EWB在电子学中的应用

第22卷第3期2006年6月 河北北方学院学报(自然科学版)Journal of Hebei Nort h University (Nat ural Science Edition )
Vol 122No 13J une 2006 收稿日期:20060323
作者简介:杨跃平(19582),男,河北抚宁人,河北北方学院医学物理实验室教授.
仿真软件EWB 在电子学中的应用
杨跃平,高建武,邵雪辉,王晓燕,王伟平,宋孝先
(河北北方学院医学物理教研室,河北张家口075000)
摘要:详细介绍了EWB 软件,通过举例说明EWB 的使用及在电子学教学中的作用.EWB 仿真软件在教
学中的使用,不但节省实验经费和教学时间,同时还可营造一个良好的学习环境,使理论与实践教学相结合,
让学生亲自感受到实际动手操作的快乐,提高了学生的学习兴趣和学习效率.
关键词:电子学;仿真软件;虚拟实验;教学
中图分类号:TP 39119 文献标识码:A 文章编号:167321492(2006)0320018203
Applications of EWB simulation soft w are in electric teaching
YAN G Yue 2ping ,GAO Jian 2wu ,SHAO Xue 2hui ,WAN G Xiao 2yan ,WAN G Wei 2ping ,SON G Xiao 2xian
(Medical Physics Teaching and Research Section ,Hebei North Hniversity ,Zhangjiakou ,Hebei 075000,China )
Abstract :This article introduces t he use of EWB software in detail ,illust rates EWB t hrough t he use of elect ronic learning and teaching by examples.The EWB simulation software used in teaching not only saves st udent s ’s st udy time ,but also creates a good learning environment.The integration of t heory and p ractice of teaching makes st udent s feel happy while involed in operation and increases t heir interest s and efficiency in learning.
K ey w ords :elect rics ;simulation software ;virt ual experiment ;teaching
电子电路是一门比较抽象的,令学生难以理解的课程.由于该课程实践性很强,而大多数学校和学生受到时间和各方面条件的限制,实验往往不能很好地跟理论同步,影响了学生对该课内容的理解和掌握,使电子电路成了学生们怕学、难学的一门课程.随着计算机的普及和多媒体教室的完善,传统的教学模式将得到改变.利用电子工作平台Elect ronics Workbench (EWB ),教师在用电子教案教授理论知识的同时,便可在课堂中用仿真系统验证理论教学;学生也可以利用该系统在任何一个有多媒体计算机的地方,进行实验、验证例题、作业等。

通过网络化的电子教学,使理论教学和实践教学相结合,让学生亲自感受到实际动手操作的快乐,有效的提高了学生的学习兴趣和学习效率.
EWB 是Electronics Workbench 的简称,是加拿大Interactive Image Technologies 公司于80年代末、90年代初研发推出的专门用于电路设计的计算机仿真软件,在国外高校和电子技术界广为应用,被称为电子线路仿真的“虚拟电子工作台”或虚拟电子实验室.EWB 具有集成一体化的设计环境,画图、分析及结果输出在同一集成菜单系统中,并可对不同类型的电子电路进行动态仿真和静态分析.它不但提供了完整、精确的电子元件模型,各个元件的参数可随意选择,使用元器件的品种、规格和数量不限,而且有专业的原理图输入工具,使作图变的轻松快捷。

软件提供了示波器、交直流电压表与电流表、函数发生器、万用表、频谱分析仪、数字字符发生器、逻辑分析仪等许多虚拟仪器,这些仪器除具有一般实际仪器的功能外,还有一般仪器难以实现的功能.如虚拟示波器扫描周期可大于14min ,并将整个一次扫描过程的图形全部保存下来(实际示波器受荧光余辉限制,是作不到的).EWB 是pc 机内的实验室,利用它・
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进行电路仿真实验、分析就象在实验室做实验一样真实.在教学中利用EWB 演示,可以克服元器件及仪器不足的缺陷,无论多少个电路,都可事先作好保存在计算机中,在需要时将其调出,进行仿真演示实验的教学.既节省了时间,又准确可靠,确保实验的成功.多媒体计算机广泛用于教学,为EWB 辅助电子教学提供必要条件.
用EWB 画电路图时,要先启动EWB ;显示如图1所示的工作窗口,在其元件栏上单击所需元件库,从元件库中找到所需元件后,用鼠标点住将其拖出至工作区.鼠标双击该元件,出现该元件属性的对话框,在属性对话框内可以对元件进行赋值和设置编号等;鼠标点击元件,拖动鼠标,可用来调整元件位置,单击元件后,工具栏下的旋转、水平和垂直翻转工具将被击活,此时根据需要单击其中任意项命令即可调整元件的方向;如果元件已经联在电路中,调整元件位置时连接线也不会断开,会随元件一起移动.将光标指向某一元件的连接点,此点会出现一小黑点,按住鼠标左键,移动鼠标,让光标指向另一元件的连接点,在该连接点会出现另一个小黑点,释放鼠标,两个元件对应的连接点就会被一条线连接在一起.当光标指向连线时,按住鼠标左键,鼠标变为双箭头,此时,移动鼠标可调整连接线的位置.当光标指向连接线的一个端点出现一个小黑点时,按住鼠标左键,移动鼠标,可以删除该连接线.画好电路图后,便可进行仿真实验.同时可以单击Edit/copy as Bit map 命令,鼠标变为十字光标,按住鼠标左键并拖动它,将出现的方框含盖包围住要复制的电路图上,释放鼠标,剪贴板里便存放了所选电路的位图,打开其他编辑软件,即可粘贴使用该图.
例:固定偏置电压放大器(如图1所示
)
图1　固定偏置电压放大器原理图
双踪示波器显示的输入波形①、输出波形②如下:
1)在静态工作点合适的情况下,输出电压波形没有失真如图2所示.
2)减小Rw ,输出电压波形饱和失真.波形如图3
;
图2　静态工作点合适、波形没有失真 图3　Rw 减小,输出电压波形饱和失真
・
91・2006年6月 杨跃平等:仿真软件EWB 在电子学中的应用 第3期
3)增大Rw,输出电压波形截止失真.波形如图4;
4)增大输入电压,输出电压波形大信号失真.波形如图5;
图4　Rw增大,输出电压波形截止失真 图5　增大输入电压,输出电压波形大信号失真
通过以上的仿真演示,我们发现电子电路的分析、设计与仿真工作都可蕴含于轻点鼠标之间,从而可以感受到电子仿真平台的很多优点:
1)实验课当堂上,提高教学效率
在常规电子技术教学中,部分实验耗时多,实际操作难度大,难以在45分钟内穿插演示,实现即时验证理论,或用模拟科学探索“发现”定理、定律等教学方式、方法.例如“差动放大电路输入输出方式”部分的教学,通常的解决办法是采用分段式教学,理论教学和实验部分分开进行,但这样会造成知识传授过程中的断点.由于人的记忆具有随时间推移遗忘率增大的特点,所以学生的学习效率会降低.应用EWB教学就能快速、完整地建构出实验原理图,并且能够完美地仿真实验过程,实时显示实验结果,是45分钟内完成教学任务、提高教学效率的好方法.
2)创建真实情境,灵活教学方式
学生在现实世界中掌握某些知识并能运用这些知识解决现实世界中的问题,是最有效的学习方法. EWB模仿实验室的工作台,提供的仿真仪器的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,提供多种电路分析方法,可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验.学生在使用、学习过程中会产生强烈的真实感,其逼真的仿真效果非常适合于创设“真实”的学习情境,作为学生学习和应用知识、解决问题的实习手段和训练途径.
3)提供优质环境,大胆探索奥秘
由于实验设备贵重,并且部分实验具有一定的危险性.许多学校在开设实验项目时常常有所保留,学生也不敢大胆尝试实验.这在很大程度上扼杀了学生创造能力的发展.EWB却可随意设置故障,我们只要双击电阻或电容,在弹出的图框中点击Fault选项,就会出现一个图框,我们从中可以通过选取Leak2 age(漏电)、Short(短路)、Open(开路)、None(正常)参数而模拟出这些元器件出现各种故障时的情况,分析电路状态变化而不担心元器件的损坏.因而能够引发学生大胆想象,敢于尝试、积极探索真知的动机.在这样一个“无惧”的学习环境中,学生的创造性思维会得到良好的发展,这也是物理教育中素质教育重要的一环.
4)降低实验成本,增加实验内容
由于经费问题,实验室里仪器和元器件型号与数量都是有限的,一般只备有一些常用的仪器和元器件,这就限制了我们实验内容.使用EWB我们就可以很好的弥补这些不足.因为EWB里面除了有许多仿真仪器外,还集成了成千上万的元器件,我们几乎可以在它里面找到现实中存在所有元器件.如果找不到,我们便可利用它本身附带的建库功能,按照元器件的各种参数去创建新器件并保存以供日后使用.这样相当于我们拥有了最完整的实验素材库,从最大的程度上弥补了实验室里仪器和实验元器件的不足. EWB能用不昂贵的价钱(软件价格约2000元人民币),为我们提供一个品质高、数量全、电子设备、器件齐备的高档次仿真实验室,能满足大部分与电学相关实验教学的需求.(下转第24页)
图5　液滴法薄膜样品沿X轴向移动元素灵敏度测试
参考文献:
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[责任编辑:刘守义]
(上接第20页)
51网络电化教学,家中电子实验
由于家用电脑的普及,网络技术的发展。

通过网络,学生在家即可完成老师布置的作业和实验,这不但大大激发了学生的学习兴趣,也提高了他们的学习效.学生完成实验或作业后,再通过网络将实验报告或作业传给老师,教师批改后再将其反馈给学生,使教学网络化.
综上所述,利用EWB进行电子课程的仿真教学不但可以帮助我们节省大量的教学时间;还可将抽象的理论知识通过实验简单化、形象化;把许多实际中不易接触到的仪器方便地在屏幕上选用;并且可以模拟仿真一些在实际中难以进行的实验,元件的很多故障通过轻点鼠标即可轻易实现;从而让学生有机会去认识掌握更多的知识.学生进行了仿真实验后,由于对理论知识有了较深刻的理解,在实际的实验中就可以做到得心应手,从而避免了部分学生因为做不出实验结果而失去了学习兴趣,使我们的教学工作取得事半功倍的效果.
参考文献
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[责任编辑:刘守义]。