EWB軟件在《電工電子技術(shù)》課程中的應(yīng)用

喬琳君

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 710089）

0 引言

《電工電子技術(shù)》是高職院校非電類專業(yè)開設(shè)的基礎(chǔ)課程。課程實(shí)踐性強(qiáng)且內(nèi)容廣泛，主要分電工技術(shù)和電子技術(shù)兩塊內(nèi)容。學(xué)生對電工技術(shù)的內(nèi)容學(xué)習(xí)時比較輕松，但是對電子技術(shù)，尤其是模擬電子技術(shù)多數(shù)學(xué)生不能很好地掌握，學(xué)習(xí)效果不好。為了能讓學(xué)生很好地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高教學(xué)效果，除了采用生動的多媒體教學(xué)外，還可以增加實(shí)踐內(nèi)容。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限和實(shí)驗(yàn)條件所限，有的實(shí)驗(yàn)效果不明顯，而EWB仿真軟件可以有效地改善以上問題，既解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備少的問題，又可以在教學(xué)過程中讓學(xué)生邊學(xué)邊做，讓每個人主動地參與到學(xué)習(xí)過程中，可以逐漸增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到教學(xué)目的。

EWB 是加拿大Interactive Image Technologies 公司推出的一款電子電路仿真分析、設(shè)計(jì)軟件，它具有直觀的界面，用戶學(xué)習(xí)操作十分簡便，該軟件與其升級版本Multisim軟件相比，使用方式與實(shí)際更接近，同時它還帶有豐富齊全的元器件庫，根據(jù)需要可靈活改變各器件的參數(shù)，因此它能演示各種復(fù)雜電路系統(tǒng)，以查看結(jié)果【1】。

1 直流電路應(yīng)用舉例

學(xué)習(xí)直流電路時，除了要熟悉基本定理的內(nèi)容，還要通過做大量的習(xí)題來加深對定理的理解，才能靈活地應(yīng)用這些定理。在實(shí)際教學(xué)時發(fā)現(xiàn)，學(xué)生一般對電路結(jié)構(gòu)的認(rèn)識比較清晰，也能根據(jù)電路的特點(diǎn)和要求選用合適的方法。但列寫電路方程時往往對于電阻的電壓、電源的電動勢正負(fù)號容易取反，另外在計(jì)算時出錯，尤其在方程數(shù)多時這一問題尤為明顯。并且采用傳統(tǒng)的計(jì)算方法時比較費(fèi)時。因此選用圖形化的直觀的EWB仿真軟件對電路仿真，可以簡化電路分析過程。

應(yīng)用EWB仿真求解圖1電路中各支路電流。已知：US1=140V，US2=90V，R1=20?，R2=5?，R3=6?。搭建仿真電路如圖2。

仿真步驟：

①在Basic（基本元器件庫）里找出需要的電阻；

在Sources（電源庫）里找出直流電源模塊；

在Indicators（指示儀器庫）找出電壓電流測量模塊；

②對所用元件及儀表進(jìn)行參數(shù)修改。

③連接線路，注意在直流電路里電流表的極性。

④打開仿真開關(guān)，仿真讀數(shù)。如果電流表結(jié)果為負(fù)值，說明實(shí)際電流與參考電流反向。

圖1 直流電路原理圖

圖2 直流電路仿真圖

從圖2看出，I1=4A，I2=6A，I3=10A。利用基爾霍夫電流定律可以進(jìn)行驗(yàn)證I1+I2=I3，所以仿真結(jié)果正確。從這一仿真實(shí)例可以看出不需要寫支路電流方程，大大簡化了計(jì)算過程，也保證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。

2 交流電路應(yīng)用舉例

交流電路如圖3所示，已知 ，R1=3?，R2=8?，XL=4?，XC=6?。應(yīng)用EWB仿真求解 。

計(jì)算，但先要算出電感支路和電容支路的分阻抗，再利用阻抗的并聯(lián)公式算出整個電路的總阻抗，才能利用歐姆定律依次算出。在計(jì)算阻抗時既有復(fù)數(shù)的計(jì)算又有三角函數(shù)的計(jì)算，必要時還要用到計(jì)算器等工具。由以上分析看出，交流電路的計(jì)算過程復(fù)雜，易出錯。在此應(yīng)用EWB搭建仿真電路如圖4。

仿真步驟與上節(jié)相同，但要注意以下幾點(diǎn)：

圖3 交流電路原理圖

①題目中給的感抗與容抗值，在電感電容參數(shù)設(shè)置時電感電容的單位分別為H和F，所以要將感抗與容抗值轉(zhuǎn)換為電感電容值；

②交流電源的頻率設(shè)置為50Hz；

③交流電路分析時將電流表模式設(shè)置為交流(AC)模式，而且注意各電流測量模塊的極性不能加反，如果接反將使電流反相。

仿真結(jié)束后，可以看到總電流，電感電流及電容電流的有效值分別為48.72A，43.49A，22.09A，注意與理論計(jì)算有出入。通過仿真快速地算出了圖3中如果再次遇到類似題型，采用筆算就必須從頭重新計(jì)算一次，比較麻煩。而采用EWB仿真軟件則可以直接調(diào)出相應(yīng)仿真模型對參數(shù)稍做修改即可，大大提高計(jì)算效率。

3 模擬放大電路舉例

圖4 交流電路仿真圖

圖5 反相比例放大電路仿真圖

圖6 反相比例放大電路仿真結(jié)果

由于晶體管熱敏性，導(dǎo)致集成運(yùn)放電路產(chǎn)生零漂，所以實(shí)際的硬件實(shí)驗(yàn)效果不明顯，波形易失真。以下以反相比例放大電路為例進(jìn)行仿真。搭建仿真電路如圖5。

仿真步驟：

①在Basic（基本元器件庫）里找出需要的電阻；

在Sources（電源庫）里找出交流電源模塊和地；

在Analog ICs（模擬集成電路庫）找出運(yùn)算放大器；

在Indicators（指示儀器庫）找出示波器模塊；

②對所用元件及儀表進(jìn)行參數(shù)修改。

③連接線路。

④打開仿真開關(guān)，從示波器中讀取仿真結(jié)果。

從圖6示波器的結(jié)果看，電路放大倍數(shù)Au=uo/ui=100，而且輸入電壓與輸出電壓波形反相。仿真結(jié)果與理論計(jì)算Au=-Rf/Ri=-100相同。

4 數(shù)字電路應(yīng)用舉例

在此以同步十進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器74LS160實(shí)現(xiàn)的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行仿真。

采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160設(shè)計(jì)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以通過兩片74LS160級聯(lián)的方式先擴(kuò)展成100進(jìn)制，再應(yīng)用反饋清零或同步預(yù)置數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制。設(shè)十位計(jì)數(shù)器的編號為2，個位計(jì)數(shù)器的編號為1。使用反饋復(fù)零法設(shè)計(jì)，步驟如下：

①寫出60對應(yīng)的二進(jìn)制代碼:01100000，即十位計(jì)數(shù)器的輸出 Q2D Q2C Q2B Q2A=（6)D=（0110)B，個位計(jì)數(shù)器的輸出 Q1D Q1C Q1B Q1A=（0)D=（0000)B

②求反饋復(fù)零邏輯表達(dá)式：CLR/十位計(jì)數(shù)器=CLR/個位計(jì)數(shù)器

③在EWB軟件里搭建仿真電路如圖7。具體如下：

a、在 EWB的 Digital ICs（數(shù)字集成電路庫）選擇 2片74LS160集成計(jì)數(shù)器，在Logic Gates（邏輯門電路庫）選擇與非門，在Sources（信號源庫）選擇Vcc電源、地和脈沖信號源，在Indicators（指示器庫）選擇2個數(shù)碼顯示管將以上器件拖放在工作區(qū)的合適位置。

b、設(shè)置所用元件參數(shù)。

c、連接線路。主要注意個位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端RC0連接到十位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)端ENP=ENT，如圖7紅色線；反饋與非門輸入端接十位計(jì)數(shù)器的Q2CQ2B，輸出反饋到兩個計(jì)數(shù)器的復(fù)位清零端CLR/，如圖7紫色線。

圖7 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真原理圖

④打開仿真開關(guān)，運(yùn)行仿真電路。仿真時可以看到，從0開始計(jì)數(shù)時，來一個脈沖，個位計(jì)數(shù)器增1，當(dāng)?shù)谑畟€脈沖來后，個位計(jì)數(shù)器進(jìn)位，個位計(jì)數(shù)器為0，十位計(jì)數(shù)器顯示1。即每計(jì)十個脈沖，十位計(jì)數(shù)器增1。整體看，當(dāng)計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)計(jì)到59時開始循環(huán)，說明圖7實(shí)現(xiàn)了60進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器功能。

采用EWB仿真時，通過顯示器可以讓學(xué)生直觀地看到計(jì)數(shù)器工作過程，同時可以靈活地改變反饋清零信號實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。那么給學(xué)生提出設(shè)計(jì)要求讓學(xué)生進(jìn)行充分地練習(xí)，使學(xué)生能更好地掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，使教學(xué)過程變得輕松愉快。

5 結(jié)束語

本文主要選取交直流電路、模擬電路及數(shù)字電路中的典型電路，通過EWB軟件對其進(jìn)行仿真，詳細(xì)介紹了仿真過程。從以上仿真實(shí)例看出，在《電工電子技術(shù)》課程教學(xué)過程中引入EWB仿真軟件，使得教學(xué)過程生動直觀，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，利于學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解并應(yīng)用，最終提高教學(xué)效果。

[1]尹明.EWB仿真軟件在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,6

[2]王維榮.電工電子技術(shù)-電工技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真[M].上海：上海交通大學(xué)，2011

[3]王延才.電工電技術(shù)EDA仿真實(shí)驗(yàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

[4]胡錦.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2011

[5]喬琳君.基于EWB的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器仿真設(shè)計(jì)[J].電子測試，2013,9