EDA技术在《电子线路》实验教学中的应用

2011-10-25周全寿

唐山师范学院学报 2011年2期

周全寿

（太原师范学院物理系，山西太原 030012）

EDA（Electronics Design Automation）技术是随计算机技术和集成电路技术飞速发展，应用而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化技术。EDA技术包含了IC设计、电子电路设计和PCB设计。EDA技术软件种类较多，其中由加拿大Interactive Image Technologic公司20世纪90年代推出的 EWB（Electronics Workbench），以简单易学、操作方便、界面直观、功能强大、器件种类丰富等特点得到广泛的应用，是国际公认的成熟的电路仿真软件。将EDA技术引入电子线路实验课程的课堂教学、实践教学、课程设计和综合创新，可为提高学生理论知识的理解和掌握、分析问题、解决问题能力以及思维创新能力提供良好的培养平台。

1 EDA技术教学引入实验教学的可行性

实验教学是课程教学过程中的重要环节，在电子线路课程的教学中，教师要向学生讲授器件的基本原理，分析电路的传输特性。如果仅靠教师的板书、板画、语言描述，学生接收到的只是概念、难以理解、不易掌握的公式、曲线及数据。将EDA技术引入课堂，在讲述理论概念的同时，由EWB现场演示讲授内容、让学生看到模拟实物，通过虚拟仪器的检测，观察到电路中电流，电压等电量的波形和数据，分析其各电量之间的关系，可使学生在实践基础上，加强对理论知识的理解和掌握。

EWB提供了丰富的器件库，仪表库，电源库，完全是一个现代化的多功能虚拟实验室如图1所示[1]，它完全可以满足教学的需要。随着多媒体技术发展和多媒体设备的普及，将EWB与之结合，实现一个可移动的虚拟实验室来解决上述问题，实现了EDA技术引入课堂教学的可行性。

2 EWB在电子线路实验教学中的应用

2.1 在基础实验教学中应用

将EWB经多媒体手段展示给学生。在讲授功率放大器工作原理时，学生对静态工作点的选取决定功率放大器的类型，以及电路产生的非线性失真（饱和失真、截止失真、交越失真）的原因等内容难以理解及掌握[2]。通过EWB将各类功效电路形式、功放管 V-A特性曲线展示出来、灵活选取偏置电路中电阻的不同参数，可立即在屏幕上展示出虚拟仪器所测出的静态直流参数及动态波形，如图2所示。

图1 EWB器件与仪器仪表图解

图2 乙类互补功率放大电路仿真数据与波形

图2 中虚拟示波器展示了输出波形产生了交越失真，分析可知是由于功放管的死区电压存在所致。只要给功放管合适的导通偏压，构成甲乙类互补功放器，就可以消除交越失真，如图3所示。

图3 甲乙类互补功率放大电路仿真数据与波形

这时再加上教师的讲解、分析与比较，学生将很快能理解并掌握正确设置静态工作点及区分不同非线性失真及改造电路消除失真的办法。

又如，在讲授运算放大器在运算电路中的应用时[3]，可用EWB连接所讲电路，选择输入信号，用虚拟示波器检测并展示输出波形，总结其传输函数，如图4所示。

图4 反向比例运算放大器仿真电路及测量数据

由测量结果可推得：

这样既有感性认识又有理论推导，丰富的知识量和表现力，使学生很容易理解，大大地提高了学习效率和教学质量。

2.2 在创新实验教学中的应用

传统的实验教学中，由于器材的局限性，开设出的实验项目数量偏少、规模也较小。引入EDA技术，可利用EWB和PC构成一个多功能虚拟实验室。由于EWB中的测试仪器的操作面板同实验室真实仪器的操作面板相差无几，学生课后也能进行虚拟实验，从而掌握仪器的使用方法及电路的测量手段，并能将教学中预置的某元件发生短路、断路、漏电等故障，而这在实际实验中则较难以实现（因其可能会导致元器件或仪器的损坏）。EWB既能设置以上的各种情景，又不会因为操作不当造成元器件或仪器的损坏，充分体现了EWB具有省钱、省力、省时、高效的优点。

另外，EWB也为学生进行研究设计性实验[4]，培养学生的创新能力，为学生课程设计、毕业设计提供了良好的实验仿真平台，从而培养学生乐于搜索、勇于创新的精神。如课程设计“数字电子钟”，如图5所示。