EWB軟件在《電工電子技術》課程中的應用

喬琳君

（西安航空職業技術學院 710089）

0 引言

《電工電子技術》是高職院校非電類專業開設的基礎課程。課程實踐性強且內容廣泛，主要分電工技術和電子技術兩塊內容。學生對電工技術的內容學習時比較輕松，但是對電子技術，尤其是模擬電子技術多數學生不能很好地掌握，學習效果不好。為了能讓學生很好地理解學習內容，提高教學效果，除了采用生動的多媒體教學外，還可以增加實踐內容。由于實驗設備有限和實驗條件所限，有的實驗效果不明顯，而EWB仿真軟件可以有效地改善以上問題，既解決了實驗設備少的問題，又可以在教學過程中讓學生邊學邊做，讓每個人主動地參與到學習過程中，可以逐漸增強學生的學習興趣，從而達到教學目的。

EWB 是加拿大Interactive Image Technologies 公司推出的一款電子電路仿真分析、設計軟件，它具有直觀的界面，用戶學習操作十分簡便，該軟件與其升級版本Multisim軟件相比，使用方式與實際更接近，同時它還帶有豐富齊全的元器件庫，根據需要可靈活改變各器件的參數，因此它能演示各種復雜電路系統，以查看結果【1】。

1 直流電路應用舉例

學習直流電路時，除了要熟悉基本定理的內容，還要通過做大量的習題來加深對定理的理解，才能靈活地應用這些定理。在實際教學時發現，學生一般對電路結構的認識比較清晰，也能根據電路的特點和要求選用合適的方法。但列寫電路方程時往往對于電阻的電壓、電源的電動勢正負號容易取反，另外在計算時出錯，尤其在方程數多時這一問題尤為明顯。并且采用傳統的計算方法時比較費時。因此選用圖形化的直觀的EWB仿真軟件對電路仿真，可以簡化電路分析過程。

應用EWB仿真求解圖1電路中各支路電流。已知：US1=140V，US2=90V，R1=20?，R2=5?，R3=6?。搭建仿真電路如圖2。

仿真步驟：

①在Basic（基本元器件庫）里找出需要的電阻；

在Sources（電源庫）里找出直流電源模塊；

在Indicators（指示儀器庫）找出電壓電流測量模塊；

②對所用元件及儀表進行參數修改。

③連接線路，注意在直流電路里電流表的極性。

④打開仿真開關，仿真讀數。如果電流表結果為負值，說明實際電流與參考電流反向。

圖1 直流電路原理圖

圖2 直流電路仿真圖

從圖2看出，I1=4A，I2=6A，I3=10A。利用基爾霍夫電流定律可以進行驗證I1+I2=I3，所以仿真結果正確。從這一仿真實例可以看出不需要寫支路電流方程，大大簡化了計算過程，也保證了計算的準確性。

2 交流電路應用舉例

交流電路如圖3所示，已知 ，R1=3?，R2=8?，XL=4?，XC=6?。應用EWB仿真求解 。

計算，但先要算出電感支路和電容支路的分阻抗，再利用阻抗的并聯公式算出整個電路的總阻抗，才能利用歐姆定律依次算出。在計算阻抗時既有復數的計算又有三角函數的計算，必要時還要用到計算器等工具。由以上分析看出，交流電路的計算過程復雜，易出錯。在此應用EWB搭建仿真電路如圖4。

仿真步驟與上節相同，但要注意以下幾點：

圖3 交流電路原理圖

①題目中給的感抗與容抗值，在電感電容參數設置時電感電容的單位分別為H和F，所以要將感抗與容抗值轉換為電感電容值；

②交流電源的頻率設置為50Hz；

③交流電路分析時將電流表模式設置為交流(AC)模式，而且注意各電流測量模塊的極性不能加反，如果接反將使電流反相。

仿真結束后，可以看到總電流，電感電流及電容電流的有效值分別為48.72A，43.49A，22.09A，注意與理論計算有出入。通過仿真快速地算出了圖3中如果再次遇到類似題型，采用筆算就必須從頭重新計算一次，比較麻煩。而采用EWB仿真軟件則可以直接調出相應仿真模型對參數稍做修改即可，大大提高計算效率。

3 模擬放大電路舉例

圖4 交流電路仿真圖

圖5 反相比例放大電路仿真圖

圖6 反相比例放大電路仿真結果

由于晶體管熱敏性，導致集成運放電路產生零漂，所以實際的硬件實驗效果不明顯，波形易失真。以下以反相比例放大電路為例進行仿真。搭建仿真電路如圖5。

仿真步驟：

①在Basic（基本元器件庫）里找出需要的電阻；

在Sources（電源庫）里找出交流電源模塊和地；

在Analog ICs（模擬集成電路庫）找出運算放大器；

在Indicators（指示儀器庫）找出示波器模塊；

②對所用元件及儀表進行參數修改。

③連接線路。

④打開仿真開關，從示波器中讀取仿真結果。

從圖6示波器的結果看，電路放大倍數Au=uo/ui=100，而且輸入電壓與輸出電壓波形反相。仿真結果與理論計算Au=-Rf/Ri=-100相同。

4 數字電路應用舉例

在此以同步十進制集成計數器74LS160實現的60進制計數器的設計為例進行仿真。

采用10進制計數器74LS160設計60進制計數器，可以通過兩片74LS160級聯的方式先擴展成100進制，再應用反饋清零或同步預置數的方法實現60進制。設十位計數器的編號為2，個位計數器的編號為1。使用反饋復零法設計，步驟如下：

①寫出60對應的二進制代碼:01100000，即十位計數器的輸出 Q2D Q2C Q2B Q2A=（6)D=（0110)B，個位計數器的輸出 Q1D Q1C Q1B Q1A=（0)D=（0000)B

②求反饋復零邏輯表達式：CLR/十位計數器=CLR/個位計數器

③在EWB軟件里搭建仿真電路如圖7。具體如下：

a、在 EWB的 Digital ICs（數字集成電路庫）選擇 2片74LS160集成計數器，在Logic Gates（邏輯門電路庫）選擇與非門，在Sources（信號源庫）選擇Vcc電源、地和脈沖信號源，在Indicators（指示器庫）選擇2個數碼顯示管將以上器件拖放在工作區的合適位置。

b、設置所用元件參數。

c、連接線路。主要注意個位計數器的進位輸出端RC0連接到十位計數器的計數端ENP=ENT，如圖7紅色線；反饋與非門輸入端接十位計數器的Q2CQ2B，輸出反饋到兩個計數器的復位清零端CLR/，如圖7紫色線。

圖7 60進制計數器仿真原理圖

④打開仿真開關，運行仿真電路。仿真時可以看到，從0開始計數時，來一個脈沖，個位計數器增1，當第十個脈沖來后，個位計數器進位，個位計數器為0，十位計數器顯示1。即每計十個脈沖，十位計數器增1。整體看，當計數器從0開始計數計到59時開始循環，說明圖7實現了60進制加法計數器功能。

采用EWB仿真時，通過顯示器可以讓學生直觀地看到計數器工作過程，同時可以靈活地改變反饋清零信號實現任意進制計數器的設計。那么給學生提出設計要求讓學生進行充分地練習，使學生能更好地掌握學習內容，使教學過程變得輕松愉快。

5 結束語

本文主要選取交直流電路、模擬電路及數字電路中的典型電路，通過EWB軟件對其進行仿真，詳細介紹了仿真過程。從以上仿真實例看出，在《電工電子技術》課程教學過程中引入EWB仿真軟件，使得教學過程生動直觀，能夠激發學生學習興趣，利于學生對學習內容的理解并應用，最終提高教學效果。

[1]尹明.EWB仿真軟件在電工電子教學中的應用[J].廣東工業大學學報,2007,6

[2]王維榮.電工電子技術-電工技術與計算機仿真[M].上海：上海交通大學，2011

[3]王延才.電工電技術EDA仿真實驗[M].北京：機械工業出版社，2003

[4]胡錦.數字電路與邏輯設計[M].北京：高等教育出版社，2011

[5]喬琳君.基于EWB的N進制計數器仿真設計[J].電子測試，2013,9