摘要: 電子技術(shù)基礎(chǔ)是中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校電類專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程，該課程入門(mén)難、更新快、概念抽象、實(shí)踐性強(qiáng)，如何打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段改進(jìn)教學(xué)方法是我們一直研究的課題。近年來(lái)，我們已將EWB電路設(shè)計(jì)與仿真軟件應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中，并取得一定的成效，本文將結(jié)合相關(guān)教學(xué)案例，闡述EWB電子仿真軟件在電子技術(shù)教學(xué)過(guò)程中的輔助作用。

關(guān)鍵詞:電子技術(shù);電路設(shè)計(jì)與仿真軟件EWB;計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

一、引言

隨著我國(guó)電子行業(yè)的迅速發(fā)展，社會(huì)對(duì)于電類專業(yè)技術(shù)人才的需求量日益增大。如何打破傳統(tǒng)教育模式，培養(yǎng)出適應(yīng)企業(yè)要求的電類專業(yè)技術(shù)人員，已經(jīng)成為中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校教育改革的一大課題。而電子技術(shù)基礎(chǔ)作為電類專業(yè)學(xué)生必修的重要課程，改革其教學(xué)方法亦迫在眉睫。

該課程是一門(mén)入門(mén)較難、概念抽象、更新快速、實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中普遍感到理論部分較抽象，難以理解。尤其是中職學(xué)校的學(xué)生，理科基礎(chǔ)較差，要理解抽象的電子技術(shù)原理相對(duì)比較困難。

而目前教師們普遍采用傳統(tǒng)的課堂講授和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法來(lái)幫助學(xué)生理解抽象電子原理。但實(shí)際上，這種教學(xué)方式仍存在許多問(wèn)題，例如:學(xué)生聽(tīng)不懂理論課;在實(shí)驗(yàn)室由于初次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路、設(shè)備都不太熟悉，易操作失誤，若接錯(cuò)導(dǎo)線則可能會(huì)導(dǎo)致元件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損壞，無(wú)形中增加了教學(xué)成本;學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，大部分時(shí)間都用在接線和記錄數(shù)據(jù)上，教師無(wú)法指導(dǎo)學(xué)生觀察電路在各種條件及參數(shù)下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;有些學(xué)生得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，無(wú)法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果;學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限、易磨損老化，且電子技術(shù)更新快速，需要不斷更新設(shè)備才能滿足教學(xué)要求，這使經(jīng)費(fèi)緊張的中職學(xué)校感到力不從心。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)正逐步走進(jìn)課堂，如EWB軟件已將實(shí)驗(yàn)室?guī)肓苏n堂，提高了教學(xué)效率，也解決了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題。

二、EWB軟件介紹

由加拿大Interractive Image Technologies公司推出的電子工作臺(tái)(Electronics Workbench，EWB)是一款基于Windows操作系統(tǒng)、能夠設(shè)計(jì)與仿真各種模擬數(shù)字電子電路的軟件，它功能全面、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，特別適合初學(xué)者學(xué)習(xí)使用。目前，大部分學(xué)校都有計(jì)算機(jī)室，如果在機(jī)室內(nèi)安裝EWB軟件，則相當(dāng)于學(xué)校擁有幾十甚至上百個(gè)裝備齊全的“電子實(shí)驗(yàn)室”。它可以作為電工電子類課程的輔助教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練工具，即能彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)儀器與電路元器件的不足，又能避免實(shí)驗(yàn)儀器損壞及實(shí)驗(yàn)材料消耗，還有利于學(xué)生加深對(duì)電子技術(shù)基礎(chǔ)的理解與掌握，并熟悉常用電工電子儀器的使用、測(cè)量方法，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的分析、解決問(wèn)題的能力。因此，EWB已在電工電子類課程教學(xué)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。下面本人將結(jié)合教學(xué)案例，具體談?wù)凟WB是如何在電子技術(shù)課程中輔助教學(xué)的。

三、EWB軟件在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中的輔助作用

1、PN結(jié)的單相導(dǎo)電性

PN結(jié)是制造半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。能否理解并掌握PN結(jié)的特性對(duì)于后期的學(xué)習(xí)極其關(guān)鍵，而采用傳統(tǒng)的原子運(yùn)動(dòng)理論來(lái)解釋PN結(jié)的單相導(dǎo)電性，學(xué)生不易理解。如果利用EWB輔助教學(xué)，則可以直觀形象地為學(xué)生展現(xiàn)PN結(jié)的單相導(dǎo)電性，同時(shí)還可以驗(yàn)證二極管的伏安特性。教師在介紹PN結(jié)單相導(dǎo)電性之前，應(yīng)先說(shuō)明PN結(jié)可近似采用電子管——二極管來(lái)表示。教學(xué)步驟如下:

(1)教師指導(dǎo)學(xué)生在EWB軟件中畫(huà)出如圖1、圖2所示電路圖;

(2)將EWB中的仿真開(kāi)關(guān)打開(kāi);

(3)引導(dǎo)學(xué)生觀察PN結(jié)反向偏置時(shí)電路仿真的情況，如圖1所示，指示燈不亮;

(4)再引導(dǎo)學(xué)生觀察PN結(jié)正向偏置時(shí)電路仿真的情況，如圖2所示，指示燈亮;

(5)對(duì)比圖1與圖2現(xiàn)象，以及電壓表讀數(shù)，引導(dǎo)學(xué)生分析PN結(jié)正反向偏置時(shí)的特性，推導(dǎo)出PN結(jié)具有正向?qū)ā⒎聪蚪刂沟膯蜗鄬?dǎo)電性結(jié)論;

(6)如果在該實(shí)驗(yàn)電路上改用電阻替代指示燈，并在二極管的兩端并聯(lián)電壓表，通過(guò)改變二極管兩端電壓值，教師即可引導(dǎo)學(xué)生驗(yàn)證二極管的伏安特性。

2、共射極放大電路中的飽和失真及截止失真

在共射極放大電路中， Rb阻值的大小設(shè)置是否合理，將直接影響到放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的位置，設(shè)置不合理則易引起飽和失真或截止失真。在講授過(guò)程中，學(xué)生通常會(huì)將上述關(guān)系混淆。若采用EWB仿真軟件輔助教學(xué)，則可讓學(xué)生親身體會(huì)到Rb是怎樣影響靜態(tài)工作點(diǎn)的，并理解飽和失真、截止失真的概念，還可以加深學(xué)生對(duì)三極管放大作用的理解，同時(shí)還能夠?qū)W會(huì)示波器使用方法。教學(xué)步驟如下:

(1)指導(dǎo)學(xué)生在EWB軟件中畫(huà)出如圖3所示的電路圖;

(2)保持輸入信號(hào)不變，逐步調(diào)節(jié)Rb電阻阻值(由0%-100%，每次可增大10%)，在仿真過(guò)程中，用示波器同時(shí)觀察輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形(上為輸入波形，下為輸出波形);

(3)若將Rb調(diào)節(jié)到20%，即Rb=9.4KΩ，從示波器中觀測(cè)到的輸出波形如圖4所示，輸出信號(hào)波形的負(fù)半周被部分削平，這表示Rb阻值偏小，使放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，引起飽和失真;

(4)若將Rb調(diào)節(jié)到50%，即Rb=32.5KΩ，從示波器上觀測(cè)到輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的波形如圖5所示，輸入信號(hào)不僅得到放大且不失真，表示此時(shí)Rb阻值設(shè)置合適，靜態(tài)工作點(diǎn)比較合理;

(5)若將Rb調(diào)節(jié)至90%，即Rb=42.3 KΩ，從示波器中觀測(cè)到的輸出波形如圖4所示，輸出信號(hào)波形的負(fù)半周被部分削平，這表示Rb阻值偏小，使放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，引起飽和失真;

(6)指導(dǎo)學(xué)生觀察靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器失真的影響，記錄數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，最終引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出Rb與放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的關(guān)系。

除了上述教學(xué)案例，EWB軟件還能實(shí)現(xiàn)集成運(yùn)算放大電路、直流穩(wěn)壓電源電路等模擬電路的仿真與設(shè)計(jì)，以及數(shù)字電子電路的仿真與設(shè)計(jì)，如組合邏輯電路分析、邏輯部件功能測(cè)試、集成555定時(shí)器的設(shè)計(jì)等。

在教學(xué)過(guò)程中引入EWB，可以將電路中各部分的工作波形和工作過(guò)程實(shí)時(shí)地呈現(xiàn)在屏幕上，還可放慢變化速度，教師可從容引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、并加以解釋，還可以在任意時(shí)刻讓它暫停下來(lái)進(jìn)行觀察講解，要是沒(méi)看清楚還能重放。如果改變電路的元件或元件的參數(shù)，只需動(dòng)幾下鼠標(biāo)，改變帶來(lái)的變化立即顯示在屏幕上，非常直觀。

EWB仿真功能強(qiáng)大、元件設(shè)備齊全，學(xué)生進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅能利用有限的時(shí)間完成多個(gè)電路實(shí)驗(yàn)，還可以根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)電路，，也不怕?lián)p壞設(shè)備。教師還能有更多的時(shí)間來(lái)引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、歸納。另外，教師還可在課后布置一些課題，讓學(xué)生課余運(yùn)用EWB自行設(shè)計(jì)電路，這既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能培養(yǎng)他們的實(shí)踐及創(chuàng)新能力。

四、EWB軟件的局限性

利用EWB軟件進(jìn)行的仿真與設(shè)計(jì)只是在理想狀態(tài)下，與實(shí)際情況有差別，因此我們?nèi)匀灰谠O(shè)計(jì)仿真后，踏踏實(shí)實(shí)地做實(shí)驗(yàn)，積累解決實(shí)際問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，真正做到掌握電子技術(shù)知識(shí)。

五、結(jié)束語(yǔ)

在今后的教學(xué)過(guò)程中，我們還會(huì)繼續(xù)探索如何更有效地將教學(xué)內(nèi)容、EWB及實(shí)驗(yàn)相融合，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，并通過(guò)舉辦電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽來(lái)開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使進(jìn)教學(xué)質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，培養(yǎng)出一批批符合企業(yè)要求的技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn):

[1]李忠波 袁宏. 電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)[M] 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.

[2]電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)[M] 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 2007.

作者簡(jiǎn)介:

黃小芹，女，2003年畢業(yè)于桂林電子科技大學(xué)，電子信息工程專業(yè)，本科，目前在廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院讀在職工程碩士，控制工程專業(yè)，工作單位:廣西動(dòng)力技工學(xué)校，職稱:助理講師