EDA技術在《電子線路》實驗教學中的應用

周全壽

（太原師范學院 物理系，山西 太原 030012）

EDA（Electronics Design Automation）技術是隨計算機技術和集成電路技術飛速發展，應用而生的一種高級、快速、有效的電子設計自動化技術。EDA技術包含了IC設計、電子電路設計和PCB設計。EDA技術軟件種類較多，其中由加拿大Interactive Image Technologic公司20世紀90年代推出的 EWB（Electronics Workbench），以簡單易學、操作方便、界面直觀、功能強大、器件種類豐富等特點得到廣泛的應用，是國際公認的成熟的電路仿真軟件。將EDA技術引入電子線路實驗課程的課堂教學、實踐教學、課程設計和綜合創新，可為提高學生理論知識的理解和掌握、分析問題、解決問題能力以及思維創新能力提供良好的培養平臺。

1 EDA技術教學引入實驗教學的可行性

實驗教學是課程教學過程中的重要環節，在電子線路課程的教學中，教師要向學生講授器件的基本原理，分析電路的傳輸特性。如果僅靠教師的板書、板畫、語言描述，學生接收到的只是概念、難以理解、不易掌握的公式、曲線及數據。將EDA技術引入課堂，在講述理論概念的同時，由EWB現場演示講授內容、讓學生看到模擬實物，通過虛擬儀器的檢測，觀察到電路中電流，電壓等電量的波形和數據，分析其各電量之間的關系，可使學生在實踐基礎上，加強對理論知識的理解和掌握。

EWB提供了豐富的器件庫，儀表庫，電源庫，完全是一個現代化的多功能虛擬實驗室如圖1所示[1]，它完全可以滿足教學的需要。隨著多媒體技術發展和多媒體設備的普及，將EWB與之結合，實現一個可移動的虛擬實驗室來解決上述問題，實現了EDA技術引入課堂教學的可行性。

2 EWB在電子線路實驗教學中的應用

2.1 在基礎實驗教學中應用

將EWB經多媒體手段展示給學生。在講授功率放大器工作原理時，學生對靜態工作點的選取決定功率放大器的類型，以及電路產生的非線性失真（飽和失真、截止失真、交越失真）的原因等內容難以理解及掌握[2]。通過EWB將各類功效電路形式、功放管 V-A特性曲線展示出來、靈活選取偏置電路中電阻的不同參數，可立即在屏幕上展示出虛擬儀器所測出的靜態直流參數及動態波形，如圖2所示。

圖1 EWB器件與儀器儀表圖解

圖2 乙類互補功率放大電路仿真數據與波形

圖2 中虛擬示波器展示了輸出波形產生了交越失真，分析可知是由于功放管的死區電壓存在所致。只要給功放管合適的導通偏壓，構成甲乙類互補功放器，就可以消除交越失真，如圖3所示。

圖3 甲乙類互補功率放大電路仿真數據與波形

這時再加上教師的講解、分析與比較，學生將很快能理解并掌握正確設置靜態工作點及區分不同非線性失真及改造電路消除失真的辦法。

又如，在講授運算放大器在運算電路中的應用時[3]，可用EWB連接所講電路，選擇輸入信號，用虛擬示波器檢測并展示輸出波形，總結其傳輸函數，如圖4所示。

圖4 反向比例運算放大器仿真電路及測量數據

由測量結果可推得：

這樣既有感性認識又有理論推導，豐富的知識量和表現力，使學生很容易理解，大大地提高了學習效率和教學質量。

2.2 在創新實驗教學中的應用

傳統的實驗教學中，由于器材的局限性，開設出的實驗項目數量偏少、規模也較小。引入EDA技術，可利用EWB和PC構成一個多功能虛擬實驗室。由于EWB中的測試儀器的操作面板同實驗室真實儀器的操作面板相差無幾，學生課后也能進行虛擬實驗，從而掌握儀器的使用方法及電路的測量手段，并能將教學中預置的某元件發生短路、斷路、漏電等故障，而這在實際實驗中則較難以實現（因其可能會導致元器件或儀器的損壞）。EWB既能設置以上的各種情景，又不會因為操作不當造成元器件或儀器的損壞，充分體現了EWB具有省錢、省力、省時、高效的優點。

另外，EWB也為學生進行研究設計性實驗[4]，培養學生的創新能力，為學生課程設計、畢業設計提供了良好的實驗仿真平臺，從而培養學生樂于搜索、勇于創新的精神。如課程設計“數字電子鐘”，如圖5所示。

圖5 數字電子鐘的設計及模擬電路圖

又如畢業設計“溫度自動控制電路”[5]，如圖6所示。

圖6 溫度自動控制電路