基于仿真软件的电子实验

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2024年4月6日发(作者：)

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第ｌ５卷第２期　

河南教育学院学报（自然科学版）　

Ｖｏ１．１５　Ｎｏ．２　

２　０　０　６年６月　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　

Ｊｕｎ．２００６　

基于仿真软件的电子实验　

付志强，周　正　

（河南交通职业技术学院计算机科学系，河南郑州４５０００５）　

摘要：使用Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｗｏｒｋ　Ｂｅｎｃｈ（简称ＥＷＢ）４３，＂真软件进行实验教学，可以克服实验室各种条件的限制，提高实　

验效率．阐述了电子仿真实验的步骤，论述了电子仿真实验教学的优越性．　

关键词：电子；ＥＷＢ；仿真软件；实验　

中图分类号：ＴＭＩ３３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００７一Ｏ８３４（２ＯＯ６）０２—００７９—０３　

１　引言　

中必不可少的重要组成部分，是提高学生实验技能　

电工电子实验课可以分为操作、模拟、仿真三个　的重要手段，也是评价教学质量高低的重要方面…．　

层面进行教学．操作层面是学生面对实际仪器设备　

应用仿真系统对电子技术相关课程进行教学改革，　

进行操作实验，是实验教学的一个重要层面．通过实　

具有直观而形象的特点，可使实验与理论有机结合，　

际操作，可以培养学生的动手能力和操作技能，但　

有利于学生综合能力和创新能力的培养．　

是，操作层面实验往往伴随着材料的消耗，有时还需　采用仿真软件进行实验教学在省时、有效和解　

要价格较高的仪器设备．为了既节约实验教学经费，　决实验设备短缺三方面，具有突出的优点．　

又不影响实验教学，在操作层面的实验通过考核后　２．１真实性教学　

就需要转为模拟层面实验．模拟层面实验一般不再　

利用仿真软件运行仿真电路的技术指标和数据　

涉及具体的终端设备，比如在电动机控制电路实验　

是真实的；设计电路无须附加额外条件，与实际电路　

中利用小灯泡代替电动机，灯亮表示电动机转动．模　运行相同；它不受实验环境、条件及设备精度的影　

拟层面实验重点是学习系统工作原理及故障分析．　响，测量数据稳定、可靠、重复性好．　

仿真层面的实验是较高层次的实验．在教学中，由于　

２．２形象、直观　

经费、时间、场地等条件的限制，要达到某种实验目　

应用ＥＷＢ仿真软件进行实验教学，与在实验室　

的，使用真实的仪器设备和实验环境进行学习和研　

一

样，可以任意设计电路、运行、数据分析，而且仿真　

究，代价是昂贵的，有时甚至是不可能的．仿真实验　

软件输出可视性好，绘制的曲线和图形精确，可生动　

既能实现各种元器件、仪器设备的仿真，满足教学的　直观地展示被考察对象各相关物理量之间的关系．　

需要，又可以实现复杂系统的仿真研究，在教学科研　

例如，做三级管放大器特性实验时，在仿真实验中，　

中具有重要作用．　

学生可以随意改变所有的外围元器件，从各个方面　

２　应用ＥＷＢ仿真软件进行电子实验教学的　

观察不同元件对放大器特性的影响，很直观地观察　

优越性　

三极管的通断、放大、饱和等状态下的电路特性．　

职业教育是以产学研相结合为发展方向，是一　

２．３较大的实验容量　

种培养就业技能的教育形式，加强实验室、实习实　

应用ＥＷＢ仿真软件进行实验教学，具有良好的　

训基地建设，强化实验、实习教学是培养高等技术应　

经济性、适用性和灵活性．由于电脑占地面积小，仿　

用性人才的基本途径．电工电子是工科非电类专业　

真过程无须附加太多的硬件条件，仿真操作简便，实　

的一门专业基础课，电工电子实验教学是教学环节　

验教学的容量大大增加，实验周期缩短，有效地扩充　

收稿日期：２００５—１２—２６　

作者简介：付志强（１９ｒ７ｌ一），男，河南林州人，河南交通职业技术学院计算机科学系讲师　

・

７９・　

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了学校的教学场地和教学设施．　

２．４操作安全　

使用ＥＷＢ软件对学生来说，无须担心触电的危　

险（例如做三相交流电实验），无须担心损坏元器件，　

没有了搞坏仪器的风险，学生就能更大胆地去尝试、　

去实验，有利于学生更好地去研究问题、探讨问题，　

有利于培养学生创新意识．　

但是，教师需要特别强调实验步骤和安全操作　

规范，注意培养学生认真的实验态度．　

３　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｗｏｒｋ　Ｂｅｎｃｈ软件简介　

ＥＷＢ具有人机交互式操作界面，操作方便，容　

易掌握，在ＥＷＢ工作窗口显示多个不同的使用区　

域，包括菜单、电路工具栏、电路零组件工具栏、电路　

设计窗口、描述窗口、虚拟仪表及测量状态栏等功　

能．在ＥＷＢ的元器件库中，提供了具体型号的器件，　

包括各种无源器件（电阻、电容等），各种二极管、三　

极管，各种运算放大器，７４系列和４ＯＯＯ系列数字电　

路，各种门电路、触发器、显示器件等．提供了激励源　

（信号源）和数学模型元件，方便各种分析的需要．提　

供了能发亮的指示元件和发声元件，具有用键盘控　

制电路中的开关、电位器调节、电感器调节和电容器　

调节功能，使仿真过程形象逼真．在仪器库中，提供　

了各种常用的仪器仪表，增加了仿真结果的直观度，　

并允许多个仪表同时调用和重复调用．－２　这就类似一　

个电子实验室，实验者可以进行所要做的各种实验．　

除了仪表仿真方式以外，该软件还具有波形仿　

真的方式，它提供的分析方法有：静态工作点分析、　

交流小信号分析（分析电路的幅频特性和相频特　

性）、瞬态特性分析、傅立叶分析、噪声分析、失真度　

分析、灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极　

点一零点分析、传输函数分析、最坏情况分析、蒙特　

卡罗分析等．仿真分析的结果，可以用曲线或资料对　

照图表表示，可以显示示波器轨迹及波特图，可以显　

示模拟统计图，还可以显示错误记录表用来检测模　

拟过程中出现的错误或警告信息．　

４仿真软件在电子电路实验教学中的应用　

ＥＷＢ电子仿真实验可以按照下面步骤进行，首　

先根据实验设计任务要求，提出设计思想，画出原理　

图；再根据电路原理图，在ＥＷＢ工作窗口的电路零　

组件工具栏中选取所需要的元器件及仪表，在电路　

设计窗ＶＩ完成电路连接组态－３　；然后使用ＥＷＢ虚拟　

仪器－３　进行在线测量－４　Ｊ．下面结合有源滤波器的频　

域测试实验进行分析．　

４．１设计一个二阶ＲＣ有源低通滤波器，通带范围　

０～ｌ　ｋＨｚ，通频带内具有平坦幅频特性　

・８０・　

４．２电路设计　

４．２．１选择元器件，确定元器件参数　

采用典型的二阶低通滤波电路结构．运算放大　

器选用ＣＦ７４１；Ｑ值的大小对滤波电路的幅频特性　

影响很大，为保证通频带内具有平坦幅频特性，一般　

取Ｑ＝ｏ．７０７，由Ｑ＝ｌ／（３一Ａｏ）计算得Ａｏ＝　

１．５８６，再根据Ａｏ＝（１＋ＲＦ／Ｒ１）计算出ＲＦ：０．５８６　

Ｒｌ；电容Ｃｌ和Ｃ２选用０．０１ｔｔＦ陶瓷电容，通带范围　

０～ｌ　ｋＨｚ，截止频率　＝　ＯＪ０＝　１　

，

求出Ｒ＝１５．９　

ｋＩ１；为了避免运算放大器输入偏置电流在两输入端　

之间产生附加的差模输入电压，应使运算放大器两　

输入端的对地直流电阻相等，即：　

ＲＦ／／Ｒｌ＝２Ｒ：３１．８　ｋＩ１，０．５８６Ｒｌ／／Ｒｌ＝２Ｒ＝　

３１．８　ｋＩ１，Ｒｌ＝８６ｋｉ１，Ｒ，＝５０．４ｋＩ１．　

４．２．２电路图　

圈１使用虚拟元器件的电路圈　

图ｌ是在ＥＷＢ仿真软件中使用虚拟元器件组　

成的电路图，并且连接了信号发生器、波特图产生　

器、双踪示波器用来分析电路特性．　

４．２．３使用仿真软件分析有源滤波器的幅频特性　

４．２．３．１在信号发生器上设置一个滤波电路通频带　

内较低频率的正弦波信号，如５０Ｈｚ，从双踪示波器观　

察到波形如图２；进行交流频率分析，滤波器的幅频特　

性如图３，可以算出ｆ：ｌ　ｋＨｚ处增益下降约为３ｄＢ．　

圈２低频波形圈　

富　

入　

Ｉ　

ｘ————■——●—●　

ｙｌ

ｌ　

量　

　９５２．

１．

０Ｏ４　

００００

８ｍ　

Ｋ　

圆　

ｘ２　４．０２８６Ｋ　

Ｋ　

ｙ２　＿２０－ｌ８９６　

圈３■频特性圈　

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４　２．３．２在信号发生器上设置一个滤波电路通频　

地与实际相衔接，可以根据实际情况，适当搭建实际　

带内较高频率的正弦波信号，如９００Ｈｚ，从双踪示波　

电路进行实验，并与仿真实验比较分析Ｉｓ］．　

器观察到波形如图４，滤波电路输出信号相对输入　

５结束语　

信号有一定的相移．　

在实际操作中，ＥＷＢ在电子仿真实验中的作用　

非常大，特别是对于大型的综合实验，先进行仿真，　

再实际操作，可以少走弯路，节省时间，并且减少器　

件的损耗．但仿真实验毕竟是仿真，学生必须要有一　

定的实际实验，根据不同的实验对象合理安排仿真　

实验与实际实验的比例，是仿真技术应用和发展中　

应该解决好的问题．使用ＥＷＢ仿真软件进行实验。　

圈４高频波形圈　

不受实验室各种条件的限制，可以在任意一台装有　

２０　

该软件的计算机上进行，具有实用性和推广价值．　

Ｉ２　

４　

焉　ｏ　－１４　

－

Ｉ２　

—

２０　

参考文献　

１００　ｌ０Ｋ　ｌ０００Ｋ　

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（Ｈｚ）　

［１］孙肖子，田根登，徐少莹，等．现代电子线路和技术实验简明教　

程［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２ＯＯ４．　

圈５幅频特性　

［２］胡宴如，耿苏燕．模拟电子技术［Ｍ］．北京：高等教育出版社，　

４．２．３．３调整ＲＦ阻值为８６ｋｇ２，进行交流频率分析，　

２００３：２６２—２９２．　

滤波器的幅频特性如图５，电路的幅频特性在ｆ＝ｆｏ　

［３］熊楠，李世平，管京周，等．现代测试技术的发展方向——虚拟　

仪器的开发和利用［Ｊ］．中国仪器仪表，２００５，（２）．　

处出现峰值．　

［４］胡健．ＥＷＢ在模拟电路仿真中的应用［Ｊ］．重庆工商大学学报　

４．２．３．４多次调整元器件参数，通过虚拟仪器分析　

（自然科学版），２００３，２０（１）．　

有源滤波器的幅频特性，发现在４．２．１中确定的元　

［５］杨上河．用电子模拟软件ＥＷＢ分析电路的方法［Ｊ］．电气电子　

器件参数较为符合设计要求．仿真成功后，为了更好　

教学学报，２０００。２２（３）．　

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　

ＦＵ　Ｚｈｉ—ｑｉａｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｚｈｅｎｇ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ｓｃ　黜，ｌｌｅｎａｎ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｖｏｃａｔｏｉｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，ｚＪ娜　Ｄ“４５０００５，Ｃｈ／ｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｗｏｒｋ　Ｂｅｎｃｈ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｃａｌｌ　ｏｖｅｒｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ　ｏｆ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ｒａｉｓｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉ－　

ｍｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｅｘｐａｔｉａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ；ＥＷＢ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　

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８１　・　

本文标签： 实验分析电路进行电子