LTspice在電工電子技術的應用

導語：LTspice在電工電子技術的應用一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：“電工電子技術”是機電類專業的一門基礎課程，它主要包括電工技術和電子技術。該課程理論分析較多，同時也需要較多的波形展示，這給教師教學過程帶來不便。本文利用ltspice仿真軟件，可使課堂教學效果得到改善，同時也有助于提高學生的學習主動性。本文以幾個經典電路為例介紹LTspice的使用方法及仿真實驗分析，通過仿真所得波形結果驗證理論分析，又通過理論分析加深理解波形結果，二者相符形成。仿真進課堂的教學方式提高了學生的學習興趣與探索能力，有助于學生對后續實訓實驗課程的理解。

關鍵詞：電工電子技術；LTspice；電路仿真

“電工電子技術”是機電類專業的基礎課程，該課程主要介紹了電路原理、模擬電路、數字電路等方面的基本理論及應用技術[1]。它既具有較深的理論性，又具有較強的工程實用性，同時，電路及電路器件也與人們的日常生活息息相關，已經是現代社會不可或缺的基本組成部分。筆者在“電工電子技術”教學過程中發現，傳統的教學方式，例如板書、課件播放等，在展示電路波形時，存在不直觀、不靈活的缺點。盡管可以將部分電學實驗器材帶進課堂，實物演示并進行實驗，但是能帶進課堂并展示的電路非常有限，而且存在電路參數不易調節、電路器件容易損壞、電路結構及輸出結果不易展示的缺點，同時，安全性也是一個必須考慮的問題。為改進教學手段，提高教學效果，加深學生對電路基本知識的理解，筆者嘗試在課堂教學中引入電路仿真技術，在課堂上通過快速搭建仿真模型、合理修改電路參數對比輸出結果，使理論分析得以驗證。文獻[2-5]討論了Multisim、Proteus、Tina等電路仿真軟件在電工電子技術教學、電路設計方面的應用。為避免版權糾紛、尊重軟件知識產權，筆者使用LTspice進行課堂教學，相比于Multisim、Proteus、Tina等商業軟件，它不僅免費，而且具有仿真精度高、易使用、可擴展性強的特點，能夠滿足課堂教學的需要。

1模擬電路仿真

1.1二極管保護電路

電路中若存在感性器件，如圖1所示，則開關斷開的瞬間，電感L1因電流突然中斷會產生一個高于電壓源很多倍的自感電動勢。在LTspice中搭建仿真模型，如圖2所示。開關S1由電壓源B1觸發，S1的觸發正端電壓值為正值時，開關導通；S1的觸發正端電壓值為負值時，開關截止。運行仿真后，在第1秒時S1截至，電感L1上的自感電動勢如圖3所示，從圖可見，在開關截止的瞬間，電感產生了遠超電壓源的自感電動勢，若不加保護措施，此自感電動勢會對電路造成嚴重的沖擊，甚至破壞元器件。為保護電路，延長其使用壽命，需要在電感L1上并聯一個泄放二極管，如圖4所示。這樣，電感L1和二極管D1形成閉合回路，使自感電動勢大幅減小，從而保護電路，開關截止瞬間的波形如圖5所示。

1.2晶體管放大電路

在LTspice中，根據圖6進行直流掃描，得到晶體管2N4401的伏安特性曲線，如圖7所示，從而得到晶體管的一個直流靜態工作點：搭建共射極分壓式偏置放大電路，如圖8所示，利用LTspice的“.op”命令，查看該電路的直流靜態工作點，有IBQ40.0415A=µ，ICQ6.75272mA=，UCEQ4.97463V=，根據式（1）：由于10CCU=V，UCEQ5V≈，這表明此電路的靜態工作點是合理的，能夠避免信號波形失真。該放大電路的電壓輸入輸出曲線如圖9所示，從圖中可見，輸出波形符合共射極放大電路的波形特征，并且電壓放大倍數20uA≈。

1.3同相比例運算電路

同相比例運算電路的仿真模型如圖10所示，其電壓放大倍數為式（2）：(2)平衡電阻312R=R//R=5kΩ，該電路的輸入輸出波形如圖11所示。從圖11可見，輸出波形滿足指定的電壓放大倍數，并且符合同相比例運算電路的波形特征。

2數字電路仿真

由555定時器構成的施密特觸發器如圖12所示，其輸入輸出波形如圖13所示，可見該電路的輸入輸出波形滿足施密特觸發器的波形特征。

3結語

電路仿真是深入理解電路原理的有效手段，對電路設計與電路分析也極具時效性。用好仿真，能使課堂教學生動形象，達到所見即所得的效果。運用仿真技術，學生在學習過程中能夠驗證自己的想法與創意，這是一個知識深化的過程。同時，也應該認識到，一項成功的仿真過程依賴于對電路原理的深刻理解。仿真技術與電路原理，二者相輔相成。在仿真進課堂的教學實踐中，教師的角色，不僅在于引導學生正確使用仿真工具，更重要的是能夠從眾多的可能性中分辨與解釋引起錯誤仿真結果的真正原因所在。

作者：王高騰 李永濤 單位：蘭考三農職業學院 智能制造系 蘭考三農職業學院