基于Proteus 仿真技术在电工电子实验中的探索与实践

张文强 包头铁道职业技术学院 内蒙古轨道交通研究所

关键字：Proteus 电工电子实验 虚拟仿真

《电工电子基础》是我院各专业实践性较强的程课之一，对于培养高职学生电路应用分析能力、融合能力以及动手实践和创新能力具有重要作用。该课程涵盖基本电路分析、直交流电、电动机、模拟电路和数字电路等内容，涉及知识点多、难度大，因此需要通过大量的实验来理解、掌握和应用。而传统的实验教学模式存在时间安排不合理、实验场地和设备资源缺乏、学生参与度不高等问题，理论学习与实践操作脱离，难以达预期的教学效果和要求。为了更好解决上述问题，将 Proteus 虚拟仿真平台引入到电工电子的实践教学环节，改变原有的教学模式，使原来乏味的实验课变得生动起来，以达到更好地掌握理论知识和提高实践教学质量的目的。

1 Proteus 仿真软件介绍

Proteus 软件是英国Lab Center Electronics 公司开发的一款 EDA 仿真软件，该仿真软件包含Schematic Capture、PCB Layout、VSM Studio IED 等模块，配备有主流单片机编译仿真、电路仿真和PCB 设计等功能。该软件提供了极多的数模元件，可用于各种模拟数字电路的搭建，还包含多种虚拟仪器，如示波器、信号发生器及计数/定时器等，可直接用于模数电路的测试和输出。

2 Proteus 虚拟仿真在电工电子实验中的典型应用——基尔霍夫定律的验证

作为基本的电学定律——基尔霍夫定律是分析多源电路中电流、电压和电阻关系的常用方法。基尔霍夫定律的验证实验是电工电子实验课程中一个重点难点实验，对于学生掌握基尔霍夫电流电压定律、分析电路特点和计算电位大小等具有重要意义。

2.1 基尔霍夫定律的验证

在进行验证实验前，要求学生按照《 Proteus 仿真电工电子实验任务书》要求，熟悉 Proteus 仿真软件的基本操作和基尔霍夫定律的相关内容，在教师的指导下，学生利用 Proteus 软件完成基尔霍夫定律的验证仿真电路的搭建，要求元器件参数如图1 所示。三个支路中分别串入三个电流表，用于显示各支路中的电流值，在每个元器件（电阻）并上数显电压表，回路中各段电压也一目了然。

图1 基尔霍夫电压验证实验原理图

图2 基尔霍夫电流验证实验原理图

分析验证基尔霍夫电压定律：假定回路绕行方向为顺时针，此时回路1 中的电压代数和U1+U2-8=0，可得出结论：在任一瞬时，沿任一闭合回路绕行一周，回路中各支路电压的代数和恒等于零，如图1所示。

分析验证基尔霍夫电流定律：假定流入节点B 处的电流为正，流出节点B 处的电流为负，此时B 节点电流的代数和I1+I2-I3=0；可得出结论：在任一瞬时，通过电路中任一节点的各支路电流的代数和恒等于零，如图2 所示。

以上内容，很好地验证了基尔霍夫定律的正确性。为了更好的验证基尔霍夫定律的可靠性，要求学生改变电压源的数值、方向和电阻阻值，重新测量计算后，学生会得出相同的结论。

2.2 人为故障设定，提高电路分析能力

在完全理解定律的基础上，在仿真电路中人为的设定一些故障，例如短路、开路等，通过测量电压值、电流值，计算分析故障原因，提高学生分析复杂电路的能力，融会贯通，为学生后期专业课学习、技能鉴定、技能大赛和现场工作打下扎实基础。此外，学生主动学习、主动分析，理论学习和实践操作相统一，改变教师传统教学模式，提高了课程的趣味性和学生的积极性，使学生在实践过程中获得成就感。

3 结论

由上述典型实验案例可以得出，将 Proteus 仿真技术融入到电工电子实践教学环节，很好地弥补了传统教学手段的不足，最大限度地拓展实验教学的时间和空间，进一步完善了“教、学、做”一体化的教学改革模式，丰富了电工电子课堂教学的内容和形式，实现了虚实结合的层层深入和良好融合，激励学生由被动接受转变为主动学习，经课堂实践验证，效果良好。