基于EWB的电工电子技术仿真分析探索

【摘要】文章介绍了EWB软件在电工电子线路功能仿真的使用方法，指出了EWB在电路设计中出现问题的解决方法。【关键词】EWB；仿真；电子技术一、EWB简介电子工作平台（EWB）软件（现称为Multisim）是加拿大InteractiveImageTechnologies公司于20世纪80年代末至90年代初推出的电路仿真虚拟电子工件平台软件。EWB是一种功能强大的设计软件，它可以为设计者进行计算机辅助设计、模拟、分析和验证提供所需要的各种元器件及仪表。特别是在电子技术领域，不需要昂贵的实验设备，即可在计算机提供的安全、有效的设计环境中，对电路结构和设计观念进行修正，方便地更换适合电路要求所需要的元器件，快速地反映出所设计电路的性能。它具有如下四个特点：1．采用直观的图形界面创建电路，可在计算机屏幕上模拟仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件和电路需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。2．EWB具有完整的混合模拟与数字模拟功能，可任意在系统中集成数字及模拟元器件。EWB能自动进行信号转换。在输出信号的观察上，EWB具备即时显示的功能。3．EWB软件带有丰富的元器件库，可提供多种电路分析方法。4．EWB具有虚拟的仪表设备，包含函数信号发生器、万用电表、示波器和逻辑分析仪等，可具体的模拟实际的测量情况。利用EWB提供的虚拟仪器可以用比在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，熟悉常用电子仪器的测量方法。二、EWB在电工电子技术功能仿真中应用（一）EWB在电工技术功能仿真中的应用下面以图（1）R-C串联电路在直流电压作用下的充放电过程为例，介绍EWB在电路理论中的应用。设初始时刻电容C1端电压为零，充电时间常数τ1=R1C。首先将开关切换到充电位置（按动Space空格键），当经过3τ1-5τ1时,可以认为充电过程基本结束,电路进入稳定状态。然后切换开关（按动Space空格键）到放电位置，放电时间常数τ2=R2C。同理，当电路经过3τ2-5τ2时,可以认为放电过程基本结束,电路进入稳定状态。由于R2?R1，故图（2）中的放电时间大于充电时间。EWB的实现过程如下：1.从元器件库中调用所需元件。2.首先选取电源、电阻、电容等基本元件：方法是从主窗口元器件库栏单击相应元件图标，即可打开对应的元件库，按住鼠标左键不放，用鼠标把要用的元件拖到工件区。其次修改元件的属性：方法是先选中直流电压、电阻、电容等元件使之变为红色，然后单击元件或直接双击元件，在出现的元器件特征对话框中选择Value标签，输入对应电压、电阻或电容的值，然后“确定”关闭对话框。此外若是交流电源还需设置频率、初始相位等。最后是元件的位置的修改：选中要平移的元件，然后用鼠标将它拖到工作区合适的位置即可。如果要移动多个元件，则可拖动鼠标画一个矩形，将要移动的元器件框起来，便可同时选中它们。这样当拖动其中一个元器件进行移动时，所有被选中的元器件将同时移动。另外工具栏上有三种旋转图标：逆时针旋转900，水平反转和垂直反转。选中要旋转的器件，单击工具栏上的转动图标即可。（二）连接线路及导线的调整首先是元件引脚间的连线：用鼠标指向一个元件引脚时会出现一个小连接点，此时按下鼠标左键拖至另一个元件引脚，当再次出现小连接点时，放开鼠标，连线便连接好了。其次是元件与导线连接：从元件引脚开始，指针指向该引脚并点击，然后拖向所要连接的线路上再点击，系统不但自动连接两个点，同时在所连接线路的交叉点上自动放置一个接点。如果两条线只是交叉而过，不会产生连接点，即两条交叉线并不相连接。导线的调整包括连线的删除、改接、移动和颜色的改变。删除某条线，只要把该连线的一端从连接点移开，就可删除该条线。改接线路，只要把要改接的连线从原连接点移开，并直接移到新的连接点，就完成了连线的改动。要移动某条线路，只要将鼠标指针指向该线路，然后按下鼠标左键，此时鼠标指针变为一个双向箭头，并跨于连线上，这时拖动鼠标就可移动连线。若要改变元件导线的颜色，首先鼠标指针指向该导线，双击鼠标左键打开导线属性对话框，然后单击“SetWireColor”命令，在出现的颜色选项框中选取所要采用的颜色，然后点击“确定”即可。当导线颜色改变时，与导线相连的虚拟仪器输出波形颜色也随之改变，这样有利于查错和读取波形数据。以上操作也可以用鼠标右键通过快捷菜单实现。图（1）图（2）（三）虚拟示波器的连接在电路图完成后，还需连接一个EWB具有的虚拟示波器来分析和观察电压的波形。在已连接好的电路中，选择仪表工具栏中的示波器（Oscilloscope），拖动鼠标到操作窗口空白位置，单击后仪器的符号就会出现在图中。EWB的示波器外观及操作与实际的双通道示波器类似，它包括输入通道、时基调整和触发方式选择等部分组成。其使用方法也和实际仪器类似，该电路由于只需观察电容两端电压波形，因此只用A通道即可，连接示波器“A”端和电容的一端，将仪器“G”端与电路接地端相连。如图所示。仪器“T”端是触发端，一般不用。（四）电路的运行以上电路连接完成后，此时电路还没有工作，按下工作界面右上角的“Run”按钮，电路才开始真正工作。双击示波器，可观察到此时电容两端无电压波形，因为是充放电过程，需要有换路发生，所以必须调整开关状态才能观察到波形。首先按下Space（空格键），可看到充电波形，再按下Space键，可看到放电波形，如波形太大或太小，可调整面板上的相关量挡，直至合适为此。电容两端充放电波形如图（2）所示。以上为电容的充放电过程分析，另外在电工理论中的叠加原理、戴维南定理以及电路的谐振等均可使用EWB进行仿真分析，读者可参阅相关资料。二、EWB在模拟电子技术功能仿真中的应用在电子技术中的三极管输出特性曲线、各类单极或多极放大电路、差动放大电路、负反馈放大电路、各种非正弦波产生电路、整流与滤波电路、正弦波振荡电路、放大电路的频率特性等均可使用EWB进行电路的仿真分析。其中放大电路的频率特性是相对比较困难的。下面就以共射放大电路频率特性的分析为例，来说明EWB在模拟电子技术中的应用。众所周知，在放大电路中，由于耦合电容、旁路电容、极间电容的影响，以及三极管的共射电流放大系数β随频率变化的特性，放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻等性能参数都与频率有关。共射放大电路在低频区时，由于耦合电容、旁路电容的影响，其增益随着频率的下降而下降；在中频区，极间电容、耦合电容、旁路电容都可视为短路，故中频区增益基本不随频率变化；在高频区，由于极间电容的影响，其增益随频率的增大而下降。本文将采用EWB仿真分析法中的交流分析法来观察电容的变化对放大器频率特性的影响。电路图如图（3）所示。图(4)是极间电容为1PF时频率特性。图(5)是极间电容为100PF是频率特性。由仿真结果可看出，极间电容越大，上限频率越低。同理可分析其余电容对电路的影响。三、EWB在组合逻辑电路设计中的应用利用EWB提供的逻辑转换仪，很容易实现组合逻辑电路的设计。逻辑转换仪是目前其它电路仿真软件中所没有的，它能将逻辑电路转换为真值表，将真值表转换为逻辑表达式，将逻辑表达式转换为逻辑电路或与非门逻辑电路。设计任务：设计一位二进制全加器。设加数、被加数、低位进位分别是A、B、Cn-1，输出Sn和向高位进位Cn。电路真值表输入逻辑转换仪，四、结语EWB是一种功能强大的设计软件。它的基本操作包括：放置元器件；元器件的修改、旋转、删除；设定元器件的参数；对元器件进行电路连线，以构成完整的电路；启动仿真电路进行电路仿真。它的电路生成的基本步骤和方法包括：元器件的取用；元器件的编辑；元器件的设置；电路的连接、电路的检查及保存。【参考文献】[1]刘向兵,李立国.高等学校实施战略管理的理论探讨[J].科技信息.2010(23)[2]祁顺生.以价值为基础的要素与企业——关于价值均衡的理论探讨[J].经济研究.(02)[3]张振川.现代企业风险价值管理问题探讨[J].会计研究.2004(03)[4]汤谷良,林长泉.打造VBM框架下的价值型财务管理模式[J].会计研究.2003(12)[5]胡笑寒,万迪昉.战略控制方法与管理控制方法的比较及发展研究[J].广东科技.(04)[6]何有缘,侯兰,任洪斌.信息沟通中经理人应遵循的“531”策略[J].中国农业大学学报(社会科学版).(04)[7]刘萍.从经济学角度分析公允价值与市场价值[J].中国注册会计师.2002(12)[8]德国胜.提高变电站电力系统自动化的技术途径探讨[J].黑龙江科技信息.2010(36)[9]王春美,闫彩英.浅谈企业文化建设的价值取向[J].生产力研究.2001(06)[10]袁改莲,芦震.220kV小店变电站2号主变差动保护跳闸的事故分析[J].科技情报开发与经济.(33)[11]周雯,邢建武.新经济时期以来美国制造业及服务业的发展[J].特区经济.2009(01)[12]赵东安,杨春.生产性服务业对制造业升级的影响研究——韩国现代化经验及对我国的启示[J].特区经济.2009(01)[13]戴靖波.Z形接地变压器在变电站的应用[J].湘潭师范学院学报(自然科学版).(01)[14]侯晓音.地区变电站自动化系统设计[J].北华大学学报(自然科学版).2007(05)[15]顾乃华,毕斗斗,任旺兵.生产性服务业与制造业互动发展:文献综述[J].经济学家.(06)[16]益瑞涵.美国大学的品牌管理及启示——以马里兰大学为例[J].华南理工大学学报(社会科学版).2007(02)[17]顾乃华,毕斗斗,任旺兵.中国转型期生产性服务业发展与制造业竞争力关系研究——基于面板数据的实证分析[J].中国工业经济.(09)[18]刘志彪.发展现代生产者服务业与调整优化制造业结构[J].南京大学学报(哲学.人文科学.社会科学版).2006(05)[2]佚名.基于EWB的电工电子技术仿真分析探索.中国教育期刊学会