楊啟堯

(浙江水利水電?？茖W(xué)校，浙江 杭州 310018)

電子技術(shù)是電氣類專業(yè)學(xué)生必修的課程，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)有越來(lái)越多的仿真軟件應(yīng)用在《電子技術(shù)》的教學(xué)當(dāng)中，比如Pispice，EWB，Orcad，Proteus等，這些軟件既可以提高教學(xué)的效率，又能幫助學(xué)生更好地理解教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn).對(duì)于高職高專學(xué)生而言，利用仿真軟件可以給學(xué)生提供直觀的形象思維，并能設(shè)計(jì)許多現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn).對(duì)于高校教師而言，利用仿真軟件進(jìn)行備課，教學(xué)，可以更好地拓寬教學(xué)思路，使上課更加淺顯易懂.

1 EWB軟件簡(jiǎn)介

電子工作平臺(tái)Electronics Workbench(EWB)(現(xiàn)有的升級(jí)版稱為MultiSim)軟件是加拿大Interactive Image Technologies公司于20世紀(jì)末推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺(tái)軟件，它具有以下優(yōu)點(diǎn)［1］:

(1)EWB安裝方便，所占的空間小，提供豐富的圖形界面，不需要用戶進(jìn)行編程，只要根據(jù)需要選取繪制電路圖需要的元器件及測(cè)試儀器即可，特別適用于高職高專的學(xué)生;

(2)軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果;

(3)EWB軟件帶有豐富的電子元件庫(kù)，可以根據(jù)用戶需要靈活設(shè)計(jì)各種不同的仿真電路;

(4)EWB還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電子線路方面實(shí)驗(yàn)，適合于模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)中的各種實(shí)用電路;

(5)該軟件的分析功能十分強(qiáng)大，可以進(jìn)行直流工作點(diǎn)、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)、傅立葉變換、噪聲及失真度、參數(shù)掃描溫度掃描、直流和交流靈敏度、零極點(diǎn)和蒙特卡羅等14項(xiàng)分析.在仿真的同時(shí)，它還可以儲(chǔ)存測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)、測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等［2］.

2 EWB在教學(xué)中的應(yīng)用

對(duì)于高職高專的學(xué)生，目前高中物理基礎(chǔ)相對(duì)比較薄弱，如果僅僅是理論授課，而實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)又受場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，結(jié)合程度較差，有時(shí)上課和實(shí)驗(yàn)相隔時(shí)間較長(zhǎng)，學(xué)生也是比較被動(dòng)參與教學(xué)，效果較差.有了EWB仿真軟件，可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，首先EWB的軟件容量下，安裝非常方便，每位同學(xué)都可以在自己的電腦上安裝.課前可以布置相應(yīng)的設(shè)計(jì)題目，并給以一定的提示，到上課的時(shí)候就可以實(shí)現(xiàn)師生的互動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解.

如果能夠采用課前設(shè)計(jì)——仿真調(diào)試——課上修改——最后完善這樣一個(gè)流程，對(duì)于學(xué)生的理解和教師的教學(xué)必然有更好的效果［3］.

從圖1中可以看出，整個(gè)教學(xué)的流程，既開發(fā)了學(xué)生的主動(dòng)思維，又有利于學(xué)生在課外的小組討論，促進(jìn)共同提高，在遇到問(wèn)題也會(huì)預(yù)習(xí)教科書上的知識(shí)點(diǎn)，如果遇到問(wèn)題在課內(nèi)通過(guò)老師的講解和示范可以提供意見，而且設(shè)計(jì)的結(jié)果也往往不只一種，可以豐富的教學(xué)的內(nèi)容，這樣對(duì)老師而言也可以有更好的提高，同時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度.

圖1 EWB教學(xué)思路流程

3 EWB在電子技術(shù)教學(xué)中的具體實(shí)例

3.1 方波和三角波信號(hào)發(fā)生器

在模擬電子技術(shù)的信號(hào)產(chǎn)生電路的教學(xué)中，會(huì)講到RC正弦波振蕩電路的產(chǎn)生，還有非正弦波信號(hào)的產(chǎn)生，如方波和三角波的產(chǎn)生電路.由于教學(xué)學(xué)時(shí)的有限，一般只做RC振蕩電路產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)，知道正弦信號(hào)產(chǎn)生的過(guò)程.但是方波和三角波不做實(shí)驗(yàn)，光是課堂上理論講一下，效果是比較差的，因?yàn)樵肀容^復(fù)雜.通過(guò)采用EWB的仿真，在一個(gè)電路中同時(shí)觀察方波和三角波的產(chǎn)生，學(xué)生有很好的直觀印象，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解也就能取得較好的效果.

圖2所示電路是由一個(gè)遲滯比較器加一個(gè)積分電路構(gòu)成的，紅色線為第一級(jí)的輸出，產(chǎn)生的是方波，而藍(lán)色線是最后的輸出，通過(guò)對(duì)方波進(jìn)行反相積分，輸出三角波.仿真示波器采用雙蹤的顯示方式，具體輸出的波形見圖3.

同時(shí)可以對(duì)整個(gè)參數(shù)進(jìn)行修改獲得不同幅值和頻率的三角波，讓學(xué)生有更深刻的印象.該輸出波形的周期可以通過(guò)式(1)得出，改變積分常數(shù)R4C即可改變?nèi)遣ǖ闹芷?，通過(guò)改變比較器的輸出電壓uo1、電阻R1、R2即可改變?nèi)遣ǖ姆?，而通過(guò)這個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，既可以了解運(yùn)放的線性和非線性應(yīng)用，又能對(duì)這些電路在實(shí)際中的應(yīng)用有更深刻的了解，而且可以通過(guò)修改參數(shù)明白理論與實(shí)際之間的聯(lián)系，教學(xué)效果比原來(lái)好很多.

3.2 模擬數(shù)字鐘(一位)電路的仿真

在數(shù)字電子技術(shù)課程中，數(shù)字鐘是一個(gè)很好的實(shí)例，結(jié)合了數(shù)字電子技術(shù)最重要的知識(shí)點(diǎn)，包括了組合邏輯電路中的譯碼器，七段顯示數(shù)碼管，時(shí)序邏輯電路中的計(jì)數(shù)器，以及脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與整形中的555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器.往往實(shí)驗(yàn)沒有足夠的學(xué)時(shí)來(lái)搭這樣一個(gè)復(fù)雜的電路，而實(shí)習(xí)往往是課程結(jié)束之后才進(jìn)行，間隔很長(zhǎng)一段時(shí)間.而采用EWB仿真就可以輕松對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行觀察分析，看到最后的輸出結(jié)果.

圖4所示，該電路有如下部分構(gòu)成:

圖4 模擬數(shù)字鐘的仿真電路

(1)脈沖產(chǎn)生電路，由一個(gè)集成555定時(shí)器組成一個(gè)多諧振蕩器，用于產(chǎn)生脈沖時(shí)鐘信號(hào)，輸出的脈沖周期可以R1、R2、C這三個(gè)參數(shù)決定，T=0.7(R1+2R2)C——式2，圖中設(shè)定周期約為1 s.見圖5，可以用示波器的雙蹤觀察555定時(shí)器的2腳(電容正極)和3腳(輸出端)的波形，其中2腳為電容C為充電的過(guò)程時(shí)，對(duì)應(yīng)3腳為高電平;當(dāng)2腳為電容C的放電過(guò)程時(shí)，輸出為低電平.可以看示波器的輸出波形，其中藍(lán)色為2腳電容C的充放電波形，紅色為3 腳的脈沖波形［4－5］.

圖5 555構(gòu)成多諧振蕩器輸出波形

(2)計(jì)數(shù)器，脈沖送到74LS290十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的CLKA時(shí)鐘輸入端遞增計(jì)數(shù)，從0到9循環(huán)計(jì)數(shù).

(3)譯碼器，計(jì)數(shù)器的輸出依照高位到低位依次和7447譯碼器的DCBA相連，將8421碼翻譯成七段數(shù)碼管顯示的段碼.

(4)顯示器，七段顯示器，可以顯示計(jì)數(shù)器從0～9這10個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)的結(jié)果.

通過(guò)這個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的許多重點(diǎn)內(nèi)容可以掌握得更好，而且非常直觀方便.

4 結(jié)論

上述案例是模擬和數(shù)字中的典型.除此之外，還有其他許多的數(shù)字電路的芯片功能介紹，模擬電子的基本放大電路及運(yùn)算放大電路等，都可以通過(guò)EWB搭建，對(duì)學(xué)生更深刻地理解所學(xué)的內(nèi)容，以及作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助，拓寬了學(xué)生思維，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)造性能力培養(yǎng)也有較大的好處.同時(shí)電子技術(shù)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，這些軟件的應(yīng)用能力培養(yǎng)，為學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程也打下良好的基礎(chǔ)，是高職高專電子技術(shù)教學(xué)改革的一個(gè)重要的手段.

［1］文 娟.《電工基礎(chǔ)》教學(xué)中嵌入EWB分析電路初探［J］.職業(yè)時(shí)空，2011，7(5):96 －97.

［2］張 英，朱立華，馬承先.基于EWB的有源濾波器優(yōu)化技術(shù)及仿真分析［J］.電氣傳動(dòng)，2009，39(2):41 －43，60.

［3］付 楊.Multisim仿真在電工電子實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(4):120 －122，126.

［4］于松亭.EWB仿真軟件在數(shù)字電路教學(xué)中的應(yīng)用探討［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011(6):17－173.

［5］袁占生，秦德興，鄭文杰.EWB8.0軟件在數(shù)字邏輯教學(xué)中的應(yīng)用［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(4):34 －35，46.