張春霞

（四川省達(dá)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,635001）

由于招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，給高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)造成了一定的壓力，實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用嚴(yán)重不足，實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化、陳舊，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地?fù)頂D，學(xué)生人均臺(tái)套數(shù)明顯不足，實(shí)驗(yàn)開出率明顯下降等等。為了保證和提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，各高校想盡一切辦法，開源節(jié)流。紛紛利用計(jì)算機(jī)仿真軟件來替代部分實(shí)物實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的電子電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法耗材多、周期長(zhǎng)、效率低，難以滿足電子技飛速發(fā)展的要求。近幾年來迅速發(fā)展并日臻完善的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)，是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到電子設(shè)計(jì)過程的一門新技術(shù)，它已被廣泛應(yīng)用在電子電路設(shè)計(jì)、仿真、印刷電路（PCB）設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)以及可編程器件的編程等工作之中。EDA技術(shù)使電子技術(shù)工作者能在計(jì)算機(jī)上完成電子電路的設(shè)計(jì)、性能分析、邏輯設(shè)計(jì)、時(shí)序測(cè)試直至印制電路板的自動(dòng)設(shè)計(jì)。EDA的發(fā)展，極大的提高了電子電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。熟練掌握和運(yùn)用EDA技術(shù)是每一位電子科技工作者的基本要求。

虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比有其獨(dú)特的更有操作性的特點(diǎn)：

（1）虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行У乇Ｕ蠈W(xué)生和設(shè)備的安全；

（2）避免了煩瑣的實(shí)驗(yàn)操作過程，有效地提高了實(shí)驗(yàn)效率；

（3）能在更方便的仿真實(shí)驗(yàn)中完成我們不能完成或比較難完成的實(shí)驗(yàn)；

（4）彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室里面實(shí)驗(yàn)元器件的不足；

（5）降低科研成本和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

1 EWB功能及其特點(diǎn)

目前在電子類實(shí)驗(yàn)方面已經(jīng)出現(xiàn)了很多EDA設(shè)計(jì)、分析軟件，利用虛擬的概念，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電路分析、設(shè)計(jì)。從事電子工程的工作人員運(yùn)用虛擬平臺(tái)EWB軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真和調(diào)試。一方面來驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路是否合理，另一方面，可以通過改變電路中的元件參數(shù)，使得整個(gè)電路的電氣性能更完善。

EWB的顯著特點(diǎn)：仿真手段切合實(shí)際；元器件庫(kù)不但提供了數(shù)千種電子元器件供選用，還提供了各種元器件的理想值。同時(shí)，根據(jù)需要也可以新建或擴(kuò)建已有的元器件庫(kù)，因此極大地方便了使用者；EWB提供了豐富的電路分析功能，包括電路的穩(wěn)態(tài)分析和瞬態(tài)分析、頻域分析和時(shí)域分析、線性和非線性分析、噪聲和失真分析等常規(guī)分析方法。它還可以給電路設(shè)置故障，如短路、開路和不同程度的漏電分析和狀態(tài)觀察，從而加深對(duì)概念原理的理解，這是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中不容易做到的，這是電子工作臺(tái)完成虛擬實(shí)驗(yàn)的突出特色。EWB還提供了大量的常例實(shí)用電路庫(kù)、交互SPICE電路模型等功能強(qiáng)大，工作效率極高的理想實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

圖1 三相三線制Y非對(duì)稱負(fù)載情況

圖2

總之，EWB優(yōu)良的兼容性能、直觀的界面、易學(xué)易懂、方式的輸出靈活、元器件的豐富靈活、采用圖形輸入的方式創(chuàng)建電路、可以設(shè)置各種電路故障進(jìn)行分析、電路分析方法眾多、具有完整的混合模擬和數(shù)字信號(hào)模擬功能等眾多優(yōu)點(diǎn)，為如今的各方面電子電路的建設(shè)提供了有力的技術(shù)保障。

圖3 555定時(shí)器組成的報(bào)警電路

圖4 報(bào)警器的工作波形

2 EWB在電工電子實(shí)驗(yàn)中的仿真應(yīng)用

2.1 三相三線制Y非對(duì)稱負(fù)載交流電路的仿真

在EWB界面搭建三相三線制Y形非對(duì)稱負(fù)載交流電路，如圖1所示。其中三相電壓有效值均為220V，頻率50HZ，相位互差120度。示波器VA、VB通道分別接入兩相電壓，便于觀察其相位系統(tǒng)。電流表M0專門用于觀測(cè)中線電流。

當(dāng)按圖1所示的搭建好電路，閉合仿真電源，圖2改變所選相電壓可逐一觀察三相互差120。系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行仿真分析。分析結(jié)果通過儀表度的相位關(guān)系

和示波器顯示，如圖2所示。

2.2 報(bào)警電路的仿真

隨著現(xiàn)代社會(huì)數(shù)字化進(jìn)程的加快，作為EWB仿真技術(shù)在數(shù)字領(lǐng)域應(yīng)用也十分廣泛，如對(duì)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)、組合邏輯電路的功能測(cè)試、集成可逆計(jì)數(shù)器的應(yīng)用、555定時(shí)器的應(yīng)用等的研究與開發(fā)提供了良好的技術(shù)操作平臺(tái)。在數(shù)字電路中的仿真電路模擬同前面的在電工電路中的一樣，只要我們掌握了其原理就能在這一平臺(tái)上設(shè)計(jì)出自己的電路來，并且通過反復(fù)的模擬進(jìn)行可行性論證，從而運(yùn)用到我們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)中去。

在EWB主界面下打開混合集成電路庫(kù)，選擇兩片555定時(shí)器并配以適當(dāng)?shù)耐鈬M成圖3所示電路，利用左振蕩器的高、低電平控制右振蕩器產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的振蕩，可推動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生報(bào)警的效果。報(bào)警電路中左右兩振蕩器輸出電壓波形如圖4，Vo1為低頻振蕩， Vo2為高頻振蕩。

利用555定時(shí)器組成報(bào)警電路還有多種方案，例如；可將左振蕩器電容上三角波電壓接至右振蕩器的控制電壓輸入端，使右振蕩器產(chǎn)生變頻振蕩，產(chǎn)生報(bào)警效果。

3 虛擬儀器在電工電子技術(shù)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用前景

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新器件與新的實(shí)驗(yàn)方法層出不窮，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法有點(diǎn)落后于時(shí)代的發(fā)展。為此，各大院校相繼建立起電子電工實(shí)驗(yàn)中心與EDA教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，確立了實(shí)際操作與計(jì)算機(jī)模擬仿真相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，從培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)和提高實(shí)際工作能力出發(fā)，突出創(chuàng)新教育，注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，形成一個(gè)靈活多樣、適應(yīng)不同層次、不同專業(yè)要求的新型的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)體系，以適應(yīng)面向21世紀(jì)人才培養(yǎng)的需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 周常森．電子電路計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) .山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001．

[2] 劉軍、陳嵐嵐．電路與電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)教程．西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006．

[3] 陳大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)第三版-電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及現(xiàn)代EDA技術(shù).南教京2011