EWB软件在《电工电子技术》课程中的应用

乔琳君

（西安航空职业技术学院 710089）

0 引言

《电工电子技术》是高职院校非电类专业开设的基础课程。课程实践性强且内容广泛，主要分电工技术和电子技术两块内容。学生对电工技术的内容学习时比较轻松，但是对电子技术，尤其是模拟电子技术多数学生不能很好地掌握，学习效果不好。为了能让学生很好地理解学习内容，提高教学效果，除了采用生动的多媒体教学外，还可以增加实践内容。由于实验设备有限和实验条件所限，有的实验效果不明显，而EWB仿真软件可以有效地改善以上问题，既解决了实验设备少的问题，又可以在教学过程中让学生边学边做，让每个人主动地参与到学习过程中，可以逐渐增强学生的学习兴趣，从而达到教学目的。

EWB 是加拿大Interactive Image Technologies 公司推出的一款电子电路仿真分析、设计软件，它具有直观的界面，用户学习操作十分简便，该软件与其升级版本Multisim软件相比，使用方式与实际更接近，同时它还带有丰富齐全的元器件库，根据需要可灵活改变各器件的参数，因此它能演示各种复杂电路系统，以查看结果【1】。

1 直流电路应用举例

学习直流电路时，除了要熟悉基本定理的内容，还要通过做大量的习题来加深对定理的理解，才能灵活地应用这些定理。在实际教学时发现，学生一般对电路结构的认识比较清晰，也能根据电路的特点和要求选用合适的方法。但列写电路方程时往往对于电阻的电压、电源的电动势正负号容易取反，另外在计算时出错，尤其在方程数多时这一问题尤为明显。并且采用传统的计算方法时比较费时。因此选用图形化的直观的EWB仿真软件对电路仿真，可以简化电路分析过程。

应用EWB仿真求解图1电路中各支路电流。已知：US1=140V，US2=90V，R1=20Ω，R2=5Ω，R3=6Ω。搭建仿真电路如图2。

仿真步骤：

①在Basic（基本元器件库）里找出需要的电阻；

在Sources（电源库）里找出直流电源模块；

在Indicators（指示仪器库）找出电压电流测量模块；

②对所用元件及仪表进行参数修改。

③连接线路，注意在直流电路里电流表的极性。

④打开仿真开关，仿真读数。如果电流表结果为负值，说明实际电流与参考电流反向。

图1 直流电路原理图

图2 直流电路仿真图

从图2看出，I1=4A，I2=6A，I3=10A。利用基尔霍夫电流定律可以进行验证I1+I2=I3，所以仿真结果正确。从这一仿真实例可以看出不需要写支路电流方程，大大简化了计算过程，也保证了计算的准确性。

2 交流电路应用举例

交流电路如图3所示，已知 ，R1=3Ω，R2=8Ω，XL=4Ω，XC=6Ω。应用EWB仿真求解 。

计算，但先要算出电感支路和电容支路的分阻抗，再利用阻抗的并联公式算出整个电路的总阻抗，才能利用欧姆定律依次算出。在计算阻抗时既有复数的计算又有三角函数的计算，必要时还要用到计算器等工具。由以上分析看出，交流电路的计算过程复杂，易出错。在此应用EWB搭建仿真电路如图4。

仿真步骤与上节相同，但要注意以下几点：

图3 交流电路原理图

①题目中给的感抗与容抗值，在电感电容参数设置时电感电容的单位分别为H和F，所以要将感抗与容抗值转换为电感电容值；

②交流电源的频率设置为50Hz；

③交流电路分析时将电流表模式设置为交流(AC)模式，而且注意各电流测量模块的极性不能加反，如果接反将使电流反相。

仿真结束后，可以看到总电流，电感电流及电容电流的有效值分别为48.72A，43.49A，22.09A，注意与理论计算有出入。通过仿真快速地算出了图3中如果再次遇到类似题型，采用笔算就必须从头重新计算一次，比较麻烦。而采用EWB仿真软件则可以直接调出相应仿真模型对参数稍做修改即可，大大提高计算效率。

3 模拟放大电路举例

图4 交流电路仿真图

图5 反相比例放大电路仿真图

图6 反相比例放大电路仿真结果

由于晶体管热敏性，导致集成运放电路产生零漂，所以实际的硬件实验效果不明显，波形易失真。以下以反相比例放大电路为例进行仿真。搭建仿真电路如图5。

仿真步骤：

①在Basic（基本元器件库）里找出需要的电阻；

在Sources（电源库）里找出交流电源模块和地；

在Analog ICs（模拟集成电路库）找出运算放大器；

在Indicators（指示仪器库）找出示波器模块；

②对所用元件及仪表进行参数修改。

③连接线路。

④打开仿真开关，从示波器中读取仿真结果。

从图6示波器的结果看，电路放大倍数Au=uo/ui=100，而且输入电压与输出电压波形反相。仿真结果与理论计算Au=-Rf/Ri=-100相同。

4 数字电路应用举例

在此以同步十进制集成计数器74LS160实现的60进制计数器的设计为例进行仿真。

采用10进制计数器74LS160设计60进制计数器，可以通过两片74LS160级联的方式先扩展成100进制，再应用反馈清零或同步预置数的方法实现60进制。设十位计数器的编号为2，个位计数器的编号为1。使用反馈复零法设计，步骤如下：

①写出60对应的二进制代码:01100000，即十位计数器的输出 Q2D Q2C Q2B Q2A=（6)D=（0110)B，个位计数器的输出 Q1D Q1C Q1B Q1A=（0)D=（0000)B

②求反馈复零逻辑表达式：CLR/十位计数器=CLR/个位计数器

③在EWB软件里搭建仿真电路如图7。具体如下：

a、在 EWB的 Digital ICs（数字集成电路库）选择 2片74LS160集成计数器，在Logic Gates（逻辑门电路库）选择与非门，在Sources（信号源库）选择Vcc电源、地和脉冲信号源，在Indicators（指示器库）选择2个数码显示管将以上器件拖放在工作区的合适位置。

b、设置所用元件参数。

c、连接线路。主要注意个位计数器的进位输出端RC0连接到十位计数器的计数端ENP=ENT，如图7红色线；反馈与非门输入端接十位计数器的Q2CQ2B，输出反馈到两个计数器的复位清零端CLR/，如图7紫色线。

图7 60进制计数器仿真原理图

④打开仿真开关，运行仿真电路。仿真时可以看到，从0开始计数时，来一个脉冲，个位计数器增1，当第十个脉冲来后，个位计数器进位，个位计数器为0，十位计数器显示1。即每计十个脉冲，十位计数器增1。整体看，当计数器从0开始计数计到59时开始循环，说明图7实现了60进制加法计数器功能。

采用EWB仿真时，通过显示器可以让学生直观地看到计数器工作过程，同时可以灵活地改变反馈清零信号实现任意进制计数器的设计。那么给学生提出设计要求让学生进行充分地练习，使学生能更好地掌握学习内容，使教学过程变得轻松愉快。

5 结束语

本文主要选取交直流电路、模拟电路及数字电路中的典型电路，通过EWB软件对其进行仿真，详细介绍了仿真过程。从以上仿真实例看出，在《电工电子技术》课程教学过程中引入EWB仿真软件，使得教学过程生动直观，能够激发学生学习兴趣，利于学生对学习内容的理解并应用，最终提高教学效果。

[1]尹明.EWB仿真软件在电工电子教学中的应用[J].广东工业大学学报,2007,6

[2]王维荣.电工电子技术-电工技术与计算机仿真[M].上海：上海交通大学，2011

[3]王延才.电工电技术EDA仿真实验[M].北京：机械工业出版社，2003

[4]胡锦.数字电路与逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2011

[5]乔琳君.基于EWB的N进制计数器仿真设计[J].电子测试，2013,9