虚拟电子实验室在电子实训中的应用研究

[摘要] 使用EWB的主要任务是用计算机对电路进行动态模拟和波形仿真分析。本文通过对OTL放大电路的仿真与优化设计,对EWB的应用方法作了深入的研究,为在教学和工程上进一步应用打下了基础。

[关键词] EWB 电路仿真 EDA 放大电路

一、EWB(虚拟电子实验室)介绍

EWB与其它电路仿真软件相比较,EWB具有界面直观、操作方便、采用图形方式创建电路等优点,构造电路、调用元器件和测试仪器等都可以直接从窗口图形中调出,可以对电子元器件进行一定程度的非线性仿真,不仅测试仪器的图形与实物相似,而且测试结果与实际调试基本相似。使用虚拟测试仪器对电路进行仿真实验如同置身于实验室使用真实仪器测试电路,既解决了购买大量元器件和高档仪器的难处,又避免了仪器损坏等不利因素。同时在该软件下调试所得结果电路可以和protel等印制电路设计软件共享,生成印制电路,自动排出印制电路版。而且该软件直观的电路图和仿真分析结果的显示形式非常适合于电子类课程课堂和实验教学环节,是一种非常好的电子技术实训工具。可以帮助学生更好地掌握课堂教学内容,加深对概念、原理的理解,通过电路仿真,进一步培养学生的综合分析、开发设计和创新能力。

启动EWB,出现如图1所示的标准工作界面。该界面主要由元器件栏、电路工作区、仿真电源开关和电路描述区等几部分组成。

元器件栏相当于实验室的工作架。在其中存放了各种元器件和测试仪器。各种元器件存放在不同的元器件库中。电路工作区是工作界面的中心区域,就象实验室的工作台,可以利用元器件栏中的元器件和仪器移到工作区进行搭接设计电路。连接电路并接好测试仪器后,单击右上角的仿真电源开关,EWB便开始对电路进行仿真和测试。打开测试仪器,可观察测试结果。仿真开关如同实验室的电源总开关。电路描述区是EWB系统给用户提供的一个文字区域,用户可在此对电路的功能的仿真结果进行说明。

二、综合实例仿真分析

本综合仿真分析实例来自苏州市劳动局制定的无线电调试工中级考工操作试题第四套。

功率放大器要求输出功率尽可能大;效率要高;非线性失真要小;BJT的散热问题。如图1所示的互补对称功率放大器。此图中产用了一个电源的互补对称原理电路,图中由3BG1组成前置放大级,3BG2和3BG3组成互补对称电路输出级。推挽式功放末级二个推挽管,当放大信号过零时,由于信号电流很小,受三极管存在截止区的影响,导致负载所得到的电压或电流出现一段“死区”,这种信号失真称为交越失真。减小交越失真的一作法是给二个推挽三极管以一定的静态电流,使二个推挽三极管工作在线性放大区,以减小交越失真。3C8和3R2组成“自举电路”,主要作用是提升正向输出的幅度。各元件的参数如图中所示。

1.静态工作点分析

2.考工要求主要调试项目

(1)调整中心电压Ua=Vc/2,实测值填入表中,在电源电压DC18V调整功放管静态工作电流I<=25mA,并记录实测电流值。

(2)按图3接好万用表,打开电源开关。调整3R3电位器参数,使中点电压为9V。

(3)输入1KHz音频信号,用示波器观察输出信号波形临界出现削波时,测量负载两端的电压应为Uo>=4Vrms,计算最大不失真功率。

通过双击信号源面板调整输入信号源的幅值大小,可使输出波形达到最大不失真,测出最大不失真状态下的输出电压约为4.31V。则Av=Uo/Ui=4.31V/380mV=11.34,最大不失真功率Pmax=Uo*Uo/RL=1.17W

(4)调整输入信号使输出电压为2V,分别测出20Hz～5KHz的频响曲线。

按图6所示连接电路,双击信号源图标,修改信号源电压值至165mV处,使输出电压值正好等于2V(如图5),在波特图上设好最高频率5KHz和最低频率20Hz,打开波特图面板,观察频响曲线(图6)。

3.常见故障举例

3BG3三极管be极短路,造成输出波形上半部分出现截止失真。(如图7所示)

三、小结

通过对上述具体电路的仿真分析,我们可以发现EWB比起传统的对电路分析方法有很大的优点,可以直观地从图中观测到某二个量的关系,并且可以以曲线的方式输出。我们在电子线路、数字电路等的教学中可以使用EWB边讲边画,等一张电路图画完就可进行演示了,既生动又直观,易于学生理解与掌握。

总之,通过本次实践,我个人认为,EWB非常适合于电子类学生的仿真练习,是今后我们专业课教学改革的一个重要方向。

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