EWB 教学与高职电子技术教学的融合

丁 燕，赵 鹏

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

随着计算机技术的发展，计算机仿真技术也逐渐发展起来，电子设计工作平台或虚拟电子实验室Electronic Workbench（简称EWB）也在此期间不断地更新、升级。 EWB 仿真软件能对电子技术中几乎所有的基本电路进行模拟仿真分析，因此被越来越多的学校引入到实习环节中去。 但是，由于实习时间有限，且实习多安排在课程结束之后，因而就不能发挥EWB 应有的作用。 如果能将EWB 仿真教学与电子技术课程的教学有机融合起来，无论对提高教学效果，还是对学生自主学习能力的培养，都能起到很好的促进作用。

1 EWB 教学优势与高职电子技术教学的缺陷

1.1 目前高职院校电子技术教学的缺陷

目前，绝大多数高职院校电子技术类课程的教学仍然采用“教师传递→学生接受”的传统教育教学模式，教师对教材中介绍的理论知识进行讲解、传授，学生被动地听老师讲解抽象的电路原理。 这种教学模式不能很好地调动学生的学习积极性和主动性，一些学习习惯不好的学生就有可能会睡觉，或者做一些违反课堂纪律的事情。 这样对整体的教学效果就会产生很大的负面影响，同时也会降低教师的教学成就感。

电子技术课程传统的教学模式不能将理论与实践很好地融合起来。 虽然高职院校电子技术教学中安排有实验实训教学，但学生人数相对较多，实验设备和学时有限，且都是为了验证理论知识，不能使学生在常用元器件的选用、命名、外形等方面得到相应的锻炼。 学生反映，学到的好像是一些彼此无关的基本电路图，而不知道如何利用这些基本电路组装一个实用电路，也不知道如何分析复杂电路中基本电路的作用，对新器件的使用也无从下手。这就造成了“学”与“用”的严重脱节。

从以上分析可以看出，目前电子技术课程的教学模式不利于培养、提高学生的创造性思维能力和动手能力。 若能将EWB 仿真教学与电子技术的教学过程有机融合起来，就可以在很大程度上解决上述问题。 这种教学方式不仅能提高课堂教学的情景化，增强教与学的直观性、生动性和形象性，而且有利于激发和保持学生的学习兴趣，增强课堂教学效果，提高教学质量，同时对锻炼学生的动手能力和自主学习能力也有很大的帮助。

1.2 EWB 仿真软件的教学优势

EWB 提供了虚拟实验和电路分析两种仿真分析手段，几乎能够对电子技术课程（包括电路基础、数字电路、模拟电路等等）中所有基本电路进行仿真实验、分析和设计。 它能够提供电阻、电容、三极管、集成电路等几千种元件；能够提供示波器、万用表、频率特性仪等十几种常用的电子仪器；它还具有强大的电路图绘制功能，可绘制出符合标准的电子图纸；而且具有强大的波形显示功能，并能将结果轻松放入各类文档。 此外，EWB 还能观测开路、短路、漏电和过载等实际无法或不便进行的实验内容。 可以看出，EWB 功能强大，且交互性、可操作性强，富有真实感，与实际的仪器和元件相同，具有很大的教学优势。 学生在设计实验时，可以利用虚拟器件库中丰富的实验器材，自由选择仪器，根据实验要求进行组合；通过属性设置，观察不同的实验结果。 学生还可以按照个人的理解进行实验操作，随意控制实验进程，对实验现象进行细致的观察。 如果实验中出现误操作， 计算机会把破坏性的结果呈现出来，而不会损坏仪器设备[1]。

2 教学融合的实现

2.1 EWB 仿真设计流程

如图1 所示，用EWB 仿真软件模拟实际电路的流程图，可以概述为以下几个步骤。

（1）根据要求，绘制电路原理图。 （2）根据原理图，在工作区域合适的位置放置元器件，用导线连接元件。（3）设置元件参数。（4）仿真运行，在测量仪表上观察仿真结果，并记录相关测量数据。 （5）分析测量结果是否正确。 若正确，继续往下进行；若不正确，分析原因，调整仿真电路，对照电路设计要求更改相关元件参数，返回第（3）步继续进行，直到得到正确结果。 （6）与理论计算对照、比较，计算误差、分析原因，并撰写总结报告。

对任意一个电路的仿真设计都是依照以上步骤进行的。 在仿真过程中可以通过设置不同的元件参数，来研究和分析电路的特性。

图1 仿真设计流程图Fig.1 Simulation design flow

2.2 融合方式

在教学的过程中， 可以采用穿插的教学方式，把仿真教学贯穿在理论教学当中。

（1）对于较难理解的电路理论知识，采用先讲解理论再仿真设计的方式来巩固、加深所学的理论知识。

（2）对于相对较简单的电路理论知识，可以采用先进行仿真设计、观察仿真结果，再讲解理论知识、分析得到此种结果的原因的方式来进行教学。

这样，在整个教学过程中，既有“先因后果”的教学形式，又有“先果后因”的形式，可以增加学生学习的兴趣，从而提高学生学习的效果。

2.3 典型融合实例分析

在模拟电子技术中讲解放大电路时，就可以采用EWB 仿真教学与理论教学相结合的方式。 现采用“先因后果”的教学方式，以其中分压式共射极放大电路为例进行讲解。 如图2 所示，含有射极旁路电容的分压式共射极放大电路原理图，图中各元件参数见表1。 先讲解理论知识， 分析放大电路的特性，通过理论计算，得到电路的放大倍数等参数，然后利用EWB 仿真软件设计电路，测量仿真数据，分析研究用EWB 仿真得到的静态和动态特性是否与实际的理论计算结果相一致。[2]

图2 分压式共射极放大电路图Fig.2 Partial pressure common emitter amplifier circuit diagram

图3 静态工作点的测量电路图Fig.3 Static measuring circuit diagram

表1 分压式共射极放大电路元件参数表Table1 Partial pressure common emitter amplifier circuit component parameters

2.3.1 理论分析

图2 所示电路静态工作点的理论值运用公式（1）～（4）计算[3]。

式中，IBQ为基极静态工作电流，单位为μA，ICQ为集电极静态工作电流， 单位为mA，UCEQ为集电结静态工作电压，单位为V。

改变电位器Rp 的值，计算在不同Rp 时静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ的值，将结果记入表2 中。

在中频段，不考虑耦合电容、分布电容和结电容的影响，利用微变等效电路法，得到晶体三极管输入端的发射结等效电阻

则中频段的电压放大倍数为

取Rp接入电路50%， 在电路输入端加入一频率为1000Hz、幅值为50mV 的正弦波，在电路输出端接阻值为1kΩ 的电阻，利用公式（5）～（7），计算放大倍数理论值，rbe=1299Ω，Au=-38.5。

2.3.2 EWB 仿真分析

利用EWB 仿真软件， 在其工作区域画出图2所示电路，改变电位器Rp的值，测量在不同Rp时静态工作点的值，将结果记入表2 中。 静态工作点的测量电路如图3 所示。 在三极管的基极和集电极，分别串接一个内阻可以忽略的电流表，在集电极和发射极之间并接一个内阻为10MΩ 的电压表，通过改变电位器Rp的接入比例，读出3个表的读数。

从表2 的结果可以看出，静态工作点的理论值和实际值有较好的一致性。

表2 静态工作点的理论值与实际值Table 2 Theoretical value and real value of static working point

取Rp 接入电路50%，同样在电路输入端加入一频率为1000 Hz、幅值为50 mV 的正弦波，在电路输出端接阻值为1kΩ 的电阻，测量放大电路的电压放大倍数。 测量电路如图4 所示。 双踪示波器上显示输入和输出信号的波形，蓝色线为输入波形（幅度较小），红色线为输出波形（幅度较大），两者相位相差180°(如图5 所示)。 通过比较两个波形的幅值，得到电压放大倍数Au=-37。 与理论计算值比较，理论计算与仿真调试的结果具有很好的一致性。

从EWB 仿真模拟得到的静态特性、动态特性与理论分析计算的结果比较中可以得知，仿真电路可以较准确地描述理想电路模型。 借助EWB 仿真软件，可以使学生方便地观察到静态工作点设置情况、放大电路对信号的放大作用，以及静态工作点改变对信号失真的影响[4]。 所以，EWB 仿真教学完全可融入到电子技术的教学中，而且在仿真模型中可以通过示波器形象地观察输入、输出信号的各种波形，增强学生的学习兴趣。

图4 动态特性测量电路Fig.4 Dynamic measuring circuit diagram

图5 输入输出信号波形Fig.5 Oscillogram of I/O signals

将EWB 仿真教学融入高职电子技术的教学中，不但使教学方式多样化，而且对学生课后自主学习及良好习惯的养成也很有帮助。 在利用软件学习的过程中，学生对示波器、信号发生器等仪器设备的使用也有了进一步的了解， 减少了仪器仪表等实习设备的故障。 另外，在教学过程中，可以通过修改元件参数使电路出现开路、短路、漏电等各种故障， 进而观察不同故障情况下电路的工作状态，分析其造成的危害，从而提高学生处理故障的能力，同时让学生在学习的过程中掌握必要的安全常识，为今后的学习和工作打下坚实的基础[5]。 因此，将EWB 仿真教学融入到电子技术教学中， 不但不会增加教学的难度， 相反， 还能促进学生对知识的理解，增强他们的求知欲望、锻炼学生的动手能力和主动思考的能力， 引导学生将相关课堂理论知识融会贯通，运用于生产生活实践中去。

3 结语

EWB 仿真软件的操作过程非常接近实际元器件的操作，它可以对电工电子中的绝大多数电路进行模拟仿真，观察仿真结果、分析电路中故障的原因，方便地修改、调试电路元件的参数等等。 它是设计调试新电路的一个很好的工具，也是电子工程技术人员和学校电子技术教学中必备的软件。 EWB 软件为我们提供了一个全开放性的仿真实验平台，提供了完备的实验器件，包括各种丰富的分立元件、集成电路等元器件和电压表、电流表、示波器、分析仪等丰富的测量工具， 因而同样适用于较大规模的电路设计实验。 教师可以利用EWB，为学生提供方便的实验、演示和电路分析工具，深入浅出地分析电路的特性，分析参数变化对电路的影响，增加教学的实践效果， 锻炼学生独立思考问题的能力。 总之，将EWB 仿真教学融入到高职电子技术的教学中，对高职电子技术教学改革的深入开展及提高教学活动的效果，都能够起到积极的作用。

[1] 胡宴如. 模拟电子技术[M]. 北京：高等教育出版社，2004：271-310.

[2] 王涛等. EWB 在 “模拟电子技术基础” 教学中的应用[J].武汉电力职业技术学院学报，2004(1)：57-58.

[3] 曾令琴. 模拟电子技术[M]. 北京：人民邮电出版社，2008：41-50.

[4] 林丽娜. 仿真技术在电子电路教学中的应用[J]. 机电信息，2010(18)：166-166.

[5] 田露. EWB 软件在电工电子实验教学中的应用[J]. 职大学报，2010(2)：78-79.