基于EWB的電子技術課程設計和方案探討

摘 要： 電子技術是電氣自動化等專業的專業基礎課，該課程的仿真設計教學是必不可少的，不僅可以加深學生對課堂理論知識的理解，而且可以為學生的動手實踐打下基礎。首先，針對電子技術中的幾個重點，作者設計出可供學生練習的習題；其次，作者綜合模擬電子技術和數字電子技術中的知識點，給出課程設計的總體方案和任務。

關鍵詞： 電子技術課程設計 EWB 綜合性設計課題

1.引言

電子技術課程是電氣自動化專業十分重要的基礎課程，目前我校電氣、自動化專業均采用了高等教育出版社出版康華光主編的教材《模擬電子技術》（第五版）和閆石主編的教材《數字電子技術》（第五版）。這些教材作為電子技術的經典教材，帶給學生很豐富的基礎理論知識。但是社會經濟的發展不僅需要大學生掌握電子技術的基本原理，更要求他們結合現代技術發展的趨勢和需求，掌握電子技術方面課題的設計和應用，尤其是要結合計算機完成方案選擇、方案實現及分析論證的過程。因此利用現有資源加深學生對電子技術基礎理論知識的理解，正是電子技術課程設計的主要目的。

2.EWB概述

Electronics Workbench（簡稱EWB）以SPICE3F5為模擬軟件的核心，增強了數字及混合信號模擬方面的功能，是一個用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺”。

EWB軟件提供電路設計和性能仿真所需的數千種元器件和各種元器件的理想參數，同時用戶還可以根據需要新建或擴充元器件庫。它提供直流、交流、暫態的13種分析功能。另外，它可以對被仿真電路中的元器件設置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電，以觀察不同故障情況下電路的狀態。EWB軟件輸出方式靈活，在仿真的同時它可以儲存測試點的所有數據，列出被仿真電路的所有元器件清單，顯示波形和具體數據等。由于它具有磁盤占用空間小、對計算機要求低和運行速度快等特點，有助于對所學電子技術知識的掌握，提高對電路的分析能力和學生的創新能力，因此EWB是目前高校在電子技術教學中應用最廣泛的一種電路仿真軟件。

此外，EWB軟件界面形象直觀，操作方便，采用圖形方式創建電路和提供交互式仿真過程。創建電路需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕中選取，且元器件和儀器的圖形與實物外形非常相似，因此極易學習和操作。由于它所具有的這些特點，我們選擇將它作為電子技術仿真設計的操作軟件。

3.基于EWB的電子技術課程設計

基于EWB的電子技術課程設計主要涉及基礎仿真實驗，針對該門課程的教學要求及大綱的設定實驗內容，我們有針對性地提取出電子技術中的重點和難點，給出了一些練習習題，希望學生首先能讀懂電路，其次能在EWB軟件環境下仿真運行電子電路，觀察運行過程和結果，找出并排除故障。在習題練習的基礎上，學生既熟悉了EWB軟件，又加深了基礎點知識的掌握，因此筆者最后給出了總的設計方案，讓學生運用前述經驗進行自行設計、仿真運行、調試改善，完成一次完整的電子技術仿真實驗，同時也為下一步設計方案的硬件實現打下良好的基礎。

根據我校電氣自動化專業的課程大綱要求，電子技術的學習重點包括單級及多級放大電路、直流電源電路、功率放大電路、運送放大器及其應用、基本邏輯關系、組合邏輯電路及應用、時序邏輯電路及應用等。這里給出兩個習題。

（1）電源、整流和穩壓電路

穩壓電源電路如圖1所示。220V、50Hz的電源經變壓器降壓、全波整流和穩壓電路的穩壓，在輸出端得到一個12V的穩定的直流電壓，運行該電路，如有故障則需分析原因并排EE3bTOfiIqqiRUv/XcYwz/B2rW3Nah09iMb+XwSXxL0=除。該習題任務之一為變壓器參數設計，任務之二為討論濾波電容C的大小與好壞對電路穩定效果的影響，任務之三為討論電位器Rw調節的位置對電路輸出電壓的影響。

首先要求學生在EWB軟件環境中建立如上圖所示的穩壓電源電路，此過程可以幫助學生逐漸熟悉EWB軟件的基本操作。但其實該電路并不是一個完美的電路，運行過程會出現故障，此時需要學生通過理論知識的分析，來分析故障產生的原因，并通過調節電路中的某些元件參數加以改正。因此通過該習題的仿真，學生不僅初步建立了對EWB仿真軟件的認識，掌握了其基本使用方法，而且需要重新溫習有關穩壓電源電路的理論知識，借此加深了解變壓器設計時的參數選擇，加深了對串聯型穩壓電路的理解，并提高了電路故障的排除技能，掌握了示波器、電壓表、電流表及萬用表的使用方法。

（2）數字電路邏輯關系測試

數字電路如圖2所示，任務為寫該圖電路的邏輯狀態表、邏輯函數表達式，并進行化簡。

在EWB環境中按圖建立數字電路圖，運行、記錄輸出與輸入之間的關系，構成真值表，以此測試該數字電路的邏輯關系。習題目的為希望學生認識、了解數字電路的功能和測試方法，掌握邏輯函數的不同表示方法，熟悉、掌握電路仿真的操作技術。

4.綜合性設計課題

模擬電子技術和數字電子技術各有側重點，參加課程設計的學生數目眾多，而文章篇幅有限，因此在這里我們僅給出兩個綜合性的設計課題為例。

（1）模擬電子技術部分

設計任務為設計一個用于晶體管收音機的功放電路，滿足一定的要求，如由220V交流電源供電；有一定的選頻功能，如要求通過信號的頻率范圍為（20Hz～2kHz）；有一定的放大倍數，如前級和后級的放大倍數分別為20和60，在此不一一贅述。

參考步驟為：調研、查找并收集資料，列出參考資料目錄；繪制電氣原理圖；按所給定的功能要求進行參數計算，列出元器件明細表；在EWB軟件環境中創建需要進行仿真分析的電路圖；仿真運行，觀察運行過程及結果，進行放大電路的直流工作點分析，進行交流頻率分析，并記錄中間數據；記錄運行過程中的故障，分析原因，調整方案及參數直至滿足全部要求。

（2）數字電子技術部分

設計任務為設計一個符合實際的交通信號燈。

參考步驟為：分析設計要求，列出狀態表，寫表達式，畫出數字電路圖，仿真運行，調試直至符合要求。

5.結語

對于電氣自動化等專業的學生來說，掌握了電子技術的課堂知識，還需要實踐來加深對該門課程知識的理解，而電子技術的課程設計作為從課堂到實驗室的一個橋梁，能很好地發揮過渡作用，既能使得學生從課堂下來以后得到一個緩沖，加深對課堂知識的理解，又能培養學生在進入實驗室之前已經掌握初步的電子電路的設計方法和調試技能，為動手完成自己的實際作品打下較好的基礎。筆者根據專業課程大綱要求，給出了若干個課程設計的習題及設計方案，希望學生通過這些設計任務掌握該部分的知識和技能。

參考文獻：

[1]楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]余孟嘗.數字電子技術基礎簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2004.