Matlab仿真在电子技术教学中的应用_李杰.pdf

仿仿真真在在电电子子技技术术教教学学中中的的应应用用收稿日期：基金项目：新疆交通职业技术学院院级课题（）。作者简介：李 杰（），助教，研究方向为电力电子。李李 杰杰，徐徐 杨杨（新疆交通职业技术学院，新疆 乌鲁木齐）摘摘 要要：针对电子技术课中理论性强的内容，在课堂教学中将 仿真分析与理论教学相结合，能有效提高学生的学习兴趣，利于学生更快地理解和掌握所学的基础知识。以单相桥式可控整流电路为例，通过 搭建仿真模型，分别对带电阻负载和阻感负载的情况进行仿真分析。仿真实例证明，软件仿真能有效帮助学生理解电路的基本原理及其理论分析。关关键键词词：；仿真；单相桥式可控整流电路中中图图分分类类号号：文文献献标标识识码码：文文章章编编号号：（）电子技术课融合了模拟电子技术和数字电子技术的内容，是机电类专业基础课。随着社会生产力和电力电子元器件的快速发展，模拟电子技术和数字电子技术在生产生活中的作用越来越突出，因此电子技术课也成了许多专业的必修课。该课程的模拟电子技术部分内容多且复杂，通过学习该课程能使学生获得模拟电子技术的基本理论、基本知识和基本技能，还可以培养学生分析问题和解决问题的能力，为其学习后续课程打下坚实基础。笔者在教学中发现，学生对模拟电子技术的部分内容掌握较差，特别是对直流电源模块相对较难理解。究其原因，是职业院校的学生理论基础薄弱，分析解决问题的能力欠缺。学生对大篇幅的理论讲解不感兴趣，因此对理论知识特别是重难点电路的理解不够深入。在 环境中，简单的操作就可以搭建仿真模型。在课堂的教学中加入 仿真环节，以软件仿真辅助理论教学，既能省略很多复杂的数学公式推导，又可以通过生动形象的仿真过程培养学生的学习兴趣，使学生能够通过直观的图形变化理解电路的相关理论知识，有利于其后期其他专业课的学习及实践能力的培养。文献 运用 搭建了单相整流电路和单相桥式整流电路的模型，阐述了单相整流电路的工作原理及特点，通过软件仿真，将复杂的电路分析变得生动且简单，学生更容易理解。文献阐述了 在电子技术教学中的重要作用，结合典型电子技术电路和电力供电线路案例，重点探讨分析了仿真技术在教学过程中动态比较、疑难解答、系统认知、实验拓展等环节的应用，改进了传统教学理念和教学方法，使课堂教学变得更加的直观和生动，从而有效地提升了学生的学习热情。文献 分析了高职院校学生在学习中遇到的困境，将 仿真引入到理论教学中，能有效地帮助高职院校学生提高分析复杂电路的能力，并论述了 在电子类课程教学中的独特优势。文献通过 设计出了一个较为容易实现的动态电路仿真实验，让学生使用 仿真软件，对所学过的知识进行软件仿真。学生通过软件对电路进行动态仿真之后，不仅能更深刻理解电路的工作原理，同时也为电子技术实验课的学习打下基础。本文以模拟电子技术中整流电路为例，说明 仿真在教学中的应用。单相桥式可控整流电路（电阻负载）电路原理及建模整流是将交流电变为直流电，整流电路在电子技术中应用十分广泛。日常生活和学习中常见的整流电路有两种：半波整流电路和桥式整流电路。由于半波整流电路脉动较大，效率低下，因此在整流时常常采用桥式整流电路。单相桥式可控整流电路是最典型的整流电路，其电路图如图 所示。该电路是将单相桥式不可控整流电路中 个二极管换成 个晶闸管得到的。当 为正半周且触发角 处给 加触发脉冲后，导通，截第 卷 第 期重庆电力高等专科学校学报 年 月 止，此时电路的电流途径如图（）所示，在 过 时，阻断，输出电流为。当 为负半周且触发角 处给 加触发脉冲后，导通，截止，此时电路的电流途径如图（）所示，在 过 时，阻断，输出电流为。图 单相桥式可控整流电路（电阻负载）图 电流途径根据图，在 模型库中找到相应的器件模块，搭建其仿真电路如图 所示。图 电阻负载仿真模型 主要模块仿真参数设置针对仿真模型中用到的交流电压源、晶闸管、脉冲信号发生器和负载电阻这几个模块进行仿真参数设置，具体如表 所示。表 各模块主要参数设置序号项目参数交流电压源 晶闸管 （）：的脉冲信号发生器（）：（）：的脉冲信号发生器（）：（）：（）负载电阻 单相桥式可控整流电路（阻感负载）负载为阻感负载的单相桥式可控整流电路图如图 所示。由于电路中有电感存在，电流不会发生跃变，当 为正半周且触发角 处给 加触发脉冲后，即使 为 甚至变负，晶闸管仍然维持导通，未关断。当 为负半周且触发角 处给加触发脉冲后，导通，此时 通过 向施加反向电压迫使 关断，至下一周期重复上述过程。图 单相桥式可控整流电路（阻感负载）根据图，在 模型库中找到相应的器件模块，搭建其仿真电路如图 所示。此仿真模型中，阻感负载中电感的值设置为 ，其余参数与表 一致。图 阻感负载仿真模型 仿真结果与分析进行仿真时，仿真时长设置为 ，触发角，输出波形如图 所示。）由图 可知，电路带电阻负载情况下，晶闸管、互补导通，晶闸管导通时其电压为。无论是哪个晶闸管导通，负载电压和电流波形一致，负载上电压和电流的周期变为电源电压周期的一半。阻感负载情况下，由于电感续流的存在，电源电压过 时，晶闸管和负载的电流均未直接过，仿真结果与理论分析结果一致。相较于课本第 卷第 期 重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报上枯燥无味的波形图和复杂的电路分析，学生在课堂中可以通过仿真直观地观察到晶闸管和负载电流电压的变化，更好地理解电路中各个电子元器件电压、电流的变化。仿真能使复杂的电路分析变得直观、简单，有效地提升了学生学习的积极性。（）电阻负载仿真波形（）阻感负载仿真波形图 仿真波形图 ）在学习桥式可控整流时，需要通过复杂的公式计算负载的平均值和有效值。目前高职院校学生的基础知识相对较弱，对复杂公式的理解有待加强。由图 和图 可知，仿真模型中加入了“”和“”模块，通过这两个模块，电压、电流的平均值和有效值可以直接在“”上读出，无须进行复杂的数学推导，降低了学习难度，有效地激发了学生的学习热情。）虚拟仿真可以弥补实验中的不足。在实验过程中，实验室的示波器由于通道数的限制，无法同时呈现多组波形的变化情况，而利用 仿真软件中的虚拟示波器，学生可以同时观测到 组以上的波形变化。）对于一些比较危险的实验或者在现有实验条件下无法完成的实验，可以用虚拟仿真来完成。逆变电路实验需要很大的直流电压，由于实验条件限制，逆变电路实验一般很少在实验室中完成。现可以利用 搭建仿真模型来完成三电平、五电平甚至更高电平数的逆变电路。通过仿真来代替实验，能有效地提高学生学习的积极性和效率。在电子技术教学中的应用将 虚拟仿真技术应用于课程教学中，充分利用“互联网 ”等手段，可培养符合智能制造产业需求，具有扎实知识基础和创新能力的高素质技能型高级人才。为了不断全面地提高学生的实操技能，可基于 将教学过程分为 个阶段，如图 所示。图 教学过程）原理分析。仿真软件使学生更容易理解电子技术中复杂电路的基本原理，夯实学生的基础知识，为学生以后学习专业核心课和实践打下坚实的基础。）仿真分析。将 引入到理论教学中，可使学生了解波形变化过程及其相关变量，更好地理解原理概念。）实验操作。完成理论分析和仿真演示之后，为了进一步提高学生实践能力，加深学生对电路的理解，提高其认知能力，可组织学生在实训室开展具体的实验。通过实验使学生完成理论到实践的过程。实验操作不仅可以在基础教学阶段发挥比较作用，而且可以在综合推广阶段进一步提高学生的实践技能。）比较分析。通过模拟课程和实验操作，学生能了解模拟和物理实验之间的差异和联系，并培养工程和分析技能。教学过程的 个阶段能使学生将了解电子技术的原理，了解从仿真到实验的工程设计过程，从而逐步提高自身的综合能力。本文分析了 在电子技术中模拟电子技重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报 第 卷第 期术部分的应用，而 在数字电子技术的课堂教学中同样得到了很好的应用。在数字电路的教学中，以七段数码管为例进行了仿真和分析。实例证明该软件使用方便，调节容易，可视性好。应用这种软件不仅使授课变得形象生动，节约了课时，而且增强了学生对一些基本概念的理解。结论 搭建电路的仿真模型可以形象直观地仿真各种电路参数变化的波形情况。以整流电路仿真为例，将 引入电子技术课堂教学，能增加教学手段的多样性，减少复杂的计算过程，激发学生的学习热情，帮助学生掌握电子电路的基础知识。职业院校注重学生的实践能力，学生有了电路仿真的基础，可以在做实验时大大提高实验效率和成功率。参考文献：陈曾馨，李自成 基于 的晶闸管单相半波可控整流电路仿真 电工技术，（）：刘玉娟 单相桥式全控整流电路的 仿真分析 中国现代教育装备，（）：魏立明，邢文白 基于 的单相桥式全控整流电路的仿真研究 民营科技，（）：牛天林，樊波，张强，等 仿真在电力电子技术教学中应用 实验室研究与探索，（）：俞骋 仿真在职业学校电力电子技术教学中的应用 中国电力教育：下，（）：张耀锋 基于 仿真技术在电力电子技术教学中的应用 天津中德应用技术大学，（）：杨楠，孙鑫，孙梦雨，等 基于 的动态电路仿真实验设计 信息技术，（）：赵健 虚拟仿真技术在高职电力电子技术课程教学中的应用 当代教育实践与教学研究，（）：刘磊 在“数字电路”课程教学中的应用 电气电子教学学报，（）：，（，）：，：；第 卷第 期 重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报