基于EWB 的运算放大器仿真教学及应用*

来国红，钟建伟，杨 庆，刘 嵩，朱永丹

(湖北民族学院信息工程学院，湖北 恩施 445000)

在模拟电子技术基础这门课中，运算放大器及其线性应用内容是教学中的一个重要内容，如何在教学中使学生熟练掌握这些内容是教学中必须解决的问题。运用EWB 仿真辅助教学，对这些内容进行仿真分析，并将其应用到相关的内容教学中，有助于学生对这些内容的理解与掌握［1-2］。

EWB(Electronic Workbench)软件是InterActive Image Technologies Ltd 在20 世纪90 年代初推出的电路仿真软件。目前普遍使用的是EWB5.2，相对于其它EDA 软件，它是较小巧的软件(只有16 M)。但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大，几乎100%地仿真出真实电路的结果，并且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表［3］。它的界面直观，易学易用。

1 基于EWB 的运算放大器及其线性应用电路仿真教学

通过仿真可以生动具体的将电路及结论展示给学生，一方面加深了学生对理论的理解，另一方面学生通过仿真软件了解了电路的结构和使用方法。

1.1 同相比例放大电路

图1 基于Ewb 仿真软件的同相比例放大电路的仿真电路图

电压增益AV

根据虚短和虚断的概念有:

所以:

(此处设问，让学生计算出该仿真电路的电压放大倍数)根据仿真电路图得到，计算出同相比例放大电路的理论电压放大倍数为:

图2 基于Ewb 虚拟示波器显示同相比例放大电路波形

仿真结论:

通过仿真，观察图2 示波器:蓝色为输入信号(上面)，红色为输出信号(下面)，两波形的幅度读数相等，但输入信号波形每格对应的是200 mV，输出波形的每格对应的是2 V，相位相同，因此输出信号与输入信号波形电压比为10，该结论与理论值相符合。

1.2 电压跟随器

特性分析:

根据虚拟短路和根据虚拟断路:vo=vn≈vp=vi.

图3 基于Ewb 仿真软件的电压跟随器仿真电路图

图4 基于Ewb 虚拟示波器电压跟随器仿真波形

仿真结论:

通过仿真，观察图4 示波器:两波形的幅度读数相等，相位相同，因此输出信号与输入信号波形电压比为1，该结论与理论值相符合。

1.3 反相比例放大电路

图5 基于Ewb 仿真软件的反相比例放大电路仿真电路图

电压增益AV

提问:“－”是什么意思? (可作为公式直接使用)

根据仿真电路图得到，反相比例放大器，理论电压放大倍数为－1(此处设问，让学生计算出该仿真电路的电压放大倍数)

图6 基于Ewb 虚拟示波器反相比例放大电路仿真波形

仿真结论:

通过仿真，观察图6 示波器:水平轴上面为输入信号波形，水平轴下面为输出信号，两波形的幅度读数相等，但输入信号波形每格对应的是2 V，输出波形的每格对应的是2 V，但相位是相反的，因此输出信号与输入信号电压比为－1，该结论与理论值相符合。

1.4 运算放大器应用实例解答及其仿真辅助教学

例图7 直流毫伏表电路，当R2≫R3时，

1)试证明Vs=(R3R1/R2)Im;

2)R1=R2=150 kW，R3=1 kW，输入信号电压

Vs=100 mV 时，通过毫伏表的最大电流Im(max)=?

图7 直流毫伏表电路

解:(1)根据虚断有 Ii=0 .

所以 I2=Is=Vs/R1.

又根据虚短有 Vp=Vn=0 .

R2和R3相当于并联，

所以－I2R2=R3(I2－Im).

所以，当R2≫R3时，Vs=(R3R1/R2)Im.

(2)代入数据计算即可得Im=100 μA .

图8 基于Ewb 仿真软件的直流毫伏表电路仿真电路图

图9 基于Ewb 虚拟示波器的直流毫伏表电路波形

仿真结论:

通过仿真，观察虚拟示波器图9 可以读出输入信号为100.00 mV，输出信号为－100.665 μV，由于示波器不能直接测电流，因此只有通过将电流转换为电压来测量，所以仿真电路中用了一个电流控制电压源，控制系数为1 Ω，因此，将示波器读出来的电压－100.665 μV，转换为电流就是－100.665 μA，符号表示电流的方向从负载流出，同电路图中标示的方向是一致的，误差为0.665 μA，这个误差非常小，在工程上完全可以忽略。

2 结束语

综上所述，通过EWB 对运算放大器及其线性应用电路的仿真教学，可以将比较枯燥的理论讲解和仿真实验巧妙的结合起来，充分利用仿真技术对相应的电路进行仿真，可以使一些结论等内容得到验证，从而加深学生对理论的理解，提高了学生学习积极性、兴趣爱好及提高课堂效率;另外生动的仿真也加深了学生对理论的理解记忆，从而实现了理论与实际的结合，并且在还可以充分利用仿真这个虚拟实验平台，学生只需要掌握这些仿真软件使用方法，就可解决学校办学设备不足，可以克服实验室试验箱只能做固定的一些实验的缺点，学生可以自主的任意设置实验内容，从而大大丰富拓展了实验教学的内容与手段，有利于培养学生综合和设计性实验的能力及提高学生创新实践能力。

［1］钟文耀.EWB 电路设计入门及应用［M］.北京:清华大学出版社，2000.

［2］康华光.电子技术基础［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［3］杨立英.电子电路EDA 技术及应用［M］.北京:清华大学出版社，2011.