EWB仿真系统对电子技术课程教学改革的探讨

2022-11-19

1 EWB虚拟电子实验台的功能与特点

专门用于电子电路仿真的“虚拟电子工作台”[Electronic Workbench (EWB) ], 是目前最直观、最高效的电子设计自动化软件, 用EWB进行的仿真模拟实验过程非常接近实际操作效果。各元器件选择范围广, 参数修改方便, 不会象实际操作那样多次地把元件焊下而损坏器件和印刷电路板。EWB不但提供了大量的分立元件和集成电路等元器件, 还提供了丰富的调试测量工具:各种电压表、电流表、示波器、指示器、分析仪等。它是一个开放性的仿真实验平台, 给我们提供了一个实验器材完备的综合性电子技术实验室, 可以在任意组合的实验环境中搭建实验, 可用常规方法测量各点电压、电流、波形等来调试和测量电路。对于较大规模的电路, 可分级接线和调试, 通过元件复制或单级电路的复制来完成整个电路的组装。特别是学生用实物做实验时, 对接线的要求非常严格, 万一接错线可能会烧坏元件甚至烧坏仪表, 不仅造成实验材料的浪费而且还有一定的危险性。而将EWB引入教学, 可以把电路图故意接错, 设置故障, 同时在电路中接一指示灯, 进行故障仿真时, 会出现指示灯被烧坏或不亮等现象, 加上教师的及时引导, 这种生动形象的教学会给学生留下深刻印象, 从而大大减少实际操作中的线路故障率, 节约实验材料, 实验效率得到提高, 而且在训练学生熟练使用仪器和掌握正确测量方法的能力上会有明显改善和提高。

2 EWB在电子技术教学中应用举例

2.1 实验流程如图1所示

2.2 电路的构建、调试步骤

(1) 元器件的调用与布局。打开相应元器件库, 将所需元器件拖曳到电路工作区, 通过移动和旋转元器件进行布局调整。

(2) 线路连接。元器件布局结束以后就可进行线路连接, 注意放置连接点。

(3) 设置元器件标识和数值。双击所需设置参数的元器件, 在对话框中设置好标识和数值。

(4) 连接仪器、电路存盘。电路图设计完毕就可将仪器接入, 供实验使用。为便于仪器的波形识别与读数, 可将仪器的输入输出连线设置为不同的颜色。选择好路径, 输入电路图文件名并存盘。

(5) 运行EWB仿真。打开文件, 用鼠标左键单击主窗口右上角的开关图标, 软件自动开始运行E W B仿真软件, 系统将自动把分析结果显示在仪器仪表上和分析图 (D i s p l a y Graphs) 上。如果要暂停仿真操作, 用鼠标单击主窗口右上角的暂停图标, 实现暂停/恢复操作。如果电路中有错误, 屏幕将提示错误信息。

(6) 查看分析结果。E W B中查看分析结果有两种方法: (1) 接通电源, 打开仪器仪表的面板, 观察指定点的波形或数值的变化。 (2) 接通电源, 用鼠标左键单击工具栏上的分析图图标, 屏幕出现要显示的波形, 单击该波形即可对波形进行读数。

2.3 EWB在模拟电子技术教学中的应用

例如在单级放大电路的教学中, 可依据学生已有的知识和经验 (学生已具备PN结、放大、晶体三极管导通的外部条件等基本知识, 会用E W B, 能正确使用数字电表、示波器、信号发生器等虚拟仪器) , 首先由教师创设问题情境 (如:要求完成能对幅度1 0 m V、频率1kH的正弦波信号不失真放大20倍, 负载电阻为1kΩ) 。其次, 由学生根据已有知识进入到E W B环境中, 调用电子元器件、电子仪器等来构建放大电路 (如图2) , 通过对电路的反复仿真、修改和调试, 学习和掌握有关单级放大电路的静态工作点、非线性失真、饱和失真、截止失真和频率特性等知识, 并最终完成教学任务。在整个教学过程中通过提问、课堂讨论以及实时仿真模拟等方法对学生的学习给予指导, 做到课堂上教与学的实时互动, 从而使学生获得大量动手实践、动脑思考的机会, 从而实现以学生为中心的电子技术课堂教学。使教学成为在教师引导下交互式的双边活动, 充分调动教与学双方的积极性, 提高课堂教学效率和质量。

2.4 EWB在数字电子技术教学中的应用

教师还可以从实际生活中提出问题, 让学生利用EWB自己动手搞设计来调动学生的学习兴趣, 激发创新意识。比如:让学生设计一个分别在两间卧室及客厅的三个开关都能控制客厅灯的逻辑电路。设A、B、C为三个控制开关, 可让学生分组讨论, 教师引导学生分析逻辑关系得出真值表 (如图3) , 然后, 用逻辑转换仪生成逻辑电路, 进行仿真 (如图4) 。采用这样的教学方法, 可以集思广益, 发挥学生的创造力, 还可开阔学生的眼界, 激发学生主动思考, 学习兴趣也会大大提高, 同时还会启发他们思考生活中的实际问题, 从而培养学生的创新意识。

为了达到最好的教学效果, 在认真分析教学目标的基础上, 从问题的提出到知识的准备、环境的建立、教学过程和教学的深入直至新知识的形成等各个环节上要进行精心设计, 对教学中的重点、难点问题通过提问等方式设计在教案中, 并且对教学所涉及的问题都预先通过了仿真模拟。E W B进入课堂教学, 其作用不仅是教师传授知识的工具, 同时也是学生学习知识和技能的对象和工具。

3 结语

用E W B进行仿真模拟实验, 实验过程非常接近实际操作, 电路调试快捷方便, 对电子技术课程中的绝大部分电路都能应用, 不仅能用于对单个电路的特性和原理进行验证, 也能用于多级组合电路。EWB提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件, 还提供了各种调试测量工具。EWB电子工作台为我们提供了一个很好的实用工具, 使我们能够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中由浅入深地分析各种电路的特性, 讲解各种参数改变对电路的影响。学生可结合学习内容, 进行接近于实际电路的调试分析, 有利于对理论的加深理解和掌握。

由此可见, 使用E W B仿真系统进行辅助教学, 显示出其与传统教学相比具有更多的优越性和特色。当然, 学生识别元件的管脚、焊接等实际操作利用E W B是得不到训练的, 因此我们要取其所长, 补其所短, 在充分利用其优势的同时, 注重对学生的实训, 从而全面提高学生的理论、实践和创新能力。

摘要：随着计算机的普及, 计算机辅助教学作为教学手段的补充将得到广泛使用。应用虚拟电子工作台EWB对电子技术课程进行教学改革, 将实验台“搬到”计算机屏幕上, 一改传统教学模式, 具有形象直观的特点。这种实验与理论有机结合的教学手段, 对培养学生创造性思维能力、实际动手能力和计算机应用能力, 全面提高专业素质具有重要意义。

关键词：EWB,电子技术,辅助教学,模拟实验