基于EWB平臺的電子電路設計應用初探

張莉

（徐州經濟技術開發區工業學校，江蘇徐州，221121）

1 EWB電子仿真平臺概述

EWB電子仿真平臺由示波器、函數發生器、萬用表、毫伏表、頻譜儀、邏輯分析儀構成，能夠對直流電路的工作點、交流頻率、電路瞬態信號波形、信號失真問題等多個領域進行仿真分析。同時EWB平臺有一個元件庫，其中預設有齊全的電子元件規格參數。幾乎可以滿足設計者的各類生成模擬電路的需求。同時，借助于EWB平臺搭建仿真電路，能夠非常方便的從元件庫和儀器儀表庫中調試修改電路參數，通過觀察仿真電路的輸出、輸入波形，能夠準確直觀的了解電路在不同參數下的輸入輸出性能，快速完成電子元件的規格選擇和參數設置。

2 EWB電子仿真平臺在電子電路設計中的應用方向

2.1 模擬電路分析

EWB平臺可以快速高效的完成模擬電路的分析工作。以晶體管放大電路的仿真分析為例，可以借助于平臺元件庫，選擇與電路原理圖相符的元件參數和布線圖，然后構建出可以靈活調節元件參數的模擬電路，在保證放大電路輸入信號歸零時，通過觀察輸出信號波形圖，估算出電路的靜態工作點的各個具體數值，然后依此為標準，判斷放大電路的輸入信號是否存在嚴重的失真問題。像這樣通過模擬電路分析，能夠快速發現電子電路設計方案的具體問題，針對性的優化輸入、輸出信號傳播電路設計方案，顯著提高電子電路的設計效率。

2.2 數字電路分析

數字電路分析，主要指對電路波形圖的仿真分析。同樣以放大電路為例，可以通過調試改變電路的輸入值，來對電路輸出信號的波形圖進行觀察，通過觀察到的波形圖直觀對比，以及波形圖對應的數值的估算，得到仿真電路實驗值，然后直接對比實驗值和理論值，評價目前的電路設計方案是否滿足項目功能需求。

2.3 電路調試排障

EWB平臺構建的仿真電路，可以靈活的設計電路元件參數，改變電路振蕩頻率，設計再啟動仿真開關。在仿真實驗中出現實驗值與理論值存在差距時，可以通過元件參數調試、振蕩周期變化波形對比分析等方式快速的鎖定造成問題的故障點。當鎖定故障點以后，分析電路在某一元件參數設置上的問題，通過多次針對故障點元件的參數調整，對比該元件參數調整后的波形變化規律，選擇更加符合項目需求的元件參數。通過在仿真電路中進行元件規格替換對比實驗，能夠快速高效的進行電子電路的故障排除工作。

3 EWB電子仿真平臺在電子電路設計中的應用實例分析

3.1 NE555閃爍彩燈項目流程

NE555閃爍彩燈有張金華老師主編，用于中職電工電子專業《電子技術基礎》課程實訓教學的經典案例。該項目的設計重點在于多諧振蕩器的設計應用。從硬件角度考慮，該項目用到的電子元器件主要有電阻器、電解電容器、發光二極管、三極管、555集成電路、555集成電路管座這幾種。

電路設計方面的重難點主要集中在多諧振蕩器電路設計上。總結來說該項目的設計實現流程按照項目設計、項目實施、項目調試、項目仿真分析、項目評價五個步驟實施。

3.2 NE555閃爍彩燈項目實施過程

3.2.1 項目電路原理設計

第一，電路原理圖設計

要明確項目的功能要求，555閃爍彩燈主要功能在于，通過調節多諧振蕩器的電力電阻值，三個彩色發光二極管能夠正常的明滅、閃爍。項目設計的最終目標是將NE555閃爍彩燈應用到搶答器、報警器等具體項目中去。另外，要明確該次項目設計的重難點就在于繪制多諧振蕩器電路原理圖。我們可以將項目電路原理圖細分為三個部分，分別設計電源電路、多諧振蕩電路以及輸出顯示電路原理圖，然后綜合這個電路特點，設計NE555閃爍彩燈電路原理圖。最后，根據電路原理圖確定項目成品核心期間的封裝形式，同時選定合適的電阻、電容、二極管、三極管元器件的具體數量。同時確定555集成電路的引腳。具體電路如圖1所示。

圖1 NE555閃爍彩燈電路原理圖

第二，元器件的規格識別和檢測

檢測二極管的引腳質量；檢測電容的正負引腳；檢測三極管的規格和放大倍數，檢測三個管腳質量；檢測4種、5個（R1、R2、R3、R4、R5）不同用途的色環電阻性能；檢測確定滑動變阻器（Rp）的調試范圍。

3.2.2 項目電路安裝和制作

第一，電路元器件布局設計

根據電路原理圖設計布線圖是電路制作的關鍵，通常情況下電路中的各類元器件都要布置在焊盤上。同時處于電路穩定性考慮，應該適當的加大電位差加高的兩個相連元器件的導線寬度。同時元器件之間的導線不宜過長，元件間隙不易過大。元器件的布局位置可以按照電路的信號傳輸規律，將輸入元件和輸出元件歸類放在同一塊區域。

第二，電路元件的焊接安裝

元件安裝時要按照先小后大的原則，按照輸入輸出元件差異，依此按照從小到大、由輕到重的焊接。焊接過程中，對于集成管座的焊接，可以先在左右兩邊焊接兩只引腳，用于固定版面，然后再按照同一方向，對管座引腳進行逐一焊接。在滑動變阻器焊接時，一定要注意區分移動端和固定端區別。在二極管焊接時則要注意區分政府引腳。三極管焊接時則要再一次對照電路原理圖中的電路走向，將三極管的三個引腳插接位置正確無誤。

3.2.3 項目調試

第一，調試操作

連通電源，電源指示燈（紅色發光二極管）常亮，另外三個發光二極管（紅、黃、綠）閃爍。手動調節滑動變阻器（Rp）的阻值，觀察是三個發光二極管的閃爍頻率變化。

第二，故障排查

先通過調節滑動變阻器，觀察是三個不同顏色彩燈的閃爍頻率，是否有明顯變化，或者觀察電源指示燈以及彩燈的亮滅情況，再次根據電路原理圖，研判電路中哪一部分出現問題，導致彩燈不亮、不閃、調試不變等故障問題。同時，通過EWB仿真平臺生成運行狀態下的電路輸出UO波形圖。通過找出故障點后對電路的重新焊接調試，確保彩燈與電源指示燈狀態恢復正常，然后再次記錄電路輸出波形，對比前后調試優化前后示波器上顯示的輸出波形圖差異，判斷整個故障排除過程是否科學合理。

3.2.4 項目仿真分析

通過調節滑動變阻器阻值來觀察多諧振蕩器的輸出波形，能夠明顯發現晶體管多諧振蕩器電路的振蕩周期有一定的規律。振蕩周期也是決定是三個彩燈閃爍頻率的主要因素。

然后通過調節不同Rp阻值，觀察三個小燈的整體閃爍情況和輸出波形情況，判斷閃爍彩燈555集成電路的基本功能是否滿足設計要求。然后，固定Rp阻值，對比觀察同一Rp阻值下的1uF和10uF兩種電路的小燈閃爍頻率，對比兩種電路的輸出波形圖。通過EWB仿真對比分析，研判彩燈閃爍頻率與整個電路中的哪些元件型號有關。在將NE555閃爍彩燈應用到具體的實用項目中時，再根據具體需求，依據彩燈閃爍變化規律與元件型號之間的關聯規律，選用更加合適的元件型號。同時通過對比分析Rp值在10%、50%、90%三個檔位時的仿真電路輸出波形圖，判斷振蕩周期規律是否符合設計需求。

圖2 仿真電路Rp值為10%時的輸出波形圖

圖3 仿真電路Rp值為50%時的輸出波形圖

通過觀察對比三個不同Rp值的輸出波形圖變化規律能夠發現，當電路阻值越來越大時，輸出信號的周期也在同步的越變越大，表現在電路直觀效果上，隨著Rp阻值的加大，電路三個彩燈的閃爍頻率也開始同步變慢。這一調試結果表明，目前555閃爍彩燈項目的設計虛擬仿真實驗成效符合項目功能需求。

圖4 仿真電路Rp值為90%時的輸出波形圖

4 結論

實踐證明，EWB仿真平臺在電子電路設計中能夠極大的方面參數調試和故障排除工作。在仿真平臺上對仿真電路進行調試排障過后，就可以根據仿真分析結果，直接進行電路事物的安裝和制作，能夠顯著提高電子電路設計效率。