在电工考工的考核中，要求学生完成指定项目的元器件检测，电路板的安装、调试，测量规定条件下的技术参数和画出相应点位的电压波形。这就要求学生在考前训练中学习、掌握相应的电子技术知识和操作技能，如果采用实物进行教学，学生也能进行相应的训练，但存在着一些问题，一是刚开始进行训练时由于学生的操作不规范，容易损坏元器件；二是普通示波器在低频率时有闪烁，且无法实现多点波形比较，给学生观察波形带来一定影响。而Multisim的仿真能解决这些问题。下面以电工考工项目调光灯为例来进行说明。考工项目调光灯的原理如图1所示，具体要求：元器件检测、电路安装调试，测量图中A~E五点的电压波形，并画在试卷上，需要正确画出各点波形之间的相位关系、标注出电压的最大和最小值。在训练中出现的主要问题：一是由于本电路属于电力电子的内容，学生具有怕触电的心理，因此造成对工作原理的理解困难；二是普通示波器只有双踪，无法同时观察多点的波形，给确定各波形之间的相位关系带来一定的困难；三是开始训练时有些学生测试点不能正确确定，不断改变示波器探头的位置，从而出现短路等情况损坏元器件。解决这些问题可采用先分析工作原理并结合用Multisim进行电路仿真，在理解原理的基础上完成实物操作。本文主要探讨仿真对掌握原理的帮助及分析各波形的关系。
接通电源后或每次交流电过零后，电源对电容C充电，电容电压UC按指数规律上升，上升速度由RP、R2和C2的值决定，即取决于充电的时间常数τ，当UC上升到使V5的发射极电压UEV5≥UP(V5的峰值电压)时，单结晶体管导通，电容储存的电荷迅速通过R1放电，在R1上产生一个尖脉冲电压。当UC下降到使UEV5<UV(V5谷点电压)时，单结晶体管截止，放电结束。以后电容又充电，重复上述过程。分析可知，只要改变RP值，就改变脉冲的电角度，即改变V6的导通角，从而控制灯泡亮度。另外每次放电的截止电压为U由于需要测量五点的波形，同时为方便观察和比较相位关系，在仿真时仅将图2(b)中B通道拾取的信号从B点改为E点，V，而不是0V。对图1中调光灯电路进行仿真实验，为了尽量与实物操作时的仪器一致，同时能较好地反映出各点电压波形的相位关系，本仿真中采用万用表和四踪示波器，为防止波形重叠不利于观察，各踪的设置为：A、B、E点波形，电压为20V/Div，基准线为0；C点波形电压为5V/Div，基准线为-1；D点波形电压为1V/Div，基准线为-2；扫描时间5ms/Div，得到图2所示输出电压和各点波形。
由于需要测量五点的波形，同时为方便观察和比较相位关系，在仿真时仅将图2(b)中B通道拾取的信号从B点改为E点其它各测试点不变，得到图2(c)，另外图1中ABCDE测试点波形对应图2(b)(c)中的波形ABCDE。分析图2中的参数，A点波形为正弦半波，最大值约50V，最小值为0V；B点波形为稳压后波形，稳压值为10V，由于本电路中没有滤波电路，因此最小值为0V；C点波形为电容器两端的电压波形，说明电容上在不断的充放电，且最低电压为单结晶体管的谷点电压，因此呈现出锯齿波，具体数据为最大值约6V，最小值为0.8V，符合前面分析；D点波形为单向晶闸管的触发脉冲信号，是尖脉冲，峰值约0.9V；E点为晶闸管阳极与阴极间的电压波形，在没导通时，即为所加的电源电压，最大值约49V，导通后压降几乎为零。比较上述五个波形可以看到，一是从C点波形的电压每次下降，即为单结晶体管导通，D点就产生一个触发脉冲，C、D动作时间几乎是同步的；二是对A、C、D、E各点波形进行比较，A点波形每次过零后的第一个触发脉冲信号将使晶闸管导通，E与C、D动作时间也几乎是同步的，图中可见，A点波形过零到脉冲信号产生的时间约为0.9格，即4.5ms，则α=2πt/T（T为市电的周期，即T=1/50Hz=20ms），对应的控制角为81o，与理论值基本一致；需要给学生说明误差主要是理论值忽略了二极管、晶闸管的正向压降及读数误差引起，从而证明理论分析是正确的。通过仿真，可以加深学生对电路原理、测试点、各点电压及相位关系的理解，有利于实物调试。
实践证明，在电工考工中用Muhisim仿真辅助考前训练，不仅能观察到稳定状态的波形，还能看到电路参数改变时输出的变化过程，可以加深学生对理论知识的理解，降低训练难度，提高分析问题的能力；而且现在大部分学生有电脑，可以利用课余时间进行仿真，减少课堂训练时间，提高实物操作的速度和效果。
作者：张恒 单位：苏州经贸职业技术学院机电系
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