EWB仿真软件在电子技术教学中的应用,本文是关于电子技术开题报告范文和电子技术和电子技术教学和EWB仿真软件有关专科毕业论文范文.
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摘 要：电子技术课程主要包含模拟电路技术和数字电子技术两部分.模拟电路技术和数字电子技术的理论性和实践性较强,较难理解和掌握,传统教学方法难以引起学生的学习兴趣,且实验效率较低.将EDA技术应用到电子技术理论与实践教学,通过EWB仿真软件开展案例教学,有助于激发学生的学习兴趣、提高教学质量.
关键词：电子技术课程；EWB仿真软件；教学实践
中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1672-7800（2018）08-0085-04
为提高学生对电子技术课程的学习兴趣,一方面理论教学中要将抽象的理论和直观的实验现象紧密结合起来,让学生通过自己观察实验现象得出理论结论,以此加深印象便于记忆.另一方面,实践环节要培养学生的动手能力,学生动手过程也是发现问题、探讨问题和解决问题的过程,将EDA（电子设计自动化）技术灵活应用到理论与实践教学中,能够将抽象的理论结论变成直观的实验现象,便于学生理解掌握知识点,同时也有助于提高学生的学习兴趣.
1EWB技术简介
EDA是在20世纪60年代中期基于计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）等发展起来的技术.EDA技术是以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果进行电子产品的自动设计.借助EDA工具设计电子系统,电路设计、性能分析、PCB版图绘制等大量工作都可以通过计算机完成［1］.
EDA工具软件按照功能主要有电路设计与仿真工具,PCB设计软件,IC设计软件和PLD设计工具等.电子技术课程实践教学中采用电路设计与仿真工具EWB和Proteus对电路进行仿真.
EWB英文全称Electronics Workbench（电子工作平台）,由加拿大Interactive Image Technologies公司在20世纪90年代推出的电路分析设计软件.相对于其它EDA软件,EWB仿真软件是较小巧的软件,只有十几兆,但仿真功能十分强大.利用EWB软件可以设计、测试和演示包括电工学、模拟电路、数字电路、计算机接口电路等的电子电路.EWB有丰富的电路元件库,提供了多种分析方法,非常适合电子类课程的教学和实践.相比实验箱实验,EWB进行电路仿真使用方便,可以实时显示测量结果,还可以利用打印机直接输出实验数据、测试曲线和电路原理图［2］.
实验箱实验可以让学生提高认知能力和动手能力,但有时实验箱实验会存在很多问题,如元件老化或损坏导致调试过程曲折和实验效率较低,实验结果误差大,综合性的项目难以实现等问题［3］.如果在电子技术课程实践环节采用EWB仿真软件和实验箱相结合的方式,可以取长补短,达到良好的教学效果.将EWB引入电子技术课程教学中,可以增加综合性和设计性的实验,提高学生的学习应用能力,提升学生的学习兴趣和解决问题的能力,显著提高学习效果.
2EWB在电子技术教学环节中的应用
2.1模拟电子技术教学中的应用
模拟电子技术的很多特性、概念都很抽象,难以理解.如第一章主要讲述了本征半导体、杂质半导体、PN结、二极管和三极管.前三部分主要是微观的概念,在教学时可以结合动画讲解.大多数教材中提出二极管的单向导电性还是像PN结一样给出伏安特性曲线如图1所示.学生对基于曲线的单向导电性讲解觉得枯燥,提不起学习兴趣.如果能够用具体的电路体现单向导电性,不但让学生印象深刻,还能调动学习积极性.
EWB仿真软件可以直观体现元件的性能,图2是二极管正向连接图,灯泡亮则说明电路中有电流,因此二极管这种连接方式是导通的.图3是二极管反向连接图,灯泡不亮表示电路中没有电流,说明二极管的这种连接方式是不能导通的［4］.以上两种情况可以引出二极管具有单向导电性.
授课时教师通过EWB软件演示这两个电路得出二极管的单向导电性,不仅让学生理解了单向导向性,还让学生掌握普通二极管的正常电路接法,同时激发了学习兴趣,比仅仅依据曲线讲解效果好.
运算放大器及其线性应用是模拟电子技术中的重要部分,实际应用也相当广泛.集成运算放大器的线性应用主要包含了比例运算电路,加减运算电路和积分微分运算电路.比例运算是加减运算及复杂运算的基础,学生只有理解且熟练掌握比例运算公式和叠加定理,才能掌握加减和复杂运算的计算方法.教学过程中运用EWB仿真软件辅助教学,有助于使学生更好的理解和掌握这部分内容.
反相比例运算电路如图4所示,根据“虚短”和“虚断”的概念,列出电流和电压的式子,化简最后得出电压的放大倍数Au［5］.
学生对枯燥的理论公式推导往往不感兴趣,在教学的过程中通过仿真可以将具体的电路和结论展示给学生,一方面可以加深学生对理论的理解记忆,另一方面可以使学生了解电路的结构和连接方法,提高学生的学习兴趣［3］.
反相比例运算电路仿真电路如图5所示,仿真软件虚拟示波器显示的输入和输出波形如图6所示.
为了便于学生观察波形,图6中输入端与虚拟示波器连接线设置成蓝色,输出端线为红色.输入信号对应设置每格1V,输出信号设置每格10V,让学生通过观察波形,自己动手计算得出输出电压/输入电压幅值等于10,又因输入和输出反相,得出Au等于-10.再让学生根据电路参数和式（1）计算出Au等于-10,显然仿真结果和理论计算结果是一致的.仿真软件不存在元件参数误差和仪表误差等因素,结论和理论计算没有误差.学生通过自己观察、思考、动手计算和互动的环节,对前面的理论公式印象深刻,为后续的学习打下坚实的基础.
2.2数字电子技术中教学中的应用
数字电子技术中要讲到许多器件的逻辑功能和使用方法,在教学中适当的利用EWB仿真软件对连接方法进行演示,可以使理论知识形象化,帮助学生理解和掌握教学内容,提高教学效果.学生通过引脚图、器件说明和时序图等可以了解器件的逻辑功能和使用方法.
门电路是数字电子技术知识的基础,是组合逻辑电路的构成单元.门电路特性容易理解,组合逻辑电路设计按照步骤进行理论设计时,学生能够很顺利的画出逻辑电路图,如图7所示.但面对集成电路的实现,往往感到无从下手.
教学中,结合EWB仿真软件对三人表决器进行实例演示.EWB仿真软件中三人表决器一个人（A）同意时如图8所示,发光二极管不亮代表提案没有通过,图9是两个人（A,B）同意时的图,发光二极管亮代表提案通过.该演示教学,能增强教学的生动性和直观性,能使学生掌握集成芯片的使用方法.
3EWB在电子技术实践环节中的应用
电子技术课程教学设置了实验和课程设计的环节,虽然实验室有相应的实验箱,但是实验箱上的硬件是固定的,做实验有一定的局限性,并受时间地点的限制.实验课前,让学生先进行仿真实验,在实验台实验时就能做到心中有数,减少接线错误,避免损坏元器件,提高实验效率,学生能及时发现问题和解决问题.实验后,鼓励学生进行仿真调试,对实验内容进行拓展,拓展内容计入实验加分项.
在课程设计环节,需要学生完成相对复杂的电路（如八路抢答器,流水彩灯等）设计,并且完成实物制作.要求学生先利用仿真软件对设计好的电路进行调试,调试实现功能后再进行元件的安装和焊接,这样可以减少实际电路调试中出现的问题,达到事半功倍的效果［3］.
例如,数字电子技术中在设置555定时器应用［6］实验时,课堂实验内容为555定时器构成多谐振荡器,要求输出频率为1Hz的矩形波.仿真电路图如图10所示,波形图如图11所示.实验拓展内容为利用555定时器实现占空比可调的多谐振荡器和利用555构成施密特触发器.555定时器构成施密特触发器仿真电路如图12所示,波形图如图13所示.
将EWB仿真软件和硬件实验结合的方法不仅能够提高实验环节的效率,而且还能提高学生的动手能力、电路设计创新的能力和自主学习的能力［3］.
4结语
在电子技术课程教学中,EWB仿真软件辅助教学的方法,可以激发学生的学习兴趣,有利于学生理解和掌握理论知识,提高学生的电路设计能力和软件操作能力,培养学生的创造性思维,提高教学效率,保证教学质量.当然,仿真软件只是辅助教学的工具,要和实际操作相结合,才能真正提高学生的动手能力和实际应用能力［4］.
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