EWB软件仿真在模拟电路课程教学改革中的应用

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  随着电子技术和计算机技术的发展,电子产品已与计算机紧密相连,电子产品的智能化日益完善,电路的集成度越来越高,而产品的更新周期越来越短,国内外各软件公司相继推出了许多电子自动设计软件,简称EDA软件。其中加拿大Interactive Image Technologies公司的数/模混合电路仿真软件Electronics Workbench(简称EWB),是目前世界上最著名的电路仿真软件之一,该软件具有强大的电路图绘制功能,电路仿真功能,模拟仿真快速准确,将它应用到模拟电路课程的教学中,可以改善教学效果,提高教学质量。通过模拟仿真实践,还可以培养学生利用计算机进行电路分析和设计的能力,提高模拟电路课程的教学水平。这个软件仿真在模拟电路课堂教学改革中的应用使得深奥、抽象的理论变得易于理解、形象生动。
  
  模拟电路传统教学的现状
  
  由于模拟电路在工业、农业、国防和家用电器等各行业的使用率和普及率非常高,开发、设计和维护模拟电路应用系统已成为计算机技术的一个重要分支,《模拟电路》课程也是各高校的计算机类、电工类、电气类等的专业基础课之一。但传统教学在教学方法、教学内容和教学环节等方面存在一些弊端,越来越不适应模拟电路技术领域的发展需求。若不加以改进,势必影响培养应用型人才的教育目标。
  1.传统教学方法的弊端。传统教学方法是以课堂教学为主,试验教学为辅,《模拟电路》课程课时数一般为72课时,其中理论课占58课时,实验课占14课时,由于模拟电路是一门比较难于理解的课程,存在教学效率不是很高的问题。
  2.试验环境与实际应用开发不相适应。模拟电路时一门实践性和综合性较强的课程。早期的实验设备主要以实验箱为主,由于电路不能改动,开放性差,因而只能做一些验证性试验。实验中,学生连接固定电路,然 后观察试验结果,记录数据。因为学生没有从设计角度进行理论分析和电路设计,学生对整个集成电路的工作原理没有深入的理解。这就使得学生无法进行实际的应用开发,仍需不断地学习。
  
  EWB软件仿真辅助模拟电路课程教学
  
  针对以上《模拟电路》教学过程中存在的问题,我进行了有益于模拟电路的教学改革与研究,通过不断地学习,发现EWB软件仿真不仅可以很直观的进行教学,还有利于激发学生的学习兴趣、改善教学效果和提高教学质量。下面就一个“模拟电路”课程中“单管放大”的实验为例来说明EWB在模拟电路课程教学改革中的应用。
  1.“放大器图解法”知识点的讲授。“图解法”是放大器的基本分析方法之一。首先做简要说明,了解什么是图解法,图解法的特点,图解法的用处等。接下来是本课程由哪几部分组成,放大器图解法由以下五部分组成:(1)晶体管放大器的基本要领;(2)图解分析法;(3)用图解法分析非线性失真;(4)电路元件参数对放大器的影响;(5)最大不失真输出的动态范围。
  2.电路元件参数对放大器特性影响的讲解。通过软件仿真可以比较直观的看出各元件参数的变化对放大电路的特性的影响,调节偏置电阻Rb的阻值,直接影响静态工作点的位置,如图1所示,Q1是由于Rb选得太大使IB太小,引起截止失真,Q2是由于Rb太小使IB过大,引起饱和失真,Q0则对应的Rb值较合适,无失真现象,见图1。
  
  3.单管放大电路的特性分析。单管放大电路如图2,从菜单中的Analysis中选择DC Operating Point,即可观察到电路中各节点的直流工作点,如图3。双击示波器,出现其面板,单击启动按钮,随即显示输入波形和输出波形,如图4,放大倍数从中可直观的得出。通过调整元器件参数可以得到电路不同的特性及失真时的波形。
  
  
  在EWB软件仿真模拟电路的静态和动态分析时,由于某种原因,可能会造成仿真失败,应该检查电路的结构、电路模型以及各个参数的设置。
  
  结束语
  
  EWB的功能远不至以上所述,非常丰富。教师和学生利用EWB进行仿真实验,元器件选择范围广,参数修改方便,实验过程非常接近实际操作效果。在进行电路分析与设计时可先用EWB模拟连接电路,确定元器件的参数,使用EWB虚拟仪器、仿真分析方法进行在线测量、分析和调试,然后再用真实的元器件进行实际电路的安装,使电路调试快捷方便。将传统的教学方法与计算机仿真相结合,利用EWB作为该类课程的教学和设计手段,不仅可以弥补学校因实验经费不足带来的实验仪器与元器件缺乏问题,而且排除了原材料消耗和仪器损坏等故障的出现,可以帮助学生更快、更好的掌握课堂讲授的知识内容,加深对概念和原理的理解,弥补课堂理论教学的不足,而且通过仿真,使教师能够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析,可以深入浅出地分析各种电路的特性,讲解各种参数改变对电路的影响,为电子类专业的教学提供了一种先进的教学手段和方法,对提高学生的电路设计与分析能力和综合素质具有重要的意义。
  中图分类号:TN702文献标识码:A
  
  参考文献:
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