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電子技術實驗是輔助電子技術基礎的一門基礎性實驗，他包括電工、模擬、數字電路實驗，傳統的電子技術實驗是在實驗箱上完成基礎實驗或對器件進行功能測試和驗證。這樣簡單的基礎實驗已經不能適應當代電子技術突飛猛進的發展和社會急需具有創新意識和實踐能力人才的需求。這就需要高校在實驗環節加大力度，勇于進行實驗教學改革，不斷地將新科技、新手段融入到實驗教學中，再利用這新技術、新手段去探索、研究問題。 1 EWB簡介 隨著計算機技術的發展和對各種電子元件進行數學建模的進一步研究，再借助計算機軟件對其進行分析，在計算機上可以仿真出近似于實驗結果的數據及各種波形。EWB(Electronics Workbench)是加拿大InteractivelmageTechnologies公司推出的一個專門用于電子電路設計與仿真的軟件，他是非常優秀的電子技術實驗訓練工具，其特點是虛擬儀器齊全、容納各種高級分析方法、提供豐富的元器件、根據需要可以自己制作庫元件。他的操作也很方便，畫電路時可直接從桌面上的器件庫和儀器庫選取元器件和測試儀器來創建電路，界面非常直觀。電路的設計、仿真與分析工作只需輕點鼠標即可完成，EWB是一種全新的虛擬實驗環境，在這種環境下學生進行障礙性實驗，不必擔心安全問題，可以輕松地憑想象進行實驗。這樣不僅提高了興趣，還大大提高了電子設計的質量和效率，也排除了元器件損耗和儀器損壞，從而解決經費不足的問題。可以說安裝了EWB，就相當于擁有了一個功能強大、設備齊全、器件豐富的小型“電子實驗室”。 2 傳統電子技術實驗的不足和引入EWB進行高級分析的必要性 2.1 完成一個實驗題目的時間 傳統電子技術實驗主要使用萬用表、頻率計、示波器、交流毫伏表等測試儀器進行觀測，然后經過計算再與理論比較，完成一個實驗題目一般需要3h的時間。而使用EWB高級分析大部分都是直接分析出實驗結果，所以完成一個實驗題目所需時間不到1h。 2.2 觀測節點個數 傳統電子技術實驗使用萬用表、交流毫伏表一次只能測量一個節點的參數，用雙蹤示波器也最多能同時觀測兩路不同節點的波形。而使用EWB高級分析能同時測量若干個節點的參數，也可以同時規測若干個節點的波形。 2.3 特殊測量 傳統的實驗室由于實驗室儀器和元器件品種、規格、數量的限制，只能測量電子系統輸出與輸入信號的幅度和相位關系。而利用計算機輔助設計EWB高級分析不僅能模擬與分析輸入和輸出的關系，還能對由于實驗室條件限制而無法觀測的實驗現象都可以通過EWB高級仿真進行模擬測試，比如測試不同溫度下任意節點的參數和波形，測量某器件對任意節點產生的噪聲和失真度等，并且可以隨意設置故障進行實驗。這些不僅加強學生對知識點、難點的理解，也為綜合性設計、畢業設計開辟了一條捷徑。 3 用EWB的高級分析完成共射極放大器實驗 3.1 確定工作點Q 對放大器而言，讓工作點Q盡量處在交流負載線的中點是保證輸出波形最大而且不失真的關鍵，Q點過高或過低容易出現飽和和截止失真，圖1為共射極放大器電路。啟用EWB的參數掃描分析，輸出波形的瞬態特性如圖2所示，從圖中可以看出當R1=300 kΩ時，輸出波形出現了失真，當R3=700 kΩ時，輸出幅度出現了衰減，只有R3=500 kΩ時，波形幅度最大而且不失真。所以在上偏置電阻R3=500 kΩ時Q點幾乎處于交流負載線的中點。 3.2 靜態工作點的測量 啟用EWB的直流工作點分析得出圖3的結果，從表中可以讀出各節點和三極管各極的的電壓，通過圖3可以計算出集電極電流為: 3.3 動態測量 3.3.1 高級分析的動態測量 首先將V1改成小電壓以滿足進行傳遞函數分析時輸入源的要求，啟用EWB的傳遞函數分析，可得出圖4中的結果，從圖4可讀取輸出電阻、放大倍數、輸入電阻 3.3.2 理論分析動態特性 通過前面計算出來的集電極電流計算出基射極的體電阻為： β=200，是三極管的交流放大倍數，將理論與實驗進行比較，基本相符。 3.4 帶寬WB的測量 啟用EWB的交流頻率分析，結果如圖5，圖5有兩個游標，分別移動兩個游標使輸出電壓(Y1，Y2)為最大輸出電壓的70％，然后讀取帶寬dx近似為： WB=dx=13.4 MHz Y1，Y2，dx是從圖3中讀取的數值。 3.5 噪聲分析 噪聲分析是用于檢測電路輸出信號的噪聲功率幅度，用于計算、分析電阻或晶體管的噪聲對電路的影響。在分析時各噪聲源是相互獨立的，總的噪聲是各噪聲在輸出節點的和(有效值)。啟用噪聲功率分析功能，得到如圖6的分析結果，圖中的兩個曲線分別是輸入和輸出的噪聲功率譜，從圖6中可以分析出在低頻時的噪聲比較大，所以為了減小噪聲，加入的輸入信號頻率一般要大于800 Hz。噪聲分析為分析、設計電路提供了理論依據。 4 結 語 隨著科學技術的發展，以電路設計自動化為核心的現代電路仿真實驗將會打破傳統的電路教學模式，“以仿代實”、“以軟代硬”不僅節約了時間也極大地提高了傳遞實驗內容的效益，增大了單位時間所授知識的廣度和深度，也極大地提高了實驗中測量與處理數據的速度和精度。使教學實驗由單純的驗證型向啟發型、設計型轉化，增加實驗教學的靈活性和多樣性，提高對不斷更新課程內容的適應能力。但這不意味著忽略硬件實驗，實驗課適當調配，既要加強學生的基本功訓練，以培養學生的動手能力，又要讓學生在這樣虛擬環境下接受新知識、新技術，只有這樣才能培養既有扎實基礎，又具有全新現代化技術能力的人才。 |
