基于EWB的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)和方案探討

摘 要： 電子技術(shù)是電氣自動(dòng)化等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的仿真設(shè)計(jì)教學(xué)是必不可少的，不僅可以加深學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的理解，而且可以為學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐打下基礎(chǔ)。首先，針對(duì)電子技術(shù)中的幾個(gè)重點(diǎn)，作者設(shè)計(jì)出可供學(xué)生練習(xí)的習(xí)題；其次，作者綜合模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)中的知識(shí)點(diǎn)，給出課程設(shè)計(jì)的總體方案和任務(wù)。

關(guān)鍵詞： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) EWB 綜合性設(shè)計(jì)課題

1.引言

電子技術(shù)課程是電氣自動(dòng)化專業(yè)十分重要的基礎(chǔ)課程，目前我校電氣、自動(dòng)化專業(yè)均采用了高等教育出版社出版康華光主編的教材《模擬電子技術(shù)》（第五版）和閆石主編的教材《數(shù)字電子技術(shù)》（第五版）。這些教材作為電子技術(shù)的經(jīng)典教材，帶給學(xué)生很豐富的基礎(chǔ)理論知識(shí)。但是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不僅需要大學(xué)生掌握電子技術(shù)的基本原理，更要求他們結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和需求，掌握電子技術(shù)方面課題的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，尤其是要結(jié)合計(jì)算機(jī)完成方案選擇、方案實(shí)現(xiàn)及分析論證的過程。因此利用現(xiàn)有資源加深學(xué)生對(duì)電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，正是電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的主要目的。

2.EWB概述

Electronics Workbench（簡(jiǎn)稱EWB）以SPICE3F5為模擬軟件的核心，增強(qiáng)了數(shù)字及混合信號(hào)模擬方面的功能，是一個(gè)用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺(tái)”。

EWB軟件提供電路設(shè)計(jì)和性能仿真所需的數(shù)千種元器件和各種元器件的理想?yún)?shù)，同時(shí)用戶還可以根據(jù)需要新建或擴(kuò)充元器件庫。它提供直流、交流、暫態(tài)的13種分析功能。另外，它可以對(duì)被仿真電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電，以觀察不同故障情況下電路的狀態(tài)。EWB軟件輸出方式靈活，在仿真的同時(shí)它可以儲(chǔ)存測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。由于它具有磁盤占用空間小、對(duì)計(jì)算機(jī)要求低和運(yùn)行速度快等特點(diǎn)，有助于對(duì)所學(xué)電子技術(shù)知識(shí)的掌握，提高對(duì)電路的分析能力和學(xué)生的創(chuàng)新能力，因此EWB是目前高校在電子技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用最廣泛的一種電路仿真軟件。

此外，EWB軟件界面形象直觀，操作方便，采用圖形方式創(chuàng)建電路和提供交互式仿真過程。創(chuàng)建電路需要的元器件、電路仿真需要的測(cè)試儀器均可直接從屏幕中選取，且元器件和儀器的圖形與實(shí)物外形非常相似，因此極易學(xué)習(xí)和操作。由于它所具有的這些特點(diǎn)，我們選擇將它作為電子技術(shù)仿真設(shè)計(jì)的操作軟件。

3.基于EWB的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

基于EWB的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)主要涉及基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn)，針對(duì)該門課程的教學(xué)要求及大綱的設(shè)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，我們有針對(duì)性地提取出電子技術(shù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，給出了一些練習(xí)習(xí)題，希望學(xué)生首先能讀懂電路，其次能在EWB軟件環(huán)境下仿真運(yùn)行電子電路，觀察運(yùn)行過程和結(jié)果，找出并排除故障。在習(xí)題練習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生既熟悉了EWB軟件，又加深了基礎(chǔ)點(diǎn)知識(shí)的掌握，因此筆者最后給出了總的設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生運(yùn)用前述經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)、仿真運(yùn)行、調(diào)試改善，完成一次完整的電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也為下一步設(shè)計(jì)方案的硬件實(shí)現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。

根據(jù)我校電氣自動(dòng)化專業(yè)的課程大綱要求，電子技術(shù)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)包括單級(jí)及多級(jí)放大電路、直流電源電路、功率放大電路、運(yùn)送放大器及其應(yīng)用、基本邏輯關(guān)系、組合邏輯電路及應(yīng)用、時(shí)序邏輯電路及應(yīng)用等。這里給出兩個(gè)習(xí)題。

（1）電源、整流和穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電源電路如圖1所示。220V、50Hz的電源經(jīng)變壓器降壓、全波整流和穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓，在輸出端得到一個(gè)12V的穩(wěn)定的直流電壓，運(yùn)行該電路，如有故障則需分析原因并排EE3bTOfiIqqiRUv/XcYwz/B2rW3Nah09iMb+XwSXxL0=除。該習(xí)題任務(wù)之一為變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)，任務(wù)之二為討論濾波電容C的大小與好壞對(duì)電路穩(wěn)定效果的影響，任務(wù)之三為討論電位器Rw調(diào)節(jié)的位置對(duì)電路輸出電壓的影響。

首先要求學(xué)生在EWB軟件環(huán)境中建立如上圖所示的穩(wěn)壓電源電路，此過程可以幫助學(xué)生逐漸熟悉EWB軟件的基本操作。但其實(shí)該電路并不是一個(gè)完美的電路，運(yùn)行過程會(huì)出現(xiàn)故障，此時(shí)需要學(xué)生通過理論知識(shí)的分析，來分析故障產(chǎn)生的原因，并通過調(diào)節(jié)電路中的某些元件參數(shù)加以改正。因此通過該習(xí)題的仿真，學(xué)生不僅初步建立了對(duì)EWB仿真軟件的認(rèn)識(shí)，掌握了其基本使用方法，而且需要重新溫習(xí)有關(guān)穩(wěn)壓電源電路的理論知識(shí)，借此加深了解變壓器設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)選擇，加深了對(duì)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的理解，并提高了電路故障的排除技能，掌握了示波器、電壓表、電流表及萬用表的使用方法。

（2）數(shù)字電路邏輯關(guān)系測(cè)試

數(shù)字電路如圖2所示，任務(wù)為寫該圖電路的邏輯狀態(tài)表、邏輯函數(shù)表達(dá)式，并進(jìn)行化簡(jiǎn)。

在EWB環(huán)境中按圖建立數(shù)字電路圖，運(yùn)行、記錄輸出與輸入之間的關(guān)系，構(gòu)成真值表，以此測(cè)試該數(shù)字電路的邏輯關(guān)系。習(xí)題目的為希望學(xué)生認(rèn)識(shí)、了解數(shù)字電路的功能和測(cè)試方法，掌握邏輯函數(shù)的不同表示方法，熟悉、掌握電路仿真的操作技術(shù)。

4.綜合性設(shè)計(jì)課題

模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)各有側(cè)重點(diǎn)，參加課程設(shè)計(jì)的學(xué)生數(shù)目眾多，而文章篇幅有限，因此在這里我們僅給出兩個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)課題為例。

（1）模擬電子技術(shù)部分

設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)一個(gè)用于晶體管收音機(jī)的功放電路，滿足一定的要求，如由220V交流電源供電；有一定的選頻功能，如要求通過信號(hào)的頻率范圍為（20Hz～2kHz）；有一定的放大倍數(shù)，如前級(jí)和后級(jí)的放大倍數(shù)分別為20和60，在此不一一贅述。

參考步驟為：調(diào)研、查找并收集資料，列出參考資料目錄；繪制電氣原理圖；按所給定的功能要求進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，列出元器件明細(xì)表；在EWB軟件環(huán)境中創(chuàng)建需要進(jìn)行仿真分析的電路圖；仿真運(yùn)行，觀察運(yùn)行過程及結(jié)果，進(jìn)行放大電路的直流工作點(diǎn)分析，進(jìn)行交流頻率分析，并記錄中間數(shù)據(jù)；記錄運(yùn)行過程中的故障，分析原因，調(diào)整方案及參數(shù)直至滿足全部要求。

（2）數(shù)字電子技術(shù)部分

設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)一個(gè)符合實(shí)際的交通信號(hào)燈。

參考步驟為：分析設(shè)計(jì)要求，列出狀態(tài)表，寫表達(dá)式，畫出數(shù)字電路圖，仿真運(yùn)行，調(diào)試直至符合要求。

5.結(jié)語

對(duì)于電氣自動(dòng)化等專業(yè)的學(xué)生來說，掌握了電子技術(shù)的課堂知識(shí)，還需要實(shí)踐來加深對(duì)該門課程知識(shí)的理解，而電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)作為從課堂到實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)橋梁，能很好地發(fā)揮過渡作用，既能使得學(xué)生從課堂下來以后得到一個(gè)緩沖，加深對(duì)課堂知識(shí)的理解，又能培養(yǎng)學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前已經(jīng)掌握初步的電子電路的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技能，為動(dòng)手完成自己的實(shí)際作品打下較好的基礎(chǔ)。筆者根據(jù)專業(yè)課程大綱要求，給出了若干個(gè)課程設(shè)計(jì)的習(xí)題及設(shè)計(jì)方案，希望學(xué)生通過這些設(shè)計(jì)任務(wù)掌握該部分的知識(shí)和技能。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程[M].北京：高等教育出版社，2004.