朱清智，袁 鑄，胡應(yīng)占

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽(yáng)473000）

電工學(xué)在電類專業(yè)中占有重要地位，具有綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，主要是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和從事工程技術(shù)工作打下良好的電工電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)，并受到必要的基本技能訓(xùn)練。由于本課程量大面廣、課時(shí)少的特點(diǎn)非常突出，充分運(yùn)用好課堂教學(xué)時(shí)間，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)效果，就顯得尤為重要。因此，在教學(xué)過(guò)程中引入電子仿真軟件EWB，能將難以說(shuō)明的原理可以用生動(dòng)的畫(huà)面來(lái)解釋，不便進(jìn)行或沒(méi)有時(shí)間去驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)電子仿真軟件EWB來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而成為課堂教學(xué)的有利補(bǔ)充和加強(qiáng)，能有效的激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)行了教師主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)模式，使得互動(dòng)式教學(xué)的效果更加完善。

1 EWB軟件簡(jiǎn)介

電子工作平臺(tái)EWB軟件是加拿大IIT公司推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺(tái)軟件，它具有如下特點(diǎn)。

（1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測(cè)試儀器均可直接從屏幕上選??；

（2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。

（3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫(kù)，提供多種電路分析方法。

（4）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)。

（5）EWB還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測(cè)量方法［1］。

總之，EWB軟件的工作界面非常直觀，即使是未使用過(guò)它的教師和學(xué)生，稍加學(xué)習(xí)就可以熟練地應(yīng)用它。有了它很多實(shí)際當(dāng)中無(wú)條件做的實(shí)驗(yàn)都可以得到滿意的結(jié)果。也擺脫受昂貴的儀器設(shè)備和元器件的限制的約束，使學(xué)生的創(chuàng)造能力更加充分地得以體現(xiàn)，使學(xué)生對(duì)理論課所學(xué)的知識(shí)得到驗(yàn)證，從而加深對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。

2 EWB軟件在電工電子課程中的應(yīng)用

學(xué)生可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和要求創(chuàng)建一個(gè)線路圖，按下電源開(kāi)關(guān)后，就可以從示波器等測(cè)試儀器上讀得電路中被測(cè)數(shù)據(jù)。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程可分成以下幾個(gè)步驟：

（1）數(shù)據(jù)輸入：將已創(chuàng)建的電路圖結(jié)構(gòu)、元器件數(shù)據(jù)讀人，選擇分析方法。

（2）參數(shù)設(shè)置：程序會(huì)檢查輸入數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及電路中的闡述內(nèi)容，對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（3）電路分析：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析，它將占據(jù)CPU工作者的大部分時(shí)間，是電路進(jìn)行仿真和分析的關(guān)鍵。它將形成電路的數(shù)值解，并將所得數(shù)據(jù)送至輸出級(jí)。

（4）數(shù)據(jù)輸出：從測(cè)試儀器如示波器或萬(wàn)用表上獲得仿真運(yùn)行的結(jié)果。也可以從“分析”欄中的“分析顯示圖”中看到測(cè)量、分析的波形圖［2］。

下面結(jié)合三個(gè)例子來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明EWB在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

2.1 移相電路

移相技術(shù)廣泛應(yīng)用于相位測(cè)量和相位表的檢定工作，是任何交流試驗(yàn)裝置中都不可或缺的重要組成部分，諸如電能表校驗(yàn)臺(tái)、交流電工儀表校驗(yàn)臺(tái)、電量變送器校驗(yàn)臺(tái)、繼電器校驗(yàn)臺(tái)等，都以它為主要結(jié)構(gòu)部件［4］。

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分別從不同的元器件庫(kù)中圖1所示的元器件，在“面包板”上繪制如圖1所示的電路。并按照?qǐng)D所示設(shè)定各元器件的參數(shù)。

（2）將示波器的輸入信號(hào)線該為紅色，輸出信號(hào)線該為紅色。

（3）打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)后，并使示波器放大狀態(tài)得到的波形如圖2所示。從圖中明顯看出輸入信號(hào)滯后于輸出信號(hào)。

2.2 基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是集總電路的基本定律，它包括電流定律和電壓定律，其中電流定律指出在集總電路中，任何時(shí)刻，對(duì)任一節(jié)點(diǎn)所有流出節(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和恒等于零，電壓定律指出在集總電路中，任何時(shí)刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零［2］。

圖1 移相電路圖

圖2 移相波形圖

在EWB的原理圖編輯窗口中創(chuàng)建圖圖3，4電路。打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)后，圖3中的電流表的讀數(shù)即為仿真 分 析 的 結(jié) 果。 可 見(jiàn)，4.349＋ （－1.217）＋（－3.130）＝0，驗(yàn)證了 KCL定律。圖4中電壓表的讀數(shù)即為仿真分析的結(jié)果?？梢?jiàn)，3.600＋6.00＋2.400＝12，驗(yàn)證了KVL定律。在教學(xué)演示過(guò)程中可隨時(shí)更改電路中元器件的值，甚至更改電路的結(jié)構(gòu)，用多組仿真數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證基爾霍夫定律，加深學(xué)生對(duì)基爾霍夫定律的理解［4］。

圖3 基爾霍夫電流定律

2.3 多諧振蕩器

多諧振蕩器又稱為方波振蕩器。原理：用555時(shí)基電路3腳的輸出電壓，反饋到5腳，迫使555電路內(nèi)部的兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓在C放電時(shí)接近于零，這就可在C上得到從零伏開(kāi)始上升的線性鋸齒波振蕩電壓［3］。當(dāng)電跟接通瞬間，由于電容C兩端電壓不能突變，所以2腳電位為零電位，根據(jù)555內(nèi)部的特性，3腳立刻出高電平，這時(shí)將5腳電壓控制在V上。電容器C從零伏開(kāi)始充電，當(dāng)C充電到電壓為V值的瞬間，3腳轉(zhuǎn)為低電平，接近于零伏，由于3腳與5腳直接相連，使5腳電位變成零伏。C通過(guò)7腳迅速放電，所需的放電時(shí)間幾乎為零，再根據(jù)555內(nèi)部特性，由于5腳為零伏，所以C只有放電到零伏之后，立刻使3號(hào)腳輸出翻轉(zhuǎn)成為高電平V，而不是放電到三分之一V。然后C再次從零伏開(kāi)始充電，如此周而復(fù)始。圖5所示是用555構(gòu)成的多諧振蕩器。仿真電路圖如圖5所示。

圖4 基爾霍夫電壓定律

圖5 多諧振蕩器

連接好電路，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)后，并使示波器放大狀態(tài)得到的波形如圖6所示。同時(shí)也可以改變電路的參數(shù)，觀察改變參數(shù)時(shí)對(duì)電路輸出的影響，結(jié)果直觀準(zhǔn)確。

圖6 多諧振蕩器的波形圖

3 結(jié)語(yǔ)

利用EWB軟件進(jìn)行電工電子教學(xué)，可以有助于理解電路理論知識(shí)和分析復(fù)雜的電路模型，將抽象的理論形象化、復(fù)雜電路實(shí)際化，與傳統(tǒng)理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比有明顯優(yōu)勢(shì)。把EWB作為一種輔助教學(xué)手段，在電工電子教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合理論教學(xué)的進(jìn)度，有針對(duì)性地使用EWB仿真技術(shù)，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電路的感性認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)電路基本定律、分析方法以及動(dòng)態(tài)電路信號(hào)變化過(guò)程的理解，使乏味的理論教學(xué)變得生動(dòng)起來(lái)。

［1］ 鐘文耀，段玉生，何麗靜.EWB電路設(shè)計(jì)入門(mén)與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2000

［2］ 張秀娟，陳新華.EDA設(shè)計(jì)與仿真實(shí)踐［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000

［3］ 胡健.EWB在模擬電路仿真中的應(yīng)用［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，2o（1）：58.60

［4］ 高有華等.基于EDA電子線路的仿真［J］.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24（4）：313.316