EWB在電工電子教學中的應(yīng)用

朱清智，袁 鑄，胡應(yīng)占

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河南 南陽473000）

電工學在電類專業(yè)中占有重要地位，具有綜合性、實踐性強的特點，主要是培養(yǎng)學生學習專業(yè)知識和從事工程技術(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、課時少的特點非常突出，充分運用好課堂教學時間，調(diào)動學生的學習積極性，明確學習目標，優(yōu)化教學效果，就顯得尤為重要。因此，在教學過程中引入電子仿真軟件EWB，能將難以說明的原理可以用生動的畫面來解釋，不便進行或沒有時間去驗證的實驗可以通過電子仿真軟件EWB來實現(xiàn)，從而成為課堂教學的有利補充和加強，能有效的激發(fā)學生對該課程的學習興趣，實行了教師主導(dǎo)，學生為主體的教學模式，使得互動式教學的效果更加完善。

1 EWB軟件簡介

電子工作平臺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軟件，它具有如下特點。

（1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計算機屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測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物相似，可以實時顯示測量結(jié)果。

（3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。

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

（5）EWB還是一個優(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驗室中更靈活的方式進行電路實驗，仿真電路的實際運行情況，熟悉常用電子儀器測量方法［1］。

總之，EWB軟件的工作界面非常直觀，即使是未使用過它的教師和學生，稍加學習就可以熟練地應(yīng)用它。有了它很多實際當中無條件做的實驗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，使學生的創(chuàng)造能力更加充分地得以體現(xiàn)，使學生對理論課所學的知識得到驗證，從而加深對理論知識的理解和運用。

2 EWB軟件在電工電子課程中的應(yīng)用

學生可以根據(jù)教學內(nèi)容和要求創(chuàng)建一個線路圖，按下電源開關(guān)后，就可以從示波器等測試儀器上讀得電路中被測數(shù)據(jù)。整個運行過程可分成以下幾個步驟：

（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，對參數(shù)進行設(shè)置。

（3）電路分析：對輸入信號進行分析，它將占據(jù)CPU工作者的大部分時間，是電路進行仿真和分析的關(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。

（4）數(shù)據(jù)輸出：從測試儀器如示波器或萬用表上獲得仿真運行的結(jié)果。也可以從“分析”欄中的“分析顯示圖”中看到測量、分析的波形圖［2］。

下面結(jié)合三個例子來簡要說明EWB在電工電子實驗中的應(yīng)用。

2.1 移相電路

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

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

（2）將示波器的輸入信號線該為紅色，輸出信號線該為紅色。

（3）打開仿真開關(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滯后于輸出信號。

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，任何時刻，對任一節(jié)點所有流出節(jié)點的支路電流的代數(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。打開仿真開關(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，4.349＋ （－1.217）＋（－3.130）＝0，驗證了 KCL定律。圖4中電壓表的讀數(shù)即為仿真分析的結(jié)果?？梢?，3.600＋6.00＋2.400＝12，驗證了KVL定律。在教學演示過程中可隨時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)來驗證基爾霍夫定律，加深學生對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)部的兩個比較器的基準電壓在C放電時接近于零，這就可在C上得到從零伏開始上升的線性鋸齒波振蕩電壓［3］。當電跟接通瞬間，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，這時將5腳電壓控制在V上。電容器C從零伏開始充電，當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7腳迅速放電，所需的放電時間幾乎為零，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，打開仿真開關(guān)后，并使示波器放大狀態(tài)得到的波形如圖6所示。同時也可以改變電路的參數(shù)，觀察改變參數(shù)時對電路輸出的影響，結(jié)果直觀準確。

圖6 多諧振蕩器的波形圖

3 結(jié)語

利用EWB軟件進行電工電子教學，可以有助于理解電路理論知識和分析復(fù)雜的電路模型，將抽象的理論形象化、復(fù)雜電路實際化，與傳統(tǒng)理論實驗教學相比有明顯優(yōu)勢。把EWB作為一種輔助教學手段，在電工電子教學過程中，結(jié)合理論教學的進度，有針對性地使用EWB仿真技術(shù)，可以增強學生對電路的感性認識，加深學生對電路基本定律、分析方法以及動態(tài)電路信號變化過程的理解，使乏味的理論教學變得生動起來。

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

［2］ 張秀娟，陳新華.EDA設(shè)計與仿真實踐［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000

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

［4］ 高有華等.基于EDA電子線路的仿真［J］.沈陽工業(yè)大學學報，2002，24（4）：313.316