EWB软件在电子电工教学中应用案例与体会

摘要：通过将EWB仿真引入到教学过程中，探讨了虚拟电子实验平台在电工电子技术教学中的应用。利用EWB仿真软件可以使教学及实验仿真更加直观、灵活、生动，加深了学生对理论知识的理解，有利于提高学生理论与实践有机结合的能力，同时也可以增强学生的学习兴趣及创造性。最后通过实例说明了EWB在电工电子技术教学和实验方面的优越性。

关键词：EWB仿真软件；电子电工教学；应用案例

作者简介：任立红（1966-），女，内蒙古赤峰人，东华大学信息科学与技术学院，副教授；钱怡（1992-），女，山东威海人，东华大学纺织学院卓越纺织品设计班本科生。（上海　201620）

基金项目：本文系上海市教委重点课程项目、东华大学卓越工程师课程项目的研究成果。

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）33-0037-02

电工学在电类专业中占有重要地位，具有综合性、实践性强的特点，但对于非电类专业的学生来说，在课时少的情况下掌握电路、电子众多知识点难度不小。[1]EWB软件设计功能完善，操作界面友好形象，非常易于掌握，能构建直观的电路图，仿真分析结果直观显示，非常适合于电子课程的辅助教学，有助于学生对理论知识的理解。为此我们在教学中引入EWB软件，利用它提供的虚拟仪器以比实验室中更灵活的方式进行电路实验，还可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。[2，3]

在课堂教学中通过EWB软件设计电路，模拟各种电路的功能，能将难以说明的原理用生动的画面来解释，帮助学生克服障碍来理解抽象的概念，增强对电路的感性认识，掌握各种仪器的基本使用及电路参数的测试方法。根据需要随时控制电路，使电路功能可以分层次地逐步展现，使教学效果形象生动，成为课堂教学的有力补充，有效地激发了学生对该课程的学习兴趣，极大地增强了学生学习的积极性和主动性。

本文通过列举EWB在直流电路、模拟电子技术和数字电子技术中的应用实例，来探讨应用EWB软件开展电类课程辅助教学的优点和局限，从而为将EWB模拟、实际教学实验及课堂理论知识的有机结合提供借鉴。

一、EWB在电工电子技术教学中的应用案例

1.EWB在电路基础教学中的应用

电路是研究电路基本规律及分析方法的一门基础课，是学习电工电子技术知识必备的理论基础，其内容概念多、原理抽象，对非电类专业的学生而言较难理解，如基本电量的正方向、电路等效、戴维南定理、叠加原理、交流电路谐振等。若单从理论上讲解，总感到抽象枯燥乏味。但因为有了EWB，在进行理论讲解的同时，通过构建电路与仿真分析，理论与实际相结合，不仅大大扩充了教学信息，增加了课程的趣味和吸引力，而且使课堂更生动、具体、形象。下面以叠加原理为例加以说明。

叠加原理：N个电源共同作用的线性网络，其支路电流或电压等于各个电源单独作用时引起的响应之和。通过构建双电源作用叠加原理的仿真实验电路，得到了相应的实验数据记录如表1所示，由表1中数据进行分析，叠加原理的实验结果和理论计算结果非常吻合。

表1　叠加原理的实验结果和理论计算结果比较

项目 I1/

mA I2/

mA I3/

mA UAB/mA UCD/mA UAD/mA UDE/mA UAF/mA

E1=12V

单独作用 40.40 14.26 26.14 2.851 -1.069 3.921 4.040 4.040

E2=9V

单独作用 -10.69 -24.95 14.26 -4.990 1.871 2.139 -1.069 -1.069

E1、E2

同时作用 29.70 -10.69 40.40 -2.139 0.8020 6.059 2.970 2.970

理论计算值 29.71 -10.69 40.40 -2.139 0.8020 6.060 2.971 2.971

误差 -0.01 0 0 0 0 -0.001 -0.001 -0.001

2.EWB在模拟电子技术教学中的应用

模拟电子技术是研究半导体器件的性能、电路及其应用的学科。在讲解这部分知识点时，涉及了很多电路图，如PN节形成原理图、晶体管输入输出特性曲线图、放大电路直流通路图、交流微变等效电路图等，而这些图都是学生以往根本没有接触过的，学起来很吃力。教师通过EWB虚拟实验，在课堂上就可以直观形象地展示电路的工作特点。特别是对于单管放大电路，通过传统板书讲解和仿真实验的有机结合，晶体管放大电路的静态、动态工作情况及非线性失真情况一目了然。

图1是共发射极单管分压式偏置交流放大电路的实验图。本实验采用分压式偏置的单管交流放大电路，通过调节RW改变基极静态电流，以合理设置静态工作点。集电极电阻RC大小影响UCE和交流电压放大倍数Au。通过观察RW、RC变化对放大器性能的影响，了解交流放大电路的工作特点。可以设置不同参数测得实验数据，并得到这些工作情况下的输出波形。通过分析实验数据可知，负载增大，输出电压增大，电压放大倍数增大，增强放大效果；增大Rc可使输出电压增大，电压放大倍数增大，增强放大效果。

当调节RW使静态工作点不适当时，将容易引起交流输出信号失真。通过EWB可以生动形象地体现出RW变化对电路输出波形的影响，会产生饱和失真或截止失真，如图2所示。这些结论都可以通过理论分析得以验证，使得学生可以在课堂上比较具体形象地掌握抽象的放大原理，取得了良好的教学效果。

3.EWB在数字电子技术教学中的应用

数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用，组合逻辑门电路和时序电路的分析和设计。有了EWB，我们可以随心所欲地设计数字电路，实现设计目标。以下是二输入译码显示电路的设计过程。

二输入译码显示器是通过改变两个输入A、B的逻辑状态，从而实现四种输出并用数码管显示，相应的功能为：（1）A=0，B=0，则显示“U”；（2）A=0，B=1，则显示“P”；（3）A=1，B=0，则显示“2”；（4）A=1，B=1，则显示“5”。

根据逻辑要求列出逻辑真值表，进而写出逻辑式并用两输入与非门表示，最后用芯片74LS00实现，译码显示器仿真图（A=B=0时，显示U）如图3所示。

二、EWB的实验体会与评价

1.优点

（1）应用EWB方便实验室进课堂，能快速完整地构建实验原理图，并能够呈现完美的仿真实验过程，提高学习效率，使学生能够有兴趣和信心投入到学习中；在课堂中有些问题没有及时解决，课后能亲自动手连接设计电路、设置参数，用EWB仿真出来。仿真实验中，边连线、边测试、边修改、边分析，并与理论计算结果进行对照，分析各元件参数对电路的作用及影响，将理论与实际有机结合，将难以说明的原理用生动的画面显示出来，加深对理论知识的透彻理解和掌握。

（2）作为学习知识和应用知识解决问题的训练工具，EWB模仿实验的工作台，提供的仿真仪器的面板外形和操作方式都与实物相似，创设真实情境，灵活解决问题。

（3）虚拟实验平台因其安全方便，能够引发学生想象，大胆探索奥秘，敢于尝试，从而增强了学生的主动性和创造性。

（4）很多验证性试验完全可以通过虚拟实验平台得以实现，降低实验成本。

2.局限

EWB也有其局限性，模拟毕竟不能代替实际操作。如单管交流放大实验，模拟的过程很顺利，数据波形都很漂亮。但在实验课上，却由于各种因素的影响，造成了较大的实验误差，导致实验结果并不完美。硬件实验过程中出现的问题可以暴露出学习过程中的问题，而这些细节问题是EWB所不能反映的。具体有：一是排线问题。必须了解有关元器件，熟悉其性能参数，才能使试验得以顺利进行。二是有些仿真过程的真实性难表现。很多实际实验中不可避免的干扰、接触不良等因素都不能表现出来，就使得在解决实际问题的能力培养上缺失锻炼。三是在一些复杂的电路中，会出现计算速度过慢的现象，使得仿真过程不流畅。

三、结语

本文分别列举了EWB在直流电路、模拟电子技术和数字电子技术中的应用实例。可以看到，应用EWB软件开展电类课程的辅助教学，克服了传统教学过于枯燥和抽象的问题，可以使教学过程更加生动、形象、直观、有趣，也可以发挥学生主动性与创造性去仿真所设计的任何实验，模拟仿真实验简单省时，有助于我们分析理解复杂的电路，还可以在验证理论知识的同时将实践有机地结合，达到事半功倍的效果。这大大增加了学生的学习兴趣，为自主学习提供了一个更广阔的空间，打破了课堂教学时空，有利于综合能力提升、课后扩展学习，有利于设计出更合理的硬件设计方案，从而提高实验水平。

但EWB软件只是一种帮助我们学习的工具，模拟的是一种理想化环境，具体操作中有很多因素会影响实验结果，不能完全代替实际的实验。所以，在学习中应将EWB模拟、实际教学实验及课堂理论知识有机地结合起来，这样才能取得最好的教学效果，提高学生分析问题、解决问题的能力，为培养符合现代社会需要的人才打下更坚实的基础。

参考文献：

[1]任立红，李晓丽，刘浩.卓越工程师计划下“电工电子技术”课程创新教学初探[J].中国电力教育，2012，（4）：66-67，69.

[2]朱清智，袁铸，胡应占.EWB在电子电工教学中的应用[J].电气电子教学学报，2010，（32）：218-220.

[3]李伟民.电工电子实验与EDA实践入门[M].西安：西安交通大学出版社，2011.