電工學實驗教學改革中EWB的應用

通過列舉EWB仿真實驗實例，說明EWB仿真在電工學實驗教學改革中的重要作用。實踐證明，仿真技術的推廣應用，極大地提高了實驗效率，擴展了學生的實驗內容和空間，有助于提高學生動手實踐能力和培養創新型人才。

EWB仿真實驗教學改革仿真實驗一、引言

“電工學”作為具有很強理論性、實踐性和實用性的技術基礎課，其實驗課內容非常豐富，可達近百個實驗之多。若全部開設，相關實驗設備和儀表的投入不是一般院校所能負擔的，即使具備了硬件條件但電工學實驗的學時卻是有限的，造成不能讓學生在實驗室完成所有實驗項目的現實。然而，當前倡導的創新型人才培養，希望為學生提供更多的動手實踐機會。在這種形勢下，將EWB仿真引入實驗教學可以解決上述問題。在我校的電工學實驗教學改革中，充分利用EWB仿真軟件為學生搭建了虛擬實驗平臺，擴展了學生的實驗內容和空間，有助于提高學生動手實踐能力、分析問題和解決問題的能力，達到培養創新型人才的目的。

二、EWB在電工學實驗教學改革中的應用

EWB（Electronics Workbench）作為電子線路設計模擬和仿真軟件，目前已在電子工程設計等領域得到了廣泛地應用。EWB具有界面直觀、操作方便等優點。作為虛擬的電子工作臺，EWB提供了豐富的元器件庫和儀器儀表庫，能夠完成各種電路的設計、測試和分析。

電工學中的基礎性、綜合性和設計性的硬件實驗，都可以用EWB軟件來實現，包含電路、模擬電子和數字電子等方面的內容。而且EWB還可以完成硬件實驗難以完成的內容，并且不用考慮安全用電的問題。本文舉其中幾個典型的實例。

1.三相交流電路中照明系統故障分析

三相交流電路的實驗屬于強電實驗，要求提供220V的相電壓和380V的線電壓，并且其中關于照明系統故障分析中，需要元件處于開路和短路的狀態研究中線的作用。在硬件實驗中如果操作不當就會發生危險。利用EWB軟件進行仿真就無需緊張強電的潛在危險了。而且改變元件開路或短路的狀態也非常簡單。

要研究的三相交流電路仿真電路圖如圖1所示，電阻代表不同的電燈組，在電阻屬性對話框中選擇“Open”表示電阻開路，選擇“Short”表示電阻短路。在圖1有中線和無中線時，通過測量5（電阻分別處于開路和短路兩種狀態下、負載為對稱（RA=RB=RC=5Ω）和不對稱（RA=5Ω，RB=10Ω，RC=20Ω）時的B相和C相電壓，研究中線的作用。無中線時的測量實驗數據如表1所示，有中線時電壓均為220V，說明為了保證照明系統在某相負載出現故障后不影響其他相負載的正常工作，應該在電路中加中線。

2.單管共射放大電路中晶體管溫度特性的研究

硬件實驗中難以對半導體器件因熱敏性對放大電路性能的影響進行溫度特性的研究，但利用EWB仿真卻很容易實現。在圖2所示的單管共射放大電路中，改變晶體管設置選項中的溫度值，通過測量溫度為25（C～100（C時的靜態電流和電壓值，可以得到溫度變化對靜態工作點的影響為：隨著溫度的升高，放大電路的靜態基極電流和發射極電流增大，集射間電壓減小的溫度特性。

3.頻率特性的研究

利用硬件電路來研究電路的頻率特性時，需要測出很多組數據才能繪出幅頻特性和相頻特性曲線，學生們通常手忙腳亂，費了很長時間卻很難獲得理想效果。如果先采用EWB進行仿真，在仿真過程中熟悉儀器使用和電路性能，然后再進行硬件實驗就會收到事半功倍的效果。

在圖2電路中加一幅度為10mV、頻率為1KHz的輸入電壓，利用波特圖儀可以得到幅頻特性曲線、相頻特性曲線如圖3所示。（a）為幅頻特性曲線，從中可以讀出中頻增益46.18dB、上下限截止頻率分別為7.9MHz、6.8Hz；（b）為相頻特性曲線，從中可以讀出中頻相移-135°～ -226°

三、EWB仿真實驗與傳統硬件實驗有機結合

利用EWB進行仿真實驗的優點是可以快速、直觀的得到實驗結果，容易實現電路的優化設計。其局限性是學生對實際元器件、實際儀表和實際電路沒有感性認識，體會不到“接觸不良”和“干擾”的現象，體驗不到實際實驗過程中因各種操作錯誤引起的故障分析。

在電工學實驗教學中使用EWB仿真可以達到實驗教學的其中一個目的，那就是加深學生對所學理論知識的理解和掌握；而在實現第二個目的，即提高學生對實際電路的認識、培養學生的實際動手能力、分析問題和解決問題的能力時有一定的局限性。仿真實驗畢竟只是“紙上談兵”，其結果必然要在現實的線路中實現。因此，仿真實驗一定要與實際實驗有機結合，充分利用各自優勢，相互彌補各自不足，才能進一步拓寬學生的實驗內容和空間，提高學生的綜合實驗能力和創新能力。

四、小結

在電工學實驗教學改革中，充分利用EWB仿真有效輔助硬件線路實驗，加強了學生對理論內容的理解和掌握，開拓思路增強求知欲望，節省實驗時間提高效率。實踐表明借助EWB仿真，使學生掌握了電子電路仿真分析及設計技術，擴展了學生的實驗內容和空間，增強了對硬件線路的綜合設計和分析能力，達到了創新人才培養的目的。

參考文獻：

[1]馬秀娟，胡屏.電工電子實踐教程（第二版）[M].哈爾濱工業大學出版社，2007.

[2]路而紅.虛擬電子實驗室[M].人民郵電出版社，2001．