EWB在电工电子教学中的应用

朱清智，袁 铸，胡应占

（河南工业职业技术学院，河南 南阳473000）

电工学在电类专业中占有重要地位，具有综合性、实践性强的特点，主要是培养学生学习专业知识和从事工程技术工作打下良好的电工电子技术的理论基础，并受到必要的基本技能训练。由于本课程量大面广、课时少的特点非常突出，充分运用好课堂教学时间，调动学生的学习积极性，明确学习目标，优化教学效果，就显得尤为重要。因此，在教学过程中引入电子仿真软件EWB，能将难以说明的原理可以用生动的画面来解释，不便进行或没有时间去验证的实验可以通过电子仿真软件EWB来实现，从而成为课堂教学的有利补充和加强，能有效的激发学生对该课程的学习兴趣，实行了教师主导，学生为主体的教学模式，使得互动式教学的效果更加完善。

1 EWB软件简介

电子工作平台EWB软件是加拿大IIT公司推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有如下特点。

（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；

（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。

（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。

（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法［1］。

总之，EWB软件的工作界面非常直观，即使是未使用过它的教师和学生，稍加学习就可以熟练地应用它。有了它很多实际当中无条件做的实验都可以得到满意的结果。也摆脱受昂贵的仪器设备和元器件的限制的约束，使学生的创造能力更加充分地得以体现，使学生对理论课所学的知识得到验证，从而加深对理论知识的理解和运用。

2 EWB软件在电工电子课程中的应用

学生可以根据教学内容和要求创建一个线路图，按下电源开关后，就可以从示波器等测试仪器上读得电路中被测数据。整个运行过程可分成以下几个步骤：

（1）数据输入：将已创建的电路图结构、元器件数据读人，选择分析方法。

（2）参数设置：程序会检查输入数据的结构和性质，以及电路中的阐述内容，对参数进行设置。

（3）电路分析：对输入信号进行分析，它将占据CPU工作者的大部分时间，是电路进行仿真和分析的关键。它将形成电路的数值解，并将所得数据送至输出级。

（4）数据输出：从测试仪器如示波器或万用表上获得仿真运行的结果。也可以从“分析”栏中的“分析显示图”中看到测量、分析的波形图［2］。

下面结合三个例子来简要说明EWB在电工电子实验中的应用。

2.1 移相电路

移相技术广泛应用于相位测量和相位表的检定工作，是任何交流试验装置中都不可或缺的重要组成部分，诸如电能表校验台、交流电工仪表校验台、电量变送器校验台、继电器校验台等，都以它为主要结构部件［4］。

（1）根据设计要求，分别从不同的元器件库中图1所示的元器件，在“面包板”上绘制如图1所示的电路。并按照图所示设定各元器件的参数。

（2）将示波器的输入信号线该为红色，输出信号线该为红色。

（3）打开仿真开关后，并使示波器放大状态得到的波形如图2所示。从图中明显看出输入信号滞后于输出信号。

2.2 基尔霍夫定律

基尔霍夫定律是集总电路的基本定律，它包括电流定律和电压定律，其中电流定律指出在集总电路中，任何时刻，对任一节点所有流出节点的支路电流的代数和恒等于零，电压定律指出在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零［2］。

图1 移相电路图

图2 移相波形图

在EWB的原理图编辑窗口中创建图图3，4电路。打开仿真开关后，图3中的电流表的读数即为仿真 分 析 的 结 果。 可 见，4.349＋ （－1.217）＋（－3.130）＝0，验证了 KCL定律。图4中电压表的读数即为仿真分析的结果。可见，3.600＋6.00＋2.400＝12，验证了KVL定律。在教学演示过程中可随时更改电路中元器件的值，甚至更改电路的结构，用多组仿真数据来验证基尔霍夫定律，加深学生对基尔霍夫定律的理解［4］。

图3 基尔霍夫电流定律

2.3 多谐振荡器

多谐振荡器又称为方波振荡器。原理：用555时基电路3脚的输出电压，反馈到5脚，迫使555电路内部的两个比较器的基准电压在C放电时接近于零，这就可在C上得到从零伏开始上升的线性锯齿波振荡电压［3］。当电跟接通瞬间，由于电容C两端电压不能突变，所以2脚电位为零电位，根据555内部的特性，3脚立刻出高电平，这时将5脚电压控制在V上。电容器C从零伏开始充电，当C充电到电压为V值的瞬间，3脚转为低电平，接近于零伏，由于3脚与5脚直接相连，使5脚电位变成零伏。C通过7脚迅速放电，所需的放电时间几乎为零，再根据555内部特性，由于5脚为零伏，所以C只有放电到零伏之后，立刻使3号脚输出翻转成为高电平V，而不是放电到三分之一V。然后C再次从零伏开始充电，如此周而复始。图5所示是用555构成的多谐振荡器。仿真电路图如图5所示。

图4 基尔霍夫电压定律

图5 多谐振荡器

连接好电路，打开仿真开关后，并使示波器放大状态得到的波形如图6所示。同时也可以改变电路的参数，观察改变参数时对电路输出的影响，结果直观准确。

图6 多谐振荡器的波形图

3 结语

利用EWB软件进行电工电子教学，可以有助于理解电路理论知识和分析复杂的电路模型，将抽象的理论形象化、复杂电路实际化，与传统理论实验教学相比有明显优势。把EWB作为一种辅助教学手段，在电工电子教学过程中，结合理论教学的进度，有针对性地使用EWB仿真技术，可以增强学生对电路的感性认识，加深学生对电路基本定律、分析方法以及动态电路信号变化过程的理解，使乏味的理论教学变得生动起来。

［1］ 钟文耀，段玉生，何丽静.EWB电路设计入门与应用［M］.北京：清华大学出版社，2000

［2］ 张秀娟，陈新华.EDA设计与仿真实践［M］.北京：机械工业出版社，2000

［3］ 胡健.EWB在模拟电路仿真中的应用［J］.重庆工商大学学报，2003，2o（1）：58.60

［4］ 高有华等.基于EDA电子线路的仿真［J］.沈阳工业大学学报，2002，24（4）：313.316