基于EWB平台的电子电路设计应用初探

张莉

（徐州经济技术开发区工业学校，江苏徐州，221121）

1 EWB电子仿真平台概述

EWB电子仿真平台由示波器、函数发生器、万用表、毫伏表、频谱仪、逻辑分析仪构成，能够对直流电路的工作点、交流频率、电路瞬态信号波形、信号失真问题等多个领域进行仿真分析。同时EWB平台有一个元件库，其中预设有齐全的电子元件规格参数。几乎可以满足设计者的各类生成模拟电路的需求。同时，借助于EWB平台搭建仿真电路，能够非常方便的从元件库和仪器仪表库中调试修改电路参数，通过观察仿真电路的输出、输入波形，能够准确直观的了解电路在不同参数下的输入输出性能，快速完成电子元件的规格选择和参数设置。

2 EWB电子仿真平台在电子电路设计中的应用方向

2.1 模拟电路分析

EWB平台可以快速高效的完成模拟电路的分析工作。以晶体管放大电路的仿真分析为例，可以借助于平台元件库，选择与电路原理图相符的元件参数和布线图，然后构建出可以灵活调节元件参数的模拟电路，在保证放大电路输入信号归零时，通过观察输出信号波形图，估算出电路的静态工作点的各个具体数值，然后依此为标准，判断放大电路的输入信号是否存在严重的失真问题。像这样通过模拟电路分析，能够快速发现电子电路设计方案的具体问题，针对性的优化输入、输出信号传播电路设计方案，显著提高电子电路的设计效率。

2.2 数字电路分析

数字电路分析，主要指对电路波形图的仿真分析。同样以放大电路为例，可以通过调试改变电路的输入值，来对电路输出信号的波形图进行观察，通过观察到的波形图直观对比，以及波形图对应的数值的估算，得到仿真电路实验值，然后直接对比实验值和理论值，评价目前的电路设计方案是否满足项目功能需求。

2.3 电路调试排障

EWB平台构建的仿真电路，可以灵活的设计电路元件参数，改变电路振荡频率，设计再启动仿真开关。在仿真实验中出现实验值与理论值存在差距时，可以通过元件参数调试、振荡周期变化波形对比分析等方式快速的锁定造成问题的故障点。当锁定故障点以后，分析电路在某一元件参数设置上的问题，通过多次针对故障点元件的参数调整，对比该元件参数调整后的波形变化规律，选择更加符合项目需求的元件参数。通过在仿真电路中进行元件规格替换对比实验，能够快速高效的进行电子电路的故障排除工作。

3 EWB电子仿真平台在电子电路设计中的应用实例分析

3.1 NE555闪烁彩灯项目流程

NE555闪烁彩灯有张金华老师主编，用于中职电工电子专业《电子技术基础》课程实训教学的经典案例。该项目的设计重点在于多谐振荡器的设计应用。从硬件角度考虑，该项目用到的电子元器件主要有电阻器、电解电容器、发光二极管、三极管、555集成电路、555集成电路管座这几种。

电路设计方面的重难点主要集中在多谐振荡器电路设计上。总结来说该项目的设计实现流程按照项目设计、项目实施、项目调试、项目仿真分析、项目评价五个步骤实施。

3.2 NE555闪烁彩灯项目实施过程

3.2.1 项目电路原理设计

第一，电路原理图设计

要明确项目的功能要求，555闪烁彩灯主要功能在于，通过调节多谐振荡器的电力电阻值，三个彩色发光二极管能够正常的明灭、闪烁。项目设计的最终目标是将NE555闪烁彩灯应用到抢答器、报警器等具体项目中去。另外，要明确该次项目设计的重难点就在于绘制多谐振荡器电路原理图。我们可以将项目电路原理图细分为三个部分，分别设计电源电路、多谐振荡电路以及输出显示电路原理图，然后综合这个电路特点，设计NE555闪烁彩灯电路原理图。最后，根据电路原理图确定项目成品核心期间的封装形式，同时选定合适的电阻、电容、二极管、三极管元器件的具体数量。同时确定555集成电路的引脚。具体电路如图1所示。

图1 NE555闪烁彩灯电路原理图

第二，元器件的规格识别和检测

检测二极管的引脚质量；检测电容的正负引脚；检测三极管的规格和放大倍数，检测三个管脚质量；检测4种、5个（R1、R2、R3、R4、R5）不同用途的色环电阻性能；检测确定滑动变阻器（Rp）的调试范围。

3.2.2 项目电路安装和制作

第一，电路元器件布局设计

根据电路原理图设计布线图是电路制作的关键，通常情况下电路中的各类元器件都要布置在焊盘上。同时处于电路稳定性考虑，应该适当的加大电位差加高的两个相连元器件的导线宽度。同时元器件之间的导线不宜过长，元件间隙不易过大。元器件的布局位置可以按照电路的信号传输规律，将输入元件和输出元件归类放在同一块区域。

第二，电路元件的焊接安装

元件安装时要按照先小后大的原则，按照输入输出元件差异，依此按照从小到大、由轻到重的焊接。焊接过程中，对于集成管座的焊接，可以先在左右两边焊接两只引脚，用于固定版面，然后再按照同一方向，对管座引脚进行逐一焊接。在滑动变阻器焊接时，一定要注意区分移动端和固定端区别。在二极管焊接时则要注意区分政府引脚。三极管焊接时则要再一次对照电路原理图中的电路走向，将三极管的三个引脚插接位置正确无误。

3.2.3 项目调试

第一，调试操作

连通电源，电源指示灯（红色发光二极管）常亮，另外三个发光二极管（红、黄、绿）闪烁。手动调节滑动变阻器（Rp）的阻值，观察是三个发光二极管的闪烁频率变化。

第二，故障排查

先通过调节滑动变阻器，观察是三个不同颜色彩灯的闪烁频率，是否有明显变化，或者观察电源指示灯以及彩灯的亮灭情况，再次根据电路原理图，研判电路中哪一部分出现问题，导致彩灯不亮、不闪、调试不变等故障问题。同时，通过EWB仿真平台生成运行状态下的电路输出UO波形图。通过找出故障点后对电路的重新焊接调试，确保彩灯与电源指示灯状态恢复正常，然后再次记录电路输出波形，对比前后调试优化前后示波器上显示的输出波形图差异，判断整个故障排除过程是否科学合理。

3.2.4 项目仿真分析

通过调节滑动变阻器阻值来观察多谐振荡器的输出波形，能够明显发现晶体管多谐振荡器电路的振荡周期有一定的规律。振荡周期也是决定是三个彩灯闪烁频率的主要因素。

然后通过调节不同Rp阻值，观察三个小灯的整体闪烁情况和输出波形情况，判断闪烁彩灯555集成电路的基本功能是否满足设计要求。然后，固定Rp阻值，对比观察同一Rp阻值下的1uF和10uF两种电路的小灯闪烁频率，对比两种电路的输出波形图。通过EWB仿真对比分析，研判彩灯闪烁频率与整个电路中的哪些元件型号有关。在将NE555闪烁彩灯应用到具体的实用项目中时，再根据具体需求，依据彩灯闪烁变化规律与元件型号之间的关联规律，选用更加合适的元件型号。同时通过对比分析Rp值在10%、50%、90%三个档位时的仿真电路输出波形图，判断振荡周期规律是否符合设计需求。

图2 仿真电路Rp值为10%时的输出波形图

图3 仿真电路Rp值为50%时的输出波形图

通过观察对比三个不同Rp值的输出波形图变化规律能够发现，当电路阻值越来越大时，输出信号的周期也在同步的越变越大，表现在电路直观效果上，随着Rp阻值的加大，电路三个彩灯的闪烁频率也开始同步变慢。这一调试结果表明，目前555闪烁彩灯项目的设计虚拟仿真实验成效符合项目功能需求。

图4 仿真电路Rp值为90%时的输出波形图

4 结论

实践证明，EWB仿真平台在电子电路设计中能够极大的方面参数调试和故障排除工作。在仿真平台上对仿真电路进行调试排障过后，就可以根据仿真分析结果，直接进行电路事物的安装和制作，能够显著提高电子电路设计效率。