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基于EWB軟件在高頻電子線路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用的論文
高頻電子線路是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的基礎(chǔ)技術(shù)課程，該課程的理論知識(shí)較為抽象，很難使學(xué)生理解和接受，學(xué)習(xí)過程枯燥乏味。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中借助 EWB 軟件的仿真技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)高頻電路的感性認(rèn)識(shí)，也有利于學(xué)生掌握高頻電子線路的基本知識(shí)。同時(shí) EWB 軟件還可對(duì)器件的相關(guān)屬性進(jìn)行更改以及設(shè)置必要的故障點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的理解和分析。
一、EWB 軟件的基本特點(diǎn)
EWB(E lectronics W oticbencb 的 簡(jiǎn) 稱 ) 是 加 拿 大Interactive Inage Technologies 公司推廣的虛擬電子工作臺(tái)，專門用于電子線路的仿真，具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn) ：(1)創(chuàng)建電路的各圖形界面較為直觀，如果在計(jì)算機(jī)的屏幕上進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)的模仿，電路圖繪制的各器件都可以在屏幕上直接獲取。(2)儀器軟件的控制面板和實(shí)驗(yàn)操作方式與實(shí)物實(shí)驗(yàn)操作類似，可以正確顯示實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。(3)軟件的電路元件庫(kù)較為豐富，可以實(shí)現(xiàn)不同的電路分析，例如短路、斷路或者是漏電等，都可以清晰觀察到該故障下電路工作狀態(tài)的改變。(4)便于與其他電路軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)電路文件上可以直接顯示常用的電路板的排版軟件，例如ORCAD、PROTEL 等軟件，其印制電路板可以自動(dòng)排出。(5)能夠存儲(chǔ)多種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，便于對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，例如可以儲(chǔ)存測(cè)量?jī)x器的所有工作狀態(tài)、工作波形圖以及所有測(cè)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)等等。(6)實(shí)驗(yàn)方式靈活，可根據(jù)實(shí)際情況確定所需的實(shí)驗(yàn)方式，是目前一個(gè)比較優(yōu)秀的高頻電子線路實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練工具。
二、EWB 軟件在高頻電子線路實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
本文主要以正弦波的振蕩實(shí)驗(yàn)為例，解釋 EWB 軟件在高頻電子線路實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用。由于 EWB 軟件在無(wú)外加信號(hào)的條件下能夠自行將直流信號(hào)轉(zhuǎn)化為交流信號(hào)，其本身可以產(chǎn)生具有一定特性的交流信號(hào)。然而在傳統(tǒng)的電路實(shí)驗(yàn)中，如果改變電路的參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響難以觀測(cè)，如果采用 EWB軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，則實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)截然不同。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理的電路圖，在仿真電路的工作區(qū)連接電路，并確定好各器件的基本參數(shù)，使用軟件對(duì)其進(jìn)行在線測(cè)量，并按照實(shí)驗(yàn)的要求對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行更改，觀察實(shí)驗(yàn)過程中電路工作狀態(tài)的變化。
(一)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)電路
實(shí)驗(yàn)前，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理電路圖在軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中，選擇需要的各參數(shù)的實(shí)驗(yàn)元器件，按照原理圖的布置移動(dòng)和調(diào)整元器件，然后用導(dǎo)線將各元器件進(jìn)行連接，并注意結(jié)點(diǎn)務(wù)必要接好，以免發(fā)生短路而使信號(hào)的輸送有誤。
(二)仿真實(shí)驗(yàn)電路分析
1. 瞬間狀態(tài)分析
瞬間狀態(tài)分析作為一種非線性的分析方法，可以對(duì)激勵(lì)信號(hào)作用下電路狀態(tài)的變化進(jìn)行分析，一般情況下是將對(duì)節(jié)點(diǎn)的電壓波形的分析作為瞬間狀態(tài)分析的結(jié)構(gòu)。通過多瞬間狀態(tài)的分析，可以知道周期性變化信號(hào)瞬間的變化規(guī)律，同樣也能夠?qū)Ψ侵芷谛宰兓男盘?hào)或者是瞬間變化的信號(hào)的變化規(guī)律進(jìn)行分析。EWB 軟件是將每一個(gè)信號(hào)周期劃為若干個(gè)時(shí)間間隔，再對(duì)每一個(gè)時(shí)間間隔的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)直流化，再對(duì)各直流工作點(diǎn)進(jìn)行分析，從而得到整個(gè)電壓波形的變化規(guī)律。然而該過程在傳統(tǒng)的示波器上是很難觀察到電壓波形的變化規(guī)律的。
2. 靜態(tài)工作點(diǎn)改變分析
對(duì)振蕩器，若其反饋系數(shù)以及負(fù)載的阻抗已經(jīng)確定，那么靜態(tài)工作點(diǎn)的位置將直接影響振蕩器的起振狀態(tài)和平穩(wěn)狀態(tài)。如果工作點(diǎn)偏高，則振蕩的工作點(diǎn)很容易進(jìn)入飽和區(qū)、阻抗的輸出減小，從而導(dǎo)致振蕩波形失真，甚至有可能造成震蕩停止 ;但如果工作點(diǎn)偏低，雖然防止了工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，但是如果工作點(diǎn)過低很接近截止區(qū)時(shí)，會(huì)給起振帶來(lái)很大的困難。因此實(shí)驗(yàn)過程中要確定好振蕩的靜態(tài)工作點(diǎn)。
3. 電路故障對(duì)信號(hào)輸出的影響
在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程中不允許出現(xiàn)電路故障的，由于斷路或者是短路會(huì)燒壞電路元器件或者是損壞實(shí)驗(yàn)的儀器和設(shè)備，從而影響電路的工作狀態(tài)，但對(duì)這樣的影響我們是很難觀察到的。如果我們使用 EWB 軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，不僅可以設(shè)置電路元器件和設(shè)備不受到電路故障的影響，還可幫助學(xué)生對(duì)故障進(jìn)行針對(duì)性的分析，為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供有利的保障。
4. 電路參數(shù)對(duì)信號(hào)輸出的影響
由于電路元器件的基本參數(shù)決定著電路的反饋系數(shù)，所以當(dāng)電路中的元器件參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，電路的反饋系數(shù)也隨之改變，從而導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)的振動(dòng)條件發(fā)生變化，同時(shí)電路元器件的參數(shù)還決定著電路的諧振頻率，因此當(dāng)電路中的元器件參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)使電路的振動(dòng)頻率有所改變。
使用 EWB 軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)具有安全、快捷、簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)，能夠順利完成由于設(shè)備故障而無(wú)法進(jìn)行的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)還可以很清楚地看到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，開拓學(xué)生的思維方式，排除電路故障對(duì)實(shí)驗(yàn)過程造成的影響，同時(shí)還有利于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。此外，EWB 仿真實(shí)驗(yàn)還可有效降低實(shí)驗(yàn)成本，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程的不足，對(duì)改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，完成高質(zhì)量的教學(xué)起到積極作用。
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