EWB仿真软件（通用8篇）
EWB仿真软件 篇1
数字电路是本科学员专业教育阶段学科专业基础模块中的一门必修课, 是专业基础核心课程, 强调数电的基本理论, 基本知识和基本技能。学习数字电路重在应用, 他们应具有将数电技术应用于本专业和发展本专业的一定能力。为此数字电路在教学过程中综合运用先修课程中的相关知识, 结合实践教学环节, 注重培养学生理论联系实际的良好作风, 提高解决实际问题的能力, 为学员学习后续课程以及从事与本专业有关的工程技术等工作打下坚实的基础。
目前, 数电类的科技应用软件已经较为丰富, 如:EWB、protel、MAXplus2等等。EWB具有电路的设计, 调试、仿真等功能, 并且下拉式菜单简洁明晰, 使操作界面更加简易快捷。本文主要讨论此软件在数字电路教学中的应用。
1、EWB软件简介
EWB全称Electronics Workbench, 是加拿大Electronics Workbench (以前称为Interactive Image Technology公司, 简称IIT公司) 推出的基于Windows的虚拟电子工作台电路仿真软件, 属于该公司电子设计自动化软件套装的一部分, 可以进行原理图输入、模拟和数字混合仿真, 以及Spice方式分析。
EWB不仅有丰富的元器件库, 各种分析功能, 更有电路测试的基础仪器仪表, 所以被称为虚拟电子实验室。
2、案例讨论
根据传统的教学手段, 如果让我们实现具有某种逻辑功能的电路, 并且画出电路图, 根据设计的基本步骤, 下面我们就通过实例来验证。
例:设计一个4人提案表决电路, 要求4人中有3人或4人同意提案即通过, 否则提案被否决, 试画出逻辑图 (最好使用与非门实现) 。
利用传统解法:
(1) 由题意列出逻辑状态表 (略) 。
(2) 由逻辑状态表写出逻辑式。
(3) 对逻辑式进行化简。
(4) 由逻辑式画出逻辑图。
若要实现与非门电路, 还需要对逻辑表达式进行变换化简成与非表达式, 最终用与非门进行实现, 逻辑电路图会更加的复杂。
而使用EWB软件中的逻辑转换仪就可以轻松实现与非门逻辑电路图, 逻辑转换仪具有以下功能:将逻辑电路图转换成逻辑状态表;将逻辑状态表转换成表达式;将逻辑状态表转换成最简表达式;将表达式转换成逻辑状态表;将表达式转换成逻辑电路图;将表达式转换成与非电路图。所以逻辑转换仪可以轻松实现任意两种表示方式进行转换, 只要把四人表决器的逻辑状态表列出来, 表达式和逻辑电路图都可以通过软件自备功能完成。
利用EWB软件进行实现:
(1) 打开逻辑转换仪面板, 在真值表区点击A, B, C和D四个逻辑变量, 建立一个四变量真值表。根据逻辑控制要求在真值表区输出变量列中填入相应逻辑值, 如图1所示。
(2) 点击逻辑转换仪面板上“真值表→简化逻辑表达式”按钮, 求得简化逻辑表达式, 如图1中逻辑转换仪面板底部逻辑表达式栏所示。
(3) 点击逻辑转换仪面板上“逻辑表达式→与非逻辑电路”按钮, 得到逻辑电路如图2所示。若要测试其逻辑功能, 可配接高低电平控制电路及指示电路, 以便验证逻辑功能, 如图3所示。
通过以上实例的验证, 可以很明显的体现出EWB软件的优势, 但是EWB软件的功能远远不止如此, 它已然称为数字电路教学的好帮手, 学员们通过软件的学习, 不仅可以进一步提高对本课程的学习兴趣, 更重要的是锻炼了学员的发散性思维, 让学员通过自己的思考, 独立完成电路的设计。
摘要：本文探讨了在数字电路中如何运用软件EWB改善教学手段, 解决实际应用问题, 获得更好的教学效果。
关键词：EWB,数字电路
EWB仿真软件 篇2
关键词：EWB软件；电路仿真；共射放大电路；共集放大电路；射同集反
中图分类号：TN710 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 11-0000-01
Triode Pin Moment Polarity Judgment Analysis Analysis on EWB Simulation
Zhang CuimingTian Qinghua
(Shijiazhuang Vocational and Technology Institute,Shijiazhuang050081,China)
Abstract:EWB software transistor formed by the"common-emitter amplifier circuit","common-collector amplifier circuit"of the simulation,the instantaneous polarity of the transistor to detect pin judge concluded,and the conclusions of the analysis shows,analysis of the past to fill the gaps.
Keywords:EWB software;Circuit simulation;Common-emitter amplifier circuit;Common-collector amplifier circuit;Same emitter and anti-collector
在三极管组成的反馈电路中，反馈类型的判断是分析电路的一个重要环节，而判断“正、负”反馈通常采用“瞬间极性法”。当用瞬间极性法标定各个位置的瞬间极性时，三极管各管脚极性之间的关系确定至关重要。翻阅大量资料会发现大部分没有提及这一问题，个别资料只简单给出结论：“对于三极管，其发射极与基极电位相同，而集电极与基极电位相反”。这一结论从何而来？理论根据是什么？不同组态的电路结论是否相同？下面我们利用EWB软件对“共射放大电路”和“共集放大电路”进行仿真实验，并结合理论进行了分析。
一、共射放大电路实验仿真
（一）仿真实验电路设计。共射放大电路是最基本的放大电路，要想使放大电路能够不失真的完成放大任务，电路元件的参数必须设计合理、输入信号的大小需要调节适中。根据理论计算、分析，选定放大电路各器件参数及输入信号如下：三极管T—3DG6；直流电源VCC=12V；偏置电阻RB1=58KΩ，RB2=20KΩ，RC=2.4KΩ，RE=1KΩ；电解电容C1=10µF，C2=10µF，Ce=47µF；负载电阻RL=2.4KΩ；交流电源为f=1KHz，UP-P=30mV的正弦交流电[1]。放大电路采用静态工作点较稳定的分压式偏置电路。
（二）仿真电路连接。要判断三极管三个管脚的瞬时极性，必须对三极管各管脚的信号进行检测，以便比较管脚极性之间的关系。利用EWB软件根据电路设计，连接仿真检测电路如下图1。（注：检测时为了去掉直流成分，必须使基极检测点在电容之前，集电极检测点在电容之后）[2]
（三）仿真结果。由仿真图1得到基极与集电极波形比较如下图2，其中小波形为基极信号，大波形为集电极信号。
由仿真图1得到的基极与发射极波形比较如下图3，其中小波形为基极信号，大波形为发射极信号。
图2基极、集电极波形比较 图3基极、发射极波形比较
二、波形分析
由图2波形可以看出，集电极信号与基极信号相位相反，呈现出：基极信号增大时，集电极信号减小；基极信号减小时，集电极信号增大。即对任一瞬时，集电极信号变化与基极信号变化相反。同样由图3波形可以看出，发射极信号与基极信号相位相同，呈现出：基极信号增大时，发射极信号增大；基极信号减小时，发射极信号减小。即对任一瞬时，发射极信号变化与基极信号变化相同。综合上述，可以得出结论：对于共射放大电路，任一瞬时，三极管的发射极信号变化与基极信号的变化相同，而集电极信号变化与基极信号变化相反，即相对于基极呈现“射同集反”的结果。
三、理论推导
为什么会有这样的结论，下面从理论角度进行分析推导。
（一）集电极与基极信号关系分析。在如图4所示电路中，设输入电压信号ui方向如图所示为：上“+”下“—”，则经过电容后，ube方向与ui相同，即B“+”E“—”。由于三极管发射结正向偏置，故由ube作用形成的基极电流ib方向应流向基极，如图示。根据三极管的电流放大作用，此时，集电极电流ic方向向下，如图示。根据电阻元件的伏安特性，此电流在电阻RC上形成的电压uRC与电流ic方向相同为上“+”下“—”，如图示。此时，由基尔霍夫电压定律可得：
由于VCC电压一定，当uRC增大时，uco反而减小，即，uco与uRC变化相反（反相），呈现C（上）端“—”E（下）端“+”的结果，如图示。uco即为集电极输出信号，即集电极输出信号与基极输入信号相位相反。
（二）发射极与基极信号关系分析。发射极信号即电阻RE上的电压ueo。在上步分析的基础上，根据三极管三管脚的电流关系可知，此时三极管发射极电流ic方向向下，那么，ic在电阻RE上形成的电压ueo方向为上“+”下“—”，[3]如图示。即发射极信号ueo与基极信号ui相位相同。
参考文献：
[1]姚国侬.电路与电子学[M].北京:电子工业出版社,1998,1
[2]范泽良.电子测量与仪器[M].北京:研究出版社,2008,4
EWB仿真软件 篇3
关键词：EWB,仿真,电子技术基础,课堂教学,优越性
1 引言
教学的有效性莫过于使用一定的教学手段去作用教学内容,调动学生学习积极性,使学生发挥学习的主观能动性,去获取认知的活动。
过去我们使用传统方法在电子技术基础课的教学中,从输入、输出波形分析电路性能时,事先要将演示电路先连接好,做一遍,上课时才能达到预期的效果,这样,要用到的仪器,设备,元件都比较多,很不方便,一些较为复杂的电路就更是如此了,在一般的中专或职高使用的仪器、仪表都比较有限,有的实验、演示就谈不上做了,学生做实验时烧坏仪表、元件也时有发生,极大地影响了教学的质量。另一方面,做电路分析时花费的时间多而显得枯燥无味,对学生的学习积极性也有所影响。如果将EWB(Electronics Workbench)仿真软件引入电子技术基础的课堂教学,我们就可以在多媒体电脑教室将电路原理图展示在每个学生的面前,从而将其软件上的仪表、仪器与电路的相应位置连接会显得比较直观;用双踪示波器分析电路的失真现象以及调整工作点都是在电路原理图上进行的,更是直观有效,学生看了一目了然,容易理解,便于分析和总结。
2 EWB软件引入逻辑电路设计课堂教学中的优越性
过去,有些设计类型的课在中专或职高根本是不可能讲的,就算讲的话也是轻描淡写的,因此而失去了一个培养学生自主创新能力的机会。有了EWB仿真软件情况就不同了,比如一般传统的组合逻辑电路设计分为以下几个步骤:
1)分析给定命题的逻辑关系,列出真值表;
2)根据真值表写出逻辑函数的“与或”逻辑表达式;
3)将逻辑表达式用代数化简或卡诺图化简法进行化简;
4)根据简化后的逻辑表达式画出相应的逻辑电路图,简化后的逻辑表达式为“与或”表达式,根据元件情况也可以转换成“与或”、“或非”、“与非”表达式,然后用对应的门电路构成逻辑电路图。
以上四个步骤对于中专或职高生来说,后面的三步都是较难的。如果我们使用EWB仿真软件进行教学,教师在讲述应用例题时就可以集中精力分析和讨论给定命题的逻辑关系,列出真值表,使用EWB仿真软件的逻辑转化仪填写真值表,将真值表转化成逻辑电路,一步一步地展现在学生眼前,从而实现组合逻辑设计,避开了2)、3)、4)的人工设计,这样有助于将中专或职高生不可能做的设计变为可能。
另外,我们还可以从实际生活中提出问题让学生自己动手搞设计来调动学生的学习兴趣,激发创新意识。比如:让学生设计一个分别在两间卧室及客厅的每一个开关都能控制客厅灯的逻辑电路。设A.B.C为三个控制开关,可让学生分组讨论教师引导学生分析逻辑关系得出真值表(如图1)是最关键的一步;
然后,用逻辑转换仪生成逻辑电路,进行仿真(如图2),学生的学习兴趣就会大大地提高,也会激发他们思考生活中有关的控制问题产生创新意识。
3 EWB软件引入电子实验课堂教学中的优越性
电子实验课的教学有很多关于电路测量和故障排除的实验,具体做起来问题很多,很烦琐。比如实验前准备实验材料和设备,实验中拼插、焊接实验元器件、使用实验设备、学生的安全问题,实验后清点实验材料,以及日常维护实验器材等工作常常耗费了大量的时间、人力和财力,它们导致了许多老师都不愿意带领学生去做实验。可是只要我们引入了EWB仿真软件后,上述的种种问题也就随之解决了,我们可以把所有的精力都用在做仿真实验上面,而且无论学生怎样去做实验仿真,元器件库的任何元件、测试仪器都不会损坏或者丢失。另外,运用该软件做仿真实验也大大的加快了学生做实验的速度和效率,学生在真正的实验室里花了四节课还没有完成的实验,在利用该软件重做这个实验时,大部分的学生仅仅用了一节课就完成了而且还能真正体会到实验的乐趣。在利用软件去做仿真实验时,学生要做的工作仅仅是用鼠标去设计连接实验电路和思考分析问题,有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。
例如,在“单管放大电路Au～Rc的变化规律”的实验课中,如果用EWB软件来上的话就使得以往很难做的实验变得直观而简单了。
首先,可以用EWB软件在电脑上画出放大电路原理图(如图3所示),此电路是典型的单管共射放大电路。根据理论分析可知:
Au=-β(Rl∥Rc)/[rbe+(1+β)R]
由上式可见增大Rc即可增加Au,但实际情况是什么呢?请看实测结果。
其次,输入信号Us=100mV,f=1KHz。改变Rc的阻值,用示波器观察输出波形。
1)Rc=3K时输出波形如图4所示。波形不失真,根据输出波形的幅度可以计算该放大电路的增益。
2)Rc=1.5K波形如图5所示,输出波形不失真但幅度减小,增益下降。
3)Rc=6K波形如图6所示,输出波形不失真但幅度明显增大,放大电路增益提高。
综上所述,可以看出改变Rc的大小就能改变Au的大小。
4)Rc=9K时波形如图7所示,图8是放大的波形。可见波形出现了明显失真。
最后,由实验得出结论:
(1)Rc较小时,适当提高Rc可以提高增益。
(2)Rc太大时不仅不能提高增益,而且还出现了失真。
本实验传统做法只能是接线路用仪器去实测,费时费力,效果不好。因此很多老师不做实验代之以图解法进行分析讨论,图解法是中专教学中的一个难点,作图繁琐,学生不易理解。而利用该软件进行仿真实验教学,直观明了,通俗易懂,可见在电子类课程教学中利用EWB进行辅助实验教学是具有明显的优越性。
4 结论
上面我们只是举了二个简单的例子,在实际教学中有关电路测量,故障仿真等的实验还很多,不可能一一列举。举这样二个例子,旨在说明把新技术,新方法引入目前的教学有助于我们的教学手段的现代化,充分调动学生学习的主观能动性,提高学生的创新意识和创新能力。
在使用Electronics Workbench仿真软件教学时,我们还应看到,这个软件在电路的连线电原理图,电路分析是直观的,但在实践中学生识别元件的管脚、焊接、实际模型等是得不到训练的,因此我们还应注重实训,不过这已使实训工作大大跨进了一步。
参考文献
[1]路而红.虚拟电子实验室-Electronics Workbench[M].北京:人民邮电出版社,2001.
[2]余孟尝,陆小珊,王胜元.电子技术[M].北京:高等教育出版社,2005.
EWB仿真软件 篇4
模拟电路传统教学的现状
由于模拟电路在工业、农业、国防和家用电器等各行业的使用率和普及率非常高, 开发、设计和维护模拟电路应用系统已成为计算机技术的一个重要分支, 《模拟电路》课程也是各高校的计算机类、电工类、电气类等的专业基础课之一。但传统教学在教学方法、教学内容和教学环节等方面存在一些弊端, 越来越不适应模拟电路技术领域的发展需求。若不加以改进, 势必影响培养应用型人才的教育目标。
1. 传统教学方法的弊端。
传统教学方法是以课堂教学为主, 试验教学为辅, 《模拟电路》课程课时数一般为72课时, 其中理论课占58课时, 实验课占14课时, 由于模拟电路是一门比较难于理解的课程, 存在教学效率不是很高的问题。
2.试验环境与实际应用开发不相适应。
模拟电路时一门实践性和综合性较强的课程。早期的实验设备主要以实验箱为主, 由于电路不能改动, 开放性差, 因而只能做一些验证性试验。实验中, 学生连接固定电路, 然后观察试验结果, 记录数据。因为学生没有从设计角度进行理论分析和电路设计, 学生对整个集成电路的工作原理没有深入的理解。这就使得学生无法进行实际的应用开发, 仍需不断地学习。
EWB软件仿真辅助模拟电路课程教学
针对以上《模拟电路》教学过程中存在的问题, 我进行了有益于模拟电路的教学改革与研究, 通过不断地学习, 发现EWB软件仿真不仅可以很直观的进行教学, 还有利于激发学生的学习兴趣、改善教学效果和提高教学质量。下面就一个“模拟电路”课程中“单管放大”的实验为例来说明EWB在模拟电路课程教学改革中的应用。
1.“放大器图解法”知识点的讲授。
“图解法”是放大器的基本分析方法之一。首先做简要说明, 了解什么是图解法, 图解法的特点, 图解法的用处等。接下来是本课程由哪几部分组成, 放大器图解法由以下五部分组成: (1) 晶体管放大器的基本要领; (2) 图解分析法; (3) 用图解法分析非线性失真; (4电路元件参数对放大器的影响; (5) 最大不失真输出的动态范围。
2. 电路元件参数对放大器特性影响的讲解。
通过软件仿真可以比较直观的看出各元件参数的变化对放大电路的特性的影响, 调节偏置电阻Rb的阻值, 直接影响静态工作点的位置, 如图1所示, Q1是由于Rb选得太大使IB太小, 引起截止失真, Q2是由于Rb太小使IB过大, 引起饱和失真, Q0则对应的Rb值较合适, 无失真现象, 见图1。
3. 单管放大电路的特性分析。
单管放大电路如图2, 从菜单中的Analysis中选择DC Operating Point, 即可观察到电路中各节点的直流工作点, 如图3。双击示波器, 出现其面板, 单击启动按钮, 随即显示输入波形和输出波形, 如图4, 放大倍数从中可直观的得出。通过调整元器件参数可以得到电路不同的特性及失真时的波形。
在EWB软件仿真模拟电路的静态和动态分析时, 由于某种原因, 可能会造成仿真失败, 应该检查电路的结构、电路模型以及各个参数的设置。
结束语
EWB的功能远不至以上所述, 非常丰富。教师和学生利用EWB进行仿真实验, 元器件选择范围广, 参数修改方便, 实验过程非常接近实际操作效果。在进行电路分析与设计时可先用EWB模拟连接电路, 确定元器件的参数, 使用EWB虚拟仪器、仿真分析方法进行在线测量、分析和调试, 然后再用真实的元器件进行实际电路的安装, 使电路调试快捷方便。将传统的教学方法与计算机仿真相结合, 利用EWB作为该类课程的教学和设计手段, 不仅可以弥补学校因实验经费不足带来的实验仪器与元器件缺乏问题, 而且排除了原材料消耗和仪器损坏等故障的出现, 可以帮助学生更快、更好的掌握课堂讲授的知识内容, 加深对概念和原理的理解, 弥补课堂理论教学的不足, 而且通过仿真, 使教师能够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析, 可以深入浅出地分析各种电路的特性, 讲解各种参数改变对电路的影响, 为电子类专业的教学提供了一种先进的教学手段和方法, 对提高学生的电路设计与分析能力和综合素质具有重要的意义。
参考文献
[1]江晓安, 董秀峰.模拟电子技术[M].第2版.西安:西安电子科技大学出版社, 2002.
[2]童诗白, 华成英.模拟技术基础[M].第3版.北京:高等教育出版社, 1998.
[3]周雪.模拟电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2005.
[4]李泽平.浅谈EWB在模拟电路教学中的应用[J].咸宁学院学报, 2006, 26 (6) :57-59.
[5]周教生.EWB5.12在模拟电路教学中的应用[J].甘肃联合大学学报, 2007, 21 (1) :109-111.
EWB仿真软件 篇5
关键词：EWB,电子电路仿真软件,虚拟电子实验室,电子设计工作平台
目前, 研究性学习、探究性教学等教学理念在中职专业课教学中得到推广和应用, 其主旨是让学生参与到实践中去, 在实践中让教师的探究性教学、学生的研究性学习得到巩固、拓展与创新。然而传统的电子电工实验教学面临以下几方面的困难, 为实施研究性学习、探究性教学带来一定障碍。
一是在进行实验时, 首先要解决的是学生和设备的安全问题。因为在实验过程中的错误操作导致数据不准确而失去了实验的本来意义, 有可能导致元器件、设备损坏, 甚至造成人员伤亡。
二是在做实验时, 由于实验前准备实验材料和设备, 实验中拼插、焊接实验元器件、使用实验设备, 实验后清点实验材料, 以及日常维护实验器材等工作常常耗费了大量的时间、人力和财力, 往往使许多教师不愿意带领学生去做实验。
三是在实验中, 有时候我们会碰到由于实验器材出现故障而导致数据出现错误, 又或者想分析某元器件出现故障时对电路产生的影响, 但难以用实验去模拟这些故障情况 (如果要模拟就事先必须准备好相应的元器件) 。
四是实验室里准备的实验元器件型号与数量非常有限, 使得有些实验往往完成不了。
所以, 我们面临着实施“研究性学习、探究性教学”与传统电子电工实验面临的困难之间的矛盾。而解决这个矛盾的方法就是运用电子电路仿真软件“EWB”进行电子电工的仿真实验。电子工作平台Electronics Workbench (EWB) (现称为Multi Sim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于上世纪80年代末、90年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件, 它具有以下一些特点:
一是采用直观的图形界面创建电路:在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台, 绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。
二是软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似, 可以实时显示测量结果。
三是EWB软件带有丰富的电路元件库, 提供多种电路分析方法。
四是作为设计工具, 它可以同其他流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。
五是EWB还是一个优秀的电子技术训练工具, 利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验, 仿真电路的实际运行情况, 熟悉常用电子仪器测量方法。
众所周知, 学好电工电子技术, 就必须进行大量的实验, 并且从直接的实验结果去总结知识进而掌握知识。然而在目前来说, 很多学校由于种种原因还不能具备让学生进行大量实验的条件, 而EWB软件则以其“快捷、方便、安全”的特点很好地解决了这个问题, 体现出以下几方面的优点。
一是保障了学生和设备的安全。因为电工电子实验中的对象是与电流电压有着密切关系的, 在实验过程的错误操作导致数据不准确而失去了实验的本来意义, 甚至可能导致元器件、设备损坏 (例如电子实验中的低频放大实验, 如果加至三极管上的电压大小或者电压极性不对则可能会令三极管损坏) , 甚至造成人员伤亡 (特别是在强电实验中更容易出现此类事故) 。而利用EWB进行仿真实验时, 由于它是利用计算机进行仿真, 不必接触真正的元器件或者设备, 因此这个问题就迎刃而解了。
二是提高了实验效率。例如在做欧姆定律的验证时 (电路如图1所示) , 如果是在实验室里做实验, 我们就必须在做实验前给学生准备好电压表 (V) 、电流表 (A) 、电源 (Us) 、各种不同阻值的电阻 (R) 以及连接导线, 连接好电路还要教师检查了以后才能让学生进行测试, 实验中还需更换不同的电源 (Us) 或电阻 (R) 以获取实验数据, 所有这些都是很繁琐的事情, 它常常会令一些学生没有耐心。然而如果换成是用“EWB”软件去仿真这个实验时, 我们只要告诉学生按照图1去建立实验的仿真电路, 更改电源 (Us) 或者电阻 (R) 的值就可以获得相应的电流I (A) 值, 这样我们就节省了许多宝贵时间, 把时间都用在分析思考解决问题上面, 大大地提高了实验效率。
三是可以很方便地仿真实际中不能完成或者比较难完成的实验。利用EWB去做仿真实验时, 我们只要改变一下元器件的参数就可以模拟出元器件出现故障时的情况。例如, 如图2所示, 我们只要双击电阻或电容, 在弹出的图框中点击Fault选项, 然后在图框中就可以通过选取Leakage (漏电) 、Short (短路) 、Open (开路) 、None (正常) 参数而模拟出这些元器件出现各种故障时的情况。
四是弥补了实验室里实验元器件的不足。在EWB软件里面集成了成千上万的元器件, 甚至可以这样说, 我们几乎可以在它里面找到现实中存在的所有元器件, 如果不能找到, 我们还可以利用它本身附带的建库功能, 按照元器件的各种参数去创建新器件并保存以供日后使用。这样相当于我们拥有了最完整的实验素材库, 从最大程度上弥补了实验室里实验元器件不足的缺点。
综上所述, 使用EWB进行仿真实验可以帮助我们节省大量的时间, 让教师把精力都用在指导学生怎样进行实验以及分析处理数据上。还可以模拟仿真一些在实际中难以进行的实验, 从而让学生有机会去认识掌握更加多的知识。学生进行了仿真实验后, 为提高操作技能应继续让他们进行实际的实验操作。由于对理论知识有了较深刻的理解, 学生在实际的实验中也就可以做到得心应手, 从而避免了出现部分学生因为做不出实验结果而失去了学习兴趣的情况, 取得事半功倍的教学效果。
参考文献
[1]李忠波, 袁宏.电子设计与仿真技术.机械工业出版社, 2004.
[2]江晓安.计算机电子电路技术.西安电子科技大学出版社, 2001.
基于EWB的电子电路仿真与设计 篇6
随着电子技术和计算机技术的飞速发展, 促进电子电路及其应系统设计手段也越来越先进。传统的电子电路与系统设计方法, 周期长、耗材多、效率低, 难以满足电子技术飞速发展的要求。“电子工作台” (Electronics Workbench) 即EWB, 是将先进的计算机技术应用于电子设计与仿真过程的新技术, 它已被广泛应用于电子电路分析、设计、仿真、印刷电路板的设计等各项工作之中。EWB为使用者提供了一个集成一体化的设计与试验环境, 创建电路、实验分析和结果输出在一个集成菜单系统中可以全部完成。使电子电路及系统的设计产生了划时代的变化, 极大地提高了设计质量与效率。EWB与电路分析软件“SPICE”完全兼容, 而且具有界面形象逼真、操作方便, 采用图形方式创建电路等优点。EWB有庞大的元器件库和比较齐全的仪器仪表库。掌握现代化设计与仿真软件EWB, 已成为电子设计工程师及相关人员必备的工具。
2 EWB的功能和特点
EWB是模拟电路和数字电路混合仿真的EDA软件, 它的仿真功能十分强大, 可以几乎100%地仿真出真实电路的结果, 而且它在桌面上提供了各种各样的电子工具, 如万用表、示波器、信号发生器、逻辑分析仪等等, 它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路, 器件库中没有的元器件, 还可以由外部模块导入, 在众多的电路仿真软件中, EWB是最容易学会的, 它的工作界面非常直观, 原理图和各种工具都在同一个窗口内, 未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件, 对于电子设计工作者来说, 它是个极好的EDA工具, 许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果, 而且若想更换元器件或改变元器件参数, 只需点点鼠标即可, 它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用, 利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB的兼容性也较好, 其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTEL读取的格式。
EWB 具有较为齐全的分析功能, 不仅可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析等常规电路分析, 而且还提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等各种电路分析方法。虚拟平台的发明是人们从事电子与电工实验研究, 实现电子设计自动化的一种新的飞跃。
3 利用EWB辅助电子电路设计
电子电路设计的一般步骤包括:
(1) 拟订设计方案;
(2) 根据设计要求, 确定电路中器件的参数;
(3) 进行仿真, 调整电路参数, 使仿真结果符合设计要求, 得到最终电路图;
(4) 根据电路图, 领取元器件进行实际安装;
(5) 整机测试。
电子电路的EWB辅助设计贯穿在以上 (1) ～ (3) 步中, 他的实质是利用EWB软件对设计方案和具体电路进行分析, 通过仿真计算发现设计上的错误和不合理之处, 然后修改设计再仿真, 直到设计正确, 技术指标满足要求为止。
4 设计实例
设计一个单级阻容耦合晶体管放大器已知:VCC=1 2V, RL=3 kΩ, Ui=10mV, Rs=600Ω, 其性能AV>40, Ri>1kΩ, R0<3kΩ, fL<100 Hz, fH>100 kHz, 电路稳定性好。设计步骤如下:
根据设计课题要求电路的稳定性好, 因此采用分压式电流负反馈偏置电路.该电路可以获得稳定的静态工作点, 由已知条件和电路指标要求, 根据电路的特点和稳定工作点的电流关系, 以及电路的上、下限频率与电容的关系, 利用必要的解电路的方法, 通过计算可以初步设计出电路中各参数值。
在Windows环境下启动EWB软件, 在EWB软件环境中, 通过左边的工具栏中的元器件库, 选择电路中所用到的元器件的型号, 将不同器件的各个管脚按要求与其它器件的对应管脚连接起来, 只需将鼠标移到管脚的端口, 它变成圆点后按住左键从连线起点拉到终点后放开, 即完成了自动布线, 将全部线路连接起来, 即完成了原理图设计。同时接入有关测试仪表或仪器.测试电路原理图及相应的仪器仪表连结关系如图1所示。
根据电路原理图中分别接入的信号发生器、示波器、交流电压表、交流电流表的读数, 计算或测试电路有关交流性能指标。同时利用EWB仿真分析法中的直流工作点分析来分析电路的静态工作点, 用交流分析工具进行电路的上、下限频率分析, 电路的波形图、幅频特性和相频特性仿真分析如图2、图3、图4所示。通过分析调整电路有关元器件的参数, 使电路仿真分析的结果符合设计任务的要求。最后根据确定下来的电路及其元器件参数, 列出器件清单, 到仪器室领取器件, 实际安装测试电路进行实验操作, 完成相关的设计任务。
5 结束语
本文通过一个设计实例, 阐述了利用EWB辅助电子电路分析与设计的方法与步骤, 表明EWB是一种功能非常强大、集成性很高的电路仿真软件, 将其应用到工程设计领域, 可以大大提高设计效率、降低成本、缩短整体设计周期, 在电子、信息和自动控制等领域有很高的实用价值。
参考文献
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EWB仿真软件 篇7
关键词：Jerk系统,EWB,多涡卷,混沌吸引子
混沌信号因其对初始条件的高度敏感、非周期等复杂动力学特性,被应用于保密通信、数字加密等领域[1]。多涡卷混沌吸引子与超混沌吸引子具备更为复杂的动力学特性,目前已成为非线性电路与系统领域的研究热点,并被认为具有更高的研究价值和应用前景。如何产生出多涡卷混沌吸引子及能否用物理器件实现是研究的首要问题。近年来,国内外学者在这一领域的研究取得了一些成果[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]。
本文在文献[3]理论成果的基础上,利用阶梯波函数从理论上产生出多涡卷Jerk混沌吸引子,并利用EWB电路仿真软件,设计出具体仿真电路对理论分析进行验证。仿真结果表明,用阶梯波函数产生多涡卷Jerk混沌吸引子的方法是可行的,且该方法产生的多涡卷Jerk混沌吸引子是可物理实现的。
1 双涡卷Jerk混沌系统
1.1 双涡卷Jerk混沌吸引子产生机理
Jerk混沌系统的状态方程为
式中,参数β=0.45~0.7,x,y,z,τ均为无量纲变量,故式(1)为无量纲状态方程。当时,可产生单涡卷混沌吸引子;当f(x)=sgn(x)-x时,可产生双涡卷混沌吸引子。下面以f(x)=sgn(x)-x为例,分析双涡卷混沌吸引子的产生机理。
首先,注意到式(1)中函数f(x)=sgn(x)-x的波形为锯齿波,若令F(x)=sgn(x),则F(x)是阶梯波,只需通过增加或减少一个线性函数后,其之间便可相互转换。
根据锯齿波与阶梯波之间的变换,进一步得式(1)变换后的形式为
此时式(2)中的F(x)=sgn(x)为符号函数。
根据混沌系统平衡点理论,令式(2)等号左边为0,得系统的平衡点方程为
由式(3)可得两个指标2的鞍焦平衡点,具体坐标不再解出,平衡点对应的Jacobi矩阵为
式中β=0.6。得对应的特征值为
每个鞍焦平衡点能产生一个涡卷,故上述系统能产生双涡卷混沌吸引子。
1.2 双涡卷Jerk混沌吸引子的电路仿真
为了能用EWB仿真软件设计出式(2)所对应的仿真电路,在式(2)的基础上引入时间尺度变换因子1/R0C0,且令τ=t/R0C0,进行微分积分转换后的方程为
变换后的方程由集成运算放大器TL082构成的反相积分电路、反相比例加法电路及比较器电路实现。
以式(6c)为例,对仿真电路的实现加以说明。等式中-x-y-βz+F(x)可由反相比例加法器实现,4个输入分别为-x、-y、-z和F(x),输出结果为-[-x-y-βz+F(x)],其中输入-z的系数β=R1/R13≈0.6,其他输入的系数均为1,即R1/R11=R1/R12=R1/R14=1;反相比例加法器的输出结果经积分因子为1/R0C0的反相积分器积分后,结果为
非线性函数F(x)=sgn(x)的产生可由比较器和比例反相器实现,原理较简单,可参考式(6c)仿真电路的设计方法,其仿真电路如图2所示。因为TL082供电电源为±15 V时,比较器的饱和输出电压为±13.5 V,所以比例反相器的比例系数为R21/R22=1/13.5时,即可输出符号函数F(x)=sgn(x)。
用仿真软件EWB中的相图分析工具,可得到如图3所示双涡卷混沌吸引。
2 多涡卷Jerk混沌系统
文献[3]中提出对于某些混沌系统通过扩展某一方向上指标2鞍焦平衡点,可使混沌系统产生多涡卷混沌吸引子。本文在双涡卷Jerk系统的基础上,利用阶梯波函数来扩展x方向上的指标2的鞍焦平衡点,将双涡卷系统变成多涡卷系统,这是在多涡卷混沌系统产生方式上的一种不同方法。其主要特点是,鞍焦平衡点的个数与涡卷的个数相等,且根据非线性函数的对称性,即非线性函数F(x)具有奇对称的特点,在原点的两边扩展出相同的指标2的鞍焦平衡点。
2.1 偶数个多涡卷Jerk混沌吸引子的产生
非线性函数F(x)的不同形式,决定了式(2)中指标2的鞍焦平衡点个数,若要产生偶数个涡卷,非线性函数F(x)的具体表达式为
式中,N,M=1,2,3,…。若N=M,则
注意到在实际情况中,可考虑A2=A1=A,A是>0的可调参数,实际上A就是变量比例压缩变换中的压缩系数。通过调节A的大小,可改变涡卷本身的大小,即A越小时,涡卷的大小则越小,从而在±13.5 V的范围内,能产生的涡卷数量更多,反之亦然。根据上述分析,可将式(8)进一步简化为
结合式(2)和式(9),得产生(2N+2)个涡卷的Jerk系统状态方程为
式(10)中参数β=0.45~0.7,可根据实际需要确定其大小。
注意到式(10)中的非线性函数F(x)可产生(2N+2)个阶梯,为进一步理解,不妨假设式(9)中的A=0.5,N=2,则阶梯的数量为2N+2=2×2+2=6。
同前面双涡卷系统平衡点的分析过程相同,令式(10)中等式的左边为0,令A=0.5,N=2,可得系统有6个指标2的鞍焦平衡点,每个鞍焦平衡点能产生一个涡卷,故系统能产生6-涡卷。平衡点的具体坐标不再解出,对应的Jacobi矩阵和特征值也不再求解。
图4所示是A=0.5,N=2时,式(10)中非线性函数F(x)的仿真电路,式(10)中其他3个等式的仿真电路与双涡卷Jerk系统,即式(6)的仿真电路相同,故不再重复给出。6-涡卷混沌吸引子相图如图5所示。
2.2 奇数个多涡卷Jerk混沌吸引子的产生
若在式(2)对应的混沌系统中产生奇数个涡卷,非线性函数F(x)的具体表达式为
式(11)中N,M=1,2,3,…。尤其是当N=M,A2=A1=A时,则
与偶数个涡卷的产生相似,式(12)中的非线性函数F(x)产生(2N+1)个阶梯,假设式(12)中A=0.5,N=3,则阶梯的数量为2N+1=2×3+1=7,可使式(6)对应的混沌系统产生7-涡卷。7-阶梯波非线性函数F(x)的仿真电路如图6所示,7-涡卷混沌吸引子相图如图7所示。
3 结束语
EWB仿真软件 篇8
EWB (Electronics Workbench) 软件是加拿大 Interactive Image Technologies公司推出的专门用于电子电路仿真的虚拟电子工作台软件, 该软件采用图形方式创建电路, 形象逼真、操作方便, 非常适合电子信息专业课程的教学和仿真实验[1], 目前已在电子设计和各大学的电工电子类课程的教学领域内取得了广泛的应用。本文就城市交通信号灯的电路设计, 用EWB搭建完善的、能自动定时、红黄绿三色交替显示的电路, 并对其进行仿真验证。
1整体规划
1.1 系统工作要求
假设十字路口的两条道路, 四个路口均有红黄绿三色交通灯, 并且有数字显示还剩余多少时间将改变信号灯。要求:两条干道交替通行, 初始时间由预置数电路设置;绿灯跳变成红灯时, 黄灯亮几秒钟, 用以缓冲滞留车辆。当计数器跳变到零时, 要能立即进行信号灯的转换 (时间可在0～99 s内任意控制) [2,3]。
1.2 系统工作流程图
设主干道绿灯时间为T11, 黄灯时间T12, 红灯时间为T13;支干道绿灯时间为T21, 黄灯时间均为T22, 红灯时间为T23, 则T11 + T12 = T23 , T13 = T21 + T22 , T12 = T22 , 一般3灯显示时间中, 设置为T11> T21 > T12。流程图如图1所示。
1.3 系统硬件结构框图
根据系统工作流程要求, 设计硬件结构框图, 如图2所示。
2系统单元电路设计
2.1 状态控制及译码部分
根据系统的要求可以列出真值表如表1所示[4]。
根据真值表, 就可以得出简化的逻辑函数, 进一步得出电路图。如图3所示。
2.2 计数及数码显示电路
在交通路口显示等待剩余时间时, 采用的是减法计数。这里选用2片74190十进制可逆计数器构成两位十进制可预置数的递减计数器[5]。为了便于控制, 置数电路可根据需要改换。计数器及数码显示电路如图4所示。
2.3 分时置数控制电路
这部分电路的作用是协调LED显示和交通信号灯协调工作, 为此, 必须解决好分时置数的问题。这里选用 74465[6] (八路单向三态传输门) 以实现分时置数及控制输出功能。选用3片74465作为预置数的存储单元来实现计数器分时置数控制电路, 如图5所示。G7～G0为主干道绿灯置数端, g7～g0 为支干道绿灯置数端, Y7～Y0为主支干道黄灯置数端;AG, Ag和 AY为3片74465选通端, 由主干道绿灯、支干道绿灯和黄灯选通;D7～D0为按由高到低排列后的输出端, 要接到计数器的置数输入端。工作时, 3片74465只能有1片选通, 其他2片输出均处于高阻态[7]。
2.4 秒信号发生器
秒信号发生器可由石英晶体多谐振荡器构成, 为简化电路, 直接选用 1 Hz的脉冲信号源代替秒信号发生器[8]。
2.5 整机组装
在系统安装调试中, 首先将各单元电路调试正常, 然后再将各单元电路用粘贴的方法置于同一EWB工作界面内, 再按照各自对应关系相互连接构成的交通信号灯控制器的系统总电路, 在连接时要特别注意电路之间的高、低电平的配合。
3仿真与调试
上述电路组装完毕后, 经检查就可以通电测试了。按下 EWB右上角仿真按键, LED数码管开始减1跳变, 每当过0跳变时, 代表交通灯的红黄绿指示灯也按真值表给出的逻辑进行跳变。
本系统中预置的时间是用高低电平直接接入的, 为了扩展电路的可调性, 可以用 EWB的虚拟仪器数字逻辑信号源 (Word Generator) 作为预置时间输入端[9]。这个数字逻辑信号源实际上是一个多路逻辑信号源, 能够产生16位同步信号。将它的信号源输出端接至本系统的时间预置数端[10], 可以动态改变LED跳变初始值, 以验证红黄绿指示灯的跳变与LED是否协调工作。经实验验证, 达到设计任务要求, 至此, 仿真成功。
4结语
介绍了利用 EWB软件进行模拟仿真交通信号灯定时控制设计方法, 同时, 对系统的各个单元进行详细的分析与实现, 并进行了系统的功能仿真。从设计的全过程来看, 使用这种EWB软件设计电路简单、直观易于掌握, 特别适合作高等院校电子类课程的计算机辅助分析与设计的工具。
摘要：使用EDA设计电子电路已经成为时代潮流, EWB是目前各种电子电路辅助分析与设计软件中最优秀的软件之一, 该软件具有模拟和数字电路的设计、分析、仿真功能。介绍一种基于电子工作台 (EWB) 软件设计交通信号灯自动定时控制系统的方法, 说明计算机仿真软件在电子实验中的效用, 它改变了传统的设计方法, 为电子虚拟实验室的建设打下基础。
关键词：EDA,EWB,交通信号灯,控制系统
参考文献
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