電工學(xué)實驗教學(xué)改革中EWB的應(yīng)用

通過列舉EWB仿真實驗實例，說明EWB仿真在電工學(xué)實驗教學(xué)改革中的重要作用。實踐證明，仿真技術(shù)的推廣應(yīng)用，極大地提高了實驗效率，擴(kuò)展了學(xué)生的實驗內(nèi)容和空間，有助于提高學(xué)生動手實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

EWB仿真實驗教學(xué)改革仿真實驗一、引言

“電工學(xué)”作為具有很強(qiáng)理論性、實踐性和實用性的技術(shù)基礎(chǔ)課，其實驗課內(nèi)容非常豐富，可達(dá)近百個實驗之多。若全部開設(shè)，相關(guān)實驗設(shè)備和儀表的投入不是一般院校所能負(fù)擔(dān)的，即使具備了硬件條件但電工學(xué)實驗的學(xué)時卻是有限的，造成不能讓學(xué)生在實驗室完成所有實驗項目的現(xiàn)實。然而，當(dāng)前倡導(dǎo)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，希望為學(xué)生提供更多的動手實踐機(jī)會。在這種形勢下，將EWB仿真引入實驗教學(xué)可以解決上述問題。在我校的電工學(xué)實驗教學(xué)改革中，充分利用EWB仿真軟件為學(xué)生搭建了虛擬實驗平臺，擴(kuò)展了學(xué)生的實驗內(nèi)容和空間，有助于提高學(xué)生動手實踐能力、分析問題和解決問題的能力，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。

二、EWB在電工學(xué)實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用

EWB（Electronics Workbench）作為電子線路設(shè)計模擬和仿真軟件，目前已在電子工程設(shè)計等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。EWB具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點。作為虛擬的電子工作臺，EWB提供了豐富的元器件庫和儀器儀表庫，能夠完成各種電路的設(shè)計、測試和分析。

電工學(xué)中的基礎(chǔ)性、綜合性和設(shè)計性的硬件實驗，都可以用EWB軟件來實現(xiàn)，包含電路、模擬電子和數(shù)字電子等方面的內(nèi)容。而且EWB還可以完成硬件實驗難以完成的內(nèi)容，并且不用考慮安全用電的問題。本文舉其中幾個典型的實例。

1.三相交流電路中照明系統(tǒng)故障分析

三相交流電路的實驗屬于強(qiáng)電實驗，要求提供220V的相電壓和380V的線電壓，并且其中關(guān)于照明系統(tǒng)故障分析中，需要元件處于開路和短路的狀態(tài)研究中線的作用。在硬件實驗中如果操作不當(dāng)就會發(fā)生危險。利用EWB軟件進(jìn)行仿真就無需緊張強(qiáng)電的潛在危險了。而且改變元件開路或短路的狀態(tài)也非常簡單。

要研究的三相交流電路仿真電路圖如圖1所示，電阻代表不同的電燈組，在電阻屬性對話框中選擇“Open”表示電阻開路，選擇“Short”表示電阻短路。在圖1有中線和無中線時，通過測量5（電阻分別處于開路和短路兩種狀態(tài)下、負(fù)載為對稱（RA=RB=RC=5Ω）和不對稱（RA=5Ω，RB=10Ω，RC=20Ω）時的B相和C相電壓，研究中線的作用。無中線時的測量實驗數(shù)據(jù)如表1所示，有中線時電壓均為220V，說明為了保證照明系統(tǒng)在某相負(fù)載出現(xiàn)故障后不影響其他相負(fù)載的正常工作，應(yīng)該在電路中加中線。

2.單管共射放大電路中晶體管溫度特性的研究

硬件實驗中難以對半導(dǎo)體器件因熱敏性對放大電路性能的影響進(jìn)行溫度特性的研究，但利用EWB仿真卻很容易實現(xiàn)。在圖2所示的單管共射放大電路中，改變晶體管設(shè)置選項中的溫度值，通過測量溫度為25（C～100（C時的靜態(tài)電流和電壓值，可以得到溫度變化對靜態(tài)工作點的影響為：隨著溫度的升高，放大電路的靜態(tài)基極電流和發(fā)射極電流增大，集射間電壓減小的溫度特性。

3.頻率特性的研究

利用硬件電路來研究電路的頻率特性時，需要測出很多組數(shù)據(jù)才能繪出幅頻特性和相頻特性曲線，學(xué)生們通常手忙腳亂，費了很長時間卻很難獲得理想效果。如果先采用EWB進(jìn)行仿真，在仿真過程中熟悉儀器使用和電路性能，然后再進(jìn)行硬件實驗就會收到事半功倍的效果。

在圖2電路中加一幅度為10mV、頻率為1KHz的輸入電壓，利用波特圖儀可以得到幅頻特性曲線、相頻特性曲線如圖3所示。（a）為幅頻特性曲線，從中可以讀出中頻增益46.18dB、上下限截止頻率分別為7.9MHz、6.8Hz；（b）為相頻特性曲線，從中可以讀出中頻相移-135°～ -226°

三、EWB仿真實驗與傳統(tǒng)硬件實驗有機(jī)結(jié)合

利用EWB進(jìn)行仿真實驗的優(yōu)點是可以快速、直觀的得到實驗結(jié)果，容易實現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計。其局限性是學(xué)生對實際元器件、實際儀表和實際電路沒有感性認(rèn)識，體會不到“接觸不良”和“干擾”的現(xiàn)象，體驗不到實際實驗過程中因各種操作錯誤引起的故障分析。

在電工學(xué)實驗教學(xué)中使用EWB仿真可以達(dá)到實驗教學(xué)的其中一個目的，那就是加深學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解和掌握；而在實現(xiàn)第二個目的，即提高學(xué)生對實際電路的認(rèn)識、培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力、分析問題和解決問題的能力時有一定的局限性。仿真實驗畢竟只是“紙上談兵”，其結(jié)果必然要在現(xiàn)實的線路中實現(xiàn)。因此，仿真實驗一定要與實際實驗有機(jī)結(jié)合，充分利用各自優(yōu)勢，相互彌補各自不足，才能進(jìn)一步拓寬學(xué)生的實驗內(nèi)容和空間，提高學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。

四、小結(jié)

在電工學(xué)實驗教學(xué)改革中，充分利用EWB仿真有效輔助硬件線路實驗，加強(qiáng)了學(xué)生對理論內(nèi)容的理解和掌握，開拓思路增強(qiáng)求知欲望，節(jié)省實驗時間提高效率。實踐表明借助EWB仿真，使學(xué)生掌握了電子電路仿真分析及設(shè)計技術(shù)，擴(kuò)展了學(xué)生的實驗內(nèi)容和空間，增強(qiáng)了對硬件線路的綜合設(shè)計和分析能力，達(dá)到了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目的。

參考文獻(xiàn)：

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