，三極管基極偏置電壓增大，致使基極電流、集電極電流增大，工作點(diǎn)上移，輸出波形出現(xiàn)了飽和失真。

圖2-1 單級(jí)共射放大電路

圖2-2 共射放大電路輸出 圖2-3 共射放大電路輸出

由理論分析可知，工作點(diǎn)偏高，易引起飽和失真，消除的方法是：增大基極電阻，以減小基極電流，使工作點(diǎn)下移。如果工作點(diǎn)偏低，會(huì)引起截止失真，消除的方法是：減小基極電阻，以增大基極電流，使工作點(diǎn)上移。

在電路窗口單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中點(diǎn)擊show命令，選擇show node names。啟動(dòng)Simulate菜單中Analysis下的DC Operating Point命令，在彈出的對話框中的Output variables頁將節(jié)點(diǎn)2、3、4作為仿真分析點(diǎn)，點(diǎn)擊Simulate按鈕，可獲得仿真結(jié)果如圖2-4所示。

圖2-4 仿真分析點(diǎn)

3.2.4 輸入信號(hào)的變化對方法電路輸出的影響。現(xiàn)在我們相應(yīng)的改變輸入信號(hào)V1，將輸入信號(hào)幅值變?yōu)?mV時(shí)，測得的波形如圖2-5所示。再分別改變?yōu)?5mV、20mV時(shí)，都有相應(yīng)的失真，輸出波形上寬下窄，當(dāng)輸入信號(hào)幅值改為21mV時(shí)，波形嚴(yán)重失真，如圖2-6所示。因此說明，由于三極管的非線性，圖2-1所示的放大電路僅適合小信號(hào)放大，當(dāng)輸入信號(hào)太大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)非線性失真。

圖2-5改變輸入時(shí)的輸出波形

圖2-6改變輸入時(shí)的輸出波形

3.2.5 測量放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的重要性參數(shù)。我們利用數(shù)字萬用表對它們進(jìn)行測量。

3.2.5.1 測量放大倍數(shù)。利用圖2-1所示電路，雙擊示波器圖標(biāo)，就可以從示波器上觀測到輸入、輸出電壓值，計(jì)算放大倍數(shù)Av=V0/Vi。

3.2.5.2 測量輸入電阻。如圖2-7所示，將萬用表接入電路中。運(yùn)行仿真開關(guān)，可從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數(shù)據(jù)，則Rif=Ui/Ii，測得頻率為1kHz時(shí)的輸入電阻。

圖2-7 輸入電阻測試電路

3.2.5.3 測量輸出電阻。根據(jù)輸出電阻計(jì)算方法，將負(fù)載開路，信號(hào)源短路，在輸出回路中接入電壓表和電流表，如圖2-8所示。設(shè)置為交流AC，從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數(shù)據(jù)，則ROf=UO/IO，測得頻率為1kHz時(shí)的輸入電阻。

圖2-8 輸出電阻測試電路

4 Multisim仿真系統(tǒng)的應(yīng)用效果、存在的問題及解決的方法

通過以上舉例分析，Multisim仿真系統(tǒng)軟件無論在教師教學(xué)中還是在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中都很方便，在引入仿真教學(xué)之前，教師只是僅限于書本上的知識(shí)，而學(xué)生對這些枯燥的知識(shí)沒有學(xué)習(xí)興趣，既影響了教師的教學(xué)效果，也影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。引入Multisim仿真系統(tǒng)之后，學(xué)生可以直觀的分析電路，使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與積極性大為提高。另外，在技能訓(xùn)練中，可以激發(fā)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力，大大節(jié)約了實(shí)習(xí)訓(xùn)練成本。

當(dāng)然，軟件的應(yīng)用也會(huì)存在一些問題，比如仿真出來的一些曲線可能和以往見到的不太一樣，學(xué)生存在對比，以至于混淆；軟件對學(xué)生英文水平也是一個(gè)大的挑戰(zhàn)，等等。這就要求教師要正確的引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生，彌補(bǔ)軟件教學(xué)的不足。

總之，Multisim加工仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用尚在起步與研究探索階段，只要積極思考在應(yīng)用中產(chǎn)生的問題，主動(dòng)采取應(yīng)對措施，正確發(fā)揮其在教學(xué)中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

1 蔣卓勤等.Multisim2001及其在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社

篇8

關(guān)鍵詞： 電子與信息技術(shù) 電子實(shí)驗(yàn) 電路仿真 教學(xué)實(shí)例

電子技術(shù)基礎(chǔ)是中等職業(yè)學(xué)校電子與信息技術(shù)專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。該課程專業(yè)性強(qiáng)，教師的教和學(xué)生的學(xué)都存在一定難度，特別是實(shí)驗(yàn)條件差、學(xué)生基礎(chǔ)差的學(xué)校更是如此。采用電路仿真軟件輔助教學(xué)，使抽象的理論直觀化、形象化，使實(shí)驗(yàn)與理論得到了有機(jī)結(jié)合，可以把教師和學(xué)生從傳統(tǒng)的教學(xué)模式中解放出來，使學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，主動(dòng)參與到教學(xué)中，大大提高教學(xué)效率。

一、電子與信息技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀

電子線路是一門較為抽象的理論型課程。學(xué)習(xí)電路理論時(shí)必須理論聯(lián)系實(shí)際，抓好教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況，結(jié)合教學(xué)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，驗(yàn)證所學(xué)的電路原理。但是，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的種種現(xiàn)象不盡如人意，暴露了傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的一些固有缺陷。

例如：電子技術(shù)基礎(chǔ)是中職學(xué)生入學(xué)后首先要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程，學(xué)生不熟悉電路連接，還沒有掌握好錫焊技術(shù)，連接電路時(shí)極易出錯(cuò)；電路連接錯(cuò)誤，易造成電子元器件及測試儀器的損壞。學(xué)生不熟悉儀器操作也是造成儀器容易損壞的原因；實(shí)驗(yàn)的元器件離散性大，環(huán)境變化引起的溫漂、干擾等因素會(huì)造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差；傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是以實(shí)物為主的，設(shè)備易磨損老化，需要定期更新；教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備配置與教學(xué)大綱的教學(xué)要求相對應(yīng)，隨著教學(xué)要求的提高及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)水平不斷提高，數(shù)量要有所增加，造成實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)困難。

EWB正是一款能夠很好地解決上述問題的電子仿真實(shí)驗(yàn)軟件，元器件庫儲(chǔ)存許多大公司的晶體管、阻容元件、集成電路和數(shù)字門電路芯片等元器件，儀器庫則有萬用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換等儀器，接通開關(guān)就可以進(jìn)行和實(shí)物實(shí)驗(yàn)一樣的測試分析，非常適合電學(xué)的初學(xué)者使用，讓學(xué)生有置身于真實(shí)電路實(shí)驗(yàn)室的感覺，在不知不覺中學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，快速進(jìn)入電子領(lǐng)域，從而激發(fā)興趣。同時(shí)，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器、元件少的不足，避免儀器、元器件的損壞。電子化的教育媒體使教學(xué)過程更加靈活，各種信息通過文本、聲音、圖像等直觀形式傳遞，具有豐富的手法和巨大的表現(xiàn)力，能夠更好地吸引學(xué)生的注意，加深他們的理解和記憶。

二、使用電路仿真軟件輔助教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)

1.使課程內(nèi)容直觀性增強(qiáng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

應(yīng)用電路仿真軟件輔助教學(xué)，正是一體化教學(xué)模式的具體體現(xiàn)，把傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)搬到電腦屏幕上，將靜止的、紙上談兵的理論教學(xué)變成動(dòng)態(tài)的、可視的一體化教學(xué)，增加了學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師往往對著靜止的圖表很難將一些電路工作的動(dòng)態(tài)過程講清楚，比如單管放大電路中靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整引起的失真現(xiàn)象的教學(xué)。運(yùn)用EWB仿真軟件，學(xué)生可以自己搭接電路、設(shè)置電路不同的工作狀態(tài)，還可以在虛擬示波器上看到因調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)引起輸出波形失真的變化過程。又如在振蕩電路的教學(xué)過程中，用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)手段雖能觀察到振蕩波形，但無法看到電路的起振過程。教師用口頭表述的方法向?qū)W生解釋這個(gè)過程，現(xiàn)在有了仿真軟件，就可以從虛擬示波器上看到這一過程，甚至可以使之停在起振過程中的某一時(shí)刻，進(jìn)行觀察與分析。這樣，教與學(xué)效率都得到了極大提高。

2.安全、省時(shí)、省費(fèi)用。

使用電路仿真軟件輔助教學(xué)，可以避免因電路接錯(cuò)、工具使用等因素引起的安全問題。通常電子實(shí)驗(yàn)需要在印制電路板上完成元器件安裝、電路連接，不同的電路，甚至同一電路的不同工作狀態(tài)都需要我們不斷地拆導(dǎo)線、換元件，這項(xiàng)工作不僅費(fèi)時(shí)而且易損壞元件。在電路仿真軟件中可以隨意更換元件或修改元件參數(shù)。教師只需用心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課題，而無需再準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備、實(shí)驗(yàn)中拼插、焊接實(shí)驗(yàn)元器件、使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)后清點(diǎn)實(shí)驗(yàn)材料，以及日常維護(hù)實(shí)驗(yàn)器材等，大大加快了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的速度。這些工作只需使用者輕輕點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可以完成，既節(jié)約時(shí)間、提高效率，又降低實(shí)驗(yàn)成本。

3.有助于學(xué)生掌握相關(guān)專業(yè)軟件。

職業(yè)學(xué)校中非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力基礎(chǔ)還很薄弱。學(xué)生通過電路仿真軟件的學(xué)習(xí)和使用，不僅能加深對電路的認(rèn)識(shí)、理解，而且有助于提高對計(jì)算機(jī)操作的熟練程度，加深對相關(guān)專業(yè)軟件的了解。老師精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中，從元件庫的建立到項(xiàng)目的完稿、試運(yùn)行到交付都自己完成。這樣，學(xué)生對電路仿真軟件的應(yīng)用就有了較全面的了解。掌握了一門專業(yè)軟件的使用方法，是現(xiàn)代社會(huì)技術(shù)人才工作中得力的工具。

三、電路仿真軟件應(yīng)用在電子技術(shù)教學(xué)中的效果

1.操作步驟簡單易用，過程真實(shí)。

在線測量時(shí)，測量的步驟、儀器的控制面板布局和儀器的操作、控制方法都與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似。學(xué)生通過練習(xí)，能快速掌握實(shí)驗(yàn)操作和儀器的使用，并在邊測試、邊修改、邊分析的過程中，很容易發(fā)現(xiàn)各元件參數(shù)對電路的作用與影響，將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。

2.動(dòng)態(tài)測試一致性好，結(jié)果真實(shí)。

電路仿真軟件可讓操作者隨意更換電路元件、設(shè)置元件參數(shù)，并作動(dòng)態(tài)測試。其測試數(shù)值與理論計(jì)算值具有很強(qiáng)的一致性。

四、使用電路仿真軟件存在的問題

電路仿真軟件使用十分方便，效果顯示非常直觀，很有趣味性，為教師提供了一條實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方便之路，為學(xué)生提供了一個(gè)廣闊的活動(dòng)舞臺(tái)，對開展素質(zhì)教育大有益處。誠然，EWB軟件功能非常強(qiáng)大，它可以取代《電子技術(shù)》的部分實(shí)驗(yàn)課程，且已成為課堂教學(xué)的一種輔助形式，但它畢竟是一個(gè)模擬系統(tǒng)，不能完全代替電子實(shí)習(xí)訓(xùn)練。在使用過程中存在一些問題。

1.仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)，諸如元件的插接工藝、焊點(diǎn)的質(zhì)量、電烙鐵的使用等方面的技能在電路仿真軟件中無法學(xué)習(xí)，必須經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐訓(xùn)練。一味追求仿真，只能走入一個(gè)新的誤區(qū)。

2.不是所有實(shí)驗(yàn)都能使用電路仿真軟件，如電流表、電壓表等儀表的使用。原因是電路仿真軟件中的儀表都是數(shù)字式的，能直接顯示讀數(shù)，而目前教材中所使用的儀表還是傳統(tǒng)的，需要通過刻度讀數(shù)。如果這樣的實(shí)驗(yàn)用電路仿真軟件教學(xué)，學(xué)生就無法掌握儀表的接線和讀數(shù)方法，對教學(xué)產(chǎn)生一定的影響。

篇9

近年來我國制造業(yè)不斷發(fā)展，各行各業(yè)對高水平應(yīng)用型技術(shù)人才的需求在逐年增長，為滿足實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求，高校勢必需要投入大量資金購置設(shè)備，而且本科類學(xué)生實(shí)踐能力較弱，若直接在真實(shí)機(jī)床上進(jìn)行操作，極容易其引起撞刀事故[1]。將數(shù)控仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可使學(xué)生通過仿真掌握數(shù)控加工的整個(gè)工藝流程后再進(jìn)行實(shí)踐操作，可以取得較好的教學(xué)效果。本文針對一種典型零件的加工為例，介紹數(shù)控銑仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。

1 典型零件結(jié)構(gòu)分析

本文?x用銑削零件如圖1所示。從圖中可知：該零件毛坯為直徑為100mm、厚度為30mm的圓形鋁棒。需要加工的表面為橢圓凸臺(tái)及凸臺(tái)圓角、H形凹槽、三個(gè)深孔和一個(gè)腰型槽。

由于工件毛坯為圓形棒料，使用平口鉗裝夾，在加工過程中工件容易錯(cuò)位，若是大批量生產(chǎn)也不易實(shí)現(xiàn)零件的重復(fù)定位。因此，需要選用三爪卡盤進(jìn)行裝夾。

對于橢圓凸臺(tái)和凸臺(tái)倒角，且凸臺(tái)厚度為15mm；H形凹槽厚度為5mm，若采用手工編程的形式進(jìn)行加工，不僅要計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，還需要用到宏程序?qū)E圓軌跡、凸臺(tái)軌跡和厚度增量進(jìn)行編程，缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)者或初學(xué)者難以掌握。若運(yùn)用軟件建立零件三維模型，并對三維模型自動(dòng)編程，生成NC代碼直接傳送到數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，則省去人工用宏程序編程和坐標(biāo)點(diǎn)計(jì)算的難題，學(xué)生也容易掌握。

2 零件建模及刀路仿真

2.1 零件三維建模

機(jī)械專業(yè)常用三維造型軟件有UG、PROE、SolidWorks，每種軟件都有各自的特點(diǎn)，但UG軟件的綜合功能是最強(qiáng)大的[2，3]，本次選用的UG10.0進(jìn)行操作。

上述零件僅有凸臺(tái)、凹槽和孔，因此在UG10.0草圖中，按照對應(yīng)尺寸建立主視圖的草圖模型，然后對各特征進(jìn)行拉伸求差或求和建立三維模型。

2.2 零件加工策略及刀具路徑生成

（1）通過對上述零件結(jié)構(gòu)及尺寸分析可知，內(nèi)輪廓最小圓角尺寸為R6，孔直徑為Φ8。所以需要選用直徑為10mm的平底銑刀對內(nèi)外輪廓開粗，和對外輪廓精加工；選用直徑為5mm的平底銑刀對內(nèi)輪廓進(jìn)行精加工；選用直徑為8mm的鉆頭進(jìn)行鉆孔。因此，創(chuàng)建刀具，并將工件坐標(biāo)系設(shè)置在頂部中心位置。

（2）銑削策略選用“使用邊界面銑削”，創(chuàng)建工序名稱為“外形開粗”，設(shè)置刀具為10mm銑刀，幾何體為WORKPIECE，指定面邊界為凸臺(tái)底面外圓端面，切削模式為“跟隨部件”，毛坯距離設(shè)置為15mm，每刀切削深度為2mm，最終底面余量為0.5mm。切削參數(shù)中：余量選項(xiàng)卡的部件余量設(shè)置為0.5mm，拐角的“凸角”選項(xiàng)設(shè)置為“延伸”，連接的“開放刀路”設(shè)置為“變換切削方向”。轉(zhuǎn)速設(shè)置為“3000r/min”，進(jìn)給設(shè)置為“800mm/min”，生成刀路如圖2所示。

（3）仍然使用邊界面銑削策略，創(chuàng)建橢圓凸臺(tái)精加工程序，在精加工中遵循“先光底再光側(cè)，光底要留側(cè)，光側(cè)要留底”的原則，需要先做底面精加工程序，在參數(shù)設(shè)置中，需要將每刀切削深度修改為“0”，最終底面余量修改為“0”，部件余量設(shè)置為“0.5mm”，并生成刀具路徑；然后再創(chuàng)建橢圓凸臺(tái)側(cè)面精加工程序，參數(shù)設(shè)置中需要將每刀切削深度修改為“0”，最終底面余量修改為“0.5mm”，部件余量設(shè)置為“0”。

（4）運(yùn)用同樣的加工策略，創(chuàng)建H形凹槽及腰型槽的粗、精加工刀具路徑。

（5）使用型腔銑的策略創(chuàng)建凸臺(tái)圓角的加工刀具路徑。

（6）使用鉆孔策略創(chuàng)建三個(gè)Φ8孔的加工路徑。

2.3 刀具路徑仿真及NC代碼生成

通過2.2的策略設(shè)置可生成該零件所有輪廓刀具路徑，選中所有加工策略，點(diǎn)擊“確認(rèn)刀軌”，選擇“3D動(dòng)態(tài)仿真”將動(dòng)畫速度調(diào)慢，可以觀察到刀具路徑仿真過程及加工完成后的零件狀態(tài)。

若刀具路徑仿真沒有出現(xiàn)報(bào)警，則可進(jìn)行NC代碼的生成。選中所有刀具路徑策略，右擊“后處理”，設(shè)置對應(yīng)的機(jī)床系統(tǒng)即可生成如圖3所示的零件NC代碼。

3 斯沃?jǐn)?shù)控軟件中的仿真加工

NC代碼生成以后，為了驗(yàn)證程序的正確性和檢查加工過程中有無碰撞和過切，我們可以將其加載到斯沃仿真軟件中進(jìn)行三維實(shí)體仿真[4]。首先創(chuàng)建毛坯，由于軟件中沒有設(shè)置三抓卡盤作為夾具，模擬過程中用臺(tái)虎鉗裝夾，然后將生成的NC代碼加載到斯沃軟件中，設(shè)置對刀參數(shù)，按下循環(huán)啟動(dòng)進(jìn)行模擬加工。模擬加工若無問題，則可將NC代碼直接傳送至數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實(shí)際加工。

篇10

一、借助Proteus仿真，創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境

《電工基礎(chǔ)》課程中的概念多、分析計(jì)算多，較多的理論講授和數(shù)學(xué)推導(dǎo)很難引起學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。Proteus中具有常見的電路元器件及儀表，如交直流信號(hào)發(fā)生器、交流電壓表、交流電流表、直流電壓表、直流電流表、示波器等，這些電路元器件完全可以滿足《電工基礎(chǔ)》課程仿真實(shí)驗(yàn)的需要。將Proteus應(yīng)用于《電工基礎(chǔ)》課程中，可以增強(qiáng)學(xué)生對電路的感性認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對電路基本定理的理解，學(xué)會(huì)電路分析的基本方法，使枯燥無味的理論教學(xué)變得直觀生動(dòng)。

例如，一階動(dòng)態(tài)電路的分析是《電工基礎(chǔ)》課程中的一個(gè)難點(diǎn)，理論的推導(dǎo)枯燥且不直觀。在分析電路之前，通過Proteus仿真演示可以顯示一階電路的充、放電響應(yīng)過程，使學(xué)生獲得直觀的了解。在Proteus仿真環(huán)境中繪制一階RC電路圖，開關(guān)處于閉合狀態(tài)和斷開狀態(tài)。

電容的充放電現(xiàn)象的理解。在仿真時(shí)，我們可以見到電容兩端“+”和“-”不斷增加和減少，表示電荷的增加或減少，同時(shí)負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)電壓表的計(jì)數(shù)也不斷增大或減小，這表明電容C正在充電或放電。

在《電工基礎(chǔ)》教學(xué)中采用Proteus仿真軟件，創(chuàng)造了虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件，讓學(xué)生在仿真中獲得理論知識(shí)，在虛擬實(shí)驗(yàn)中提高動(dòng)手能力。

下面以幾個(gè)具體實(shí)例來說明一下如何借助Proteus仿真軟件進(jìn)行電工基礎(chǔ)的演示教學(xué)。

二、直流電路的PROTEUS仿真――基爾霍夫定律

《電工基礎(chǔ)》課程在介紹了電路的基本概念和基本定律后，重點(diǎn)介紹了直流電路的分析方法。學(xué)生在初中物理學(xué)習(xí)過簡單的直流電路，先讓學(xué)生熟悉Proteus仿真軟件，然后讓學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行畫Proteus原理圖以及動(dòng)畫仿真。

基爾霍夫電流定律（KCL）：在電路中，對任意節(jié)點(diǎn)或閉合面來說，流入節(jié)點(diǎn)或閉合面的電流恒等于流出節(jié)點(diǎn)或閉合面的電流。

基爾霍夫電壓定律（KVL）：在任意瞬間，在任意閉合回路中，沿任意環(huán)形方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于0。

基爾霍夫電壓和電流定律實(shí)訓(xùn)電路如圖（省略）。

基爾霍夫電流定律（KCL）：

由仿真電路圖的仿真結(jié)果可知，I2=1.45mA、I1=0.14mA、I3=1.32mA

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

基爾霍夫電壓定律（KVL）：

由仿真電路圖的仿真結(jié)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

顯然，運(yùn)用Proteus軟件可以非常容易計(jì)算電路在任一支路的電流，以及任一點(diǎn)的電位，只要我們在相關(guān)的地方放置電流探針和電壓探針即可。由此可見，Proteus軟件可以幫助我們深刻認(rèn)識(shí)電路工作過程，消除學(xué)習(xí)上的模糊感覺，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。但我們并不希望直接告訴學(xué)生一個(gè)答案，而是讓Proteus作為一個(gè)學(xué)習(xí)的輔助工具，學(xué)生知道電流、電壓的計(jì)算方法還是非常必要的。

三、三相電路的PROTEUS仿真分析

三相電路是指三相電源和三相負(fù)載構(gòu)成的電路，包括對稱三相電路和不對稱三相電路。選擇三相電源（50Hz，220V）、電阻等創(chuàng)建對稱三相電路（Y-Y接法）。

負(fù)載端電壓測量：用模擬分析圖表進(jìn)行測量，波形如圖（省略）。

三相電路的功率測量：若為對稱三相電路，則其功率測量較簡單，只要測出一相負(fù)載功率，就很容易得到三相負(fù)載的功率。若為不對稱三相電路，則需分別測量三相負(fù)載的功率。本文以不對稱三相電路為例，說明三相電路的功率測量方法。

創(chuàng)建不對稱三相電路，如圖6所示。線路阻抗為500Ω，三相負(fù)載分別為1kΩ、2kΩ、5kΩ。選用交流電壓表分別測量負(fù)載R2、R4、R6的兩端電壓，測量結(jié)果為有效值。負(fù)載R2兩端電壓的有效值為142V；同理，R4兩端電壓的有效值為171V，R6兩端電壓的有效值為200V。經(jīng)換算得到，負(fù)載R2吸收的有功功率為20.16W，負(fù)載R4吸收的有功功率為14.62W，負(fù)載R6吸收的有功功率為8W，則三相負(fù)載吸收的功率為42.78W。