ＥＷＢ技術(shù)在電子線路教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要:通過(guò)介紹用EWB分析“直流穩(wěn)壓電源”電路，探討該電子技術(shù)仿真軟件在模擬電子線路教學(xué)中的應(yīng)用，以加深學(xué)生對(duì)電路原理的理解，培養(yǎng)學(xué)生的分析、解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞:EWB 整流 濾波 直流穩(wěn)壓電源

中圖分類號(hào):G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào): 1673-1875(2008)08-102-02

在模擬電子線路的教學(xué)中， 有一些典型電路， 如單管放大電路的放大原理分析、振蕩電路的起振條件、OTL 電路的放大及失真、直流穩(wěn)壓電源中的整流、濾波和穩(wěn)壓過(guò)程等， 都可以利用EWB仿真軟件進(jìn)行演示， 不但可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性， 活躍課堂氣氛， 而且因?yàn)镋WB可以靈活改變各種模擬參數(shù)， 然后進(jìn)行電路模擬， 利用所學(xué)的電子線路理論知識(shí)分析相應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象， 這樣既加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，又培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。

一、EWB軟件介紹

EWB軟件是加拿大InteractiveImageTechnologies 公司推出的專用于電子線路仿真的軟件工具，它被稱為電子設(shè)計(jì)工作平臺(tái)或虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。EWB的特點(diǎn)是:操作界面方便友好，具有和真實(shí)環(huán)境相一致的可視化界面，從原理圖的輸入到電路仿真測(cè)試都可以輕而易舉地完成;含有豐富的電子元件模型，還能根據(jù)需要新建或擴(kuò)充元件庫(kù);虛擬電子設(shè)備齊全，包括示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、萬(wàn)用表、頻譜儀和邏輯分析儀。

利用這些工具，用戶不僅可以清楚地了解電路的工作狀態(tài)，還可以測(cè)量電路的穩(wěn)定性和靈敏度，提供了4種掃描分析，可以觀察各種元器件和參數(shù)變化時(shí)電路的變化情況，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式相比較，更能突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以學(xué)生為中心的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，從而提高學(xué)生對(duì)電路的綜合分析能力、設(shè)計(jì)能力以及創(chuàng)新能力。

二、EWB技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

我校的電子專業(yè)開(kāi)設(shè)了Protel和EWB仿真軟件應(yīng)用課程，學(xué)以致用，本文以電子線路中“直流穩(wěn)壓電源”的教學(xué)為例， 嘗試把EWB技術(shù)融入到電子線路課程教學(xué)中去。

直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖1所示。

電網(wǎng)供給的交流電壓為220V、50Hz（見(jiàn)圖1（a））經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓（見(jiàn)圖1（b）），然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓（見(jiàn)圖1（c））;再用濾波器濾去其交流分量（見(jiàn)圖1（d）），就得到比較平值的直流電壓（見(jiàn)圖1（e）），再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電源來(lái)保證當(dāng)電網(wǎng)電壓和負(fù)載發(fā)生變化時(shí)穩(wěn)定電壓近似不變。

將上述直流穩(wěn)壓電源分成整流、濾波、穩(wěn)壓三部分來(lái)實(shí)施教學(xué)。

（一）整流電路

首先，利用EWB畫(huà)出單相半波整流電路（如圖2所示），并調(diào)整好各元器件的參數(shù);然后用虛擬示波器觀察變壓器副繞組和負(fù)載電阻的輸出波形（如圖3所示），讓學(xué)生“親眼目睹”，真正體會(huì)到為什么叫“半波整流”。

其次，再把虛擬電壓表接到變壓器副繞組兩端和負(fù)載電阻兩端，分別讀出U2和UO，結(jié)合理論，分析是否滿足UO =0.45U2 這個(gè)結(jié)論，使學(xué)生加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。

與上述要求一樣，按圖畫(huà)出一個(gè)橋式整流電路（如圖4所示），并讓學(xué)生按照上述步驟觀察整流后波形（如圖5所示），再測(cè)量U2和UO的值。讓學(xué)生討論理解全波與半波整流的區(qū)別和建立UO =0.9U2結(jié)論。

（二）濾波電路

以圖2為基礎(chǔ)，在RL的兩端并聯(lián)一個(gè)100μF的電容器，組成半波整流濾波電路（如圖6所示），用虛擬示波器觀察的波形（如圖7所示）。在接容量為470μF的電容器，觀察波形和測(cè)量值后，發(fā)現(xiàn)波形更平滑了（如圖8所示），輸出直流電平又有提高，讓學(xué)生建立電容量越大，濾波效果越好的結(jié)論。

在上述二種濾波前提下，將RL從100Ω增大到1000Ω，可觀察大電容量C相同時(shí)，RL較大時(shí)波形平滑，UO值增大。通過(guò)討論讓學(xué)生建立一個(gè)更全面的概念是RLC的乘積越大，濾波效果越好。

如同上述一樣，在圖4的橋式整流電路上并聯(lián)電容器進(jìn)行濾波，改變C的數(shù)值，從100μF到470μF，從記錄的波形和測(cè)量的輸出電壓值可引導(dǎo)學(xué)生得到同半波整流電路同樣的效果。從測(cè)量帶濾波器的全波整流電路的輸出電壓有效值可見(jiàn)UO =1.2U2較無(wú)濾波時(shí)UO =0.9U2大了很多。

(三) 直流穩(wěn)壓電路

在圖4電路的基礎(chǔ)上，再接上如圖9所示的穩(wěn)壓電路，構(gòu)成一個(gè)完整的直流穩(wěn)壓電路。

圖9中，接上負(fù)載RL=100Ω，在負(fù)載電流保持不變的情況下，變壓器輸入電壓分別取220V、198V、242V，測(cè)出負(fù)載兩端電壓，然后計(jì)算出電壓調(diào)整率。分析原因:電路引入負(fù)反饋的作用，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化引起輸出直流電壓的變化是，取樣電路取出輸出電壓的一部分送入比較放大器，并與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差信號(hào)經(jīng)V2放大后送到調(diào)整管V1的基極，使調(diào)整器改變其電壓降以補(bǔ)償輸出電壓的變化，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上面這個(gè)實(shí)例可以看出，EWB軟件直觀的電路圖和仿真分析結(jié)果的顯示形式非常適合于電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，是一種非常好的電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)工具，用EWB進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常接近實(shí)際操作的效果。各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會(huì)像實(shí)際操作那樣多次把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。使電路調(diào)試變得快捷方便?？梢詮浹a(bǔ)實(shí)驗(yàn)器材不足及避免儀器、元器件的損壞。EWB與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)合使用，可以幫助學(xué)生更好地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容，加深對(duì)概念、原理的理解，彌補(bǔ)課堂上理論教學(xué)的不足，而且通過(guò)電路仿真，可以熟悉常用電子儀器的測(cè)量方法，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn):

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