实用电工电子基本能力训练与实践活动讲座(参考资料2模

模拟电路仿真实验信息时代的来临，知识经济时代的来临，以计算机技术的发展为主导，使信息的存贮、传播利用的科学技术产生了革命性的变革，这就带来了两点要求：一是培养的人才必须适应信息时代的发展，必须教会学生掌握信息技术，例如计算机辅助设计、虚拟现实等先进技术手段；二是教学过程涉及信息的存贮、传播和利用，所以信息技术的发展就为教学提供了更加先进的手段，例如计算机辅助教学、虚拟实验、电子教材等，利用这些手段可以使得教学工作的效率和效益进一步提高。无论是第一个要求还是第二个要求，都需要根据信息技术的发展更新教学设备，改革教学方式方法，改善教学手段和教学设备严重落后的状况。第一节电子工作平台概述从事电子产品设计、开发等工作的人员，经常要求对所设计的电路进行实物模拟和调试。其目的，一方面是为了验证所设计的电路是否能达到设计要求的技术指标，另一方面，通过改变电路中元器件的参数，使整个电路性能达到最佳值。以往的电路设计模拟，常常是制作一块模拟试验板，在这块板上用实际元器件进行试验和调试。取得数据后，再来修正原设计的电路参数，直至达到设计提出的要求。但由于受工作场地、仪器设备和元器件品种。数量的限制，有些试验往往无法及时完成。这样既影响工作的顺利进行，又束缚了设计人员的手脚。为了克服上述困难，加拿大InteractiveImageTechnologies公司于20世纪80年代末、90年代初推出了专门用于电子线路仿真的“虚拟电子工作台”（ElectronicsWorkbench）软件，它可以将上述不同类型的电路组合成混合电路进行仿真。与其他的电路仿真软件相比较，ElectronicsWorkbench具有界面直观操作方便等优点，它改变了有些电路仿真软件输人电路采用文本方式的不便之处，创建电路、选用元器件和测试仪器等均可以直接从屏幕图形中选取，而且测试仪器的图形与实物外形基本相似。实验证明，具有一般电子技术基础知识的人员，只要几个小时就可学会ElectronicsWorkbench的基本操作，从而大大提高了电子设计工作的效率。ElectronicsWorkbench还是一种非常优秀的电子技术实训工具，因为掌握电子技术，不仅需要理论知识，而且更重要的是通过实际操作来加深对内容的理解。作为电子类相关课程的辅助教学和实训手段，它不仅可以弥补实验仪器、元器件缺乏带来的不足，而且排除了原材料消耗和仪器损坏等因素，可以帮助学生更快、更好地掌握课堂讲述的内容，加深对概念、原理的理解，弥补课堂理论教学的不足，而且通过电路仿真，可以熟悉常用电子仪器的测量方法，进一步培养学生的综合分析能力、排除故障能力和开发、创新能力。ElectronicsWorkbench最明显的特点是仿真的手段切合实际。选用元器件和仪器与实际情形非常相近。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，而且仪器的操作开关、按键同实际仪器的极为相似，因此特别容易学习和使用。而且通过电路仿真，既掌握了电路的性能，又熟悉了仪器的使用方法。ElectronicsWorkbench的元器件库不仅提供了数千种电路元器件选用，而且还提供了各种元器件的理想值，因此仿真的结果就是该电路的理论值。这对于验证电路的原理和电子类课程的教学与实验极为方便。同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可从生产厂商的产品使用手册中查到，因此大大方便了使用人员。电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation，简称EDA）即是以CAA，CAD为基础的电子电路设计技术。随着集成电路和计受机的迅速发展，EDA技术已渗透到电了系统和专用集成电路设计的各个环节。一个能完成复杂的超大规模集成电路（VLSI）设计的EDA系统，需要更加丰富的CAA和CAD软件。从高层次的数字电路的自动综合，数字系统的仿真，模拟电路仿真，直到不同层次版图级设计和校验，各种设计软件完成自顶向下的VLSI设计的全过程。计算机的发展促进了大规模、超大规模集成电路的发展，大规模集成电路的发展反过来又促进计算机的发展，相应的EDA开发工具更是应运而生。利用现场可编程逻辑器件（FPGA，CPLD等）开发工具在实验室里就可以设计出专用集成电路，以硬件描述语言（VHDL）为输出方式的高层次数字系统综合工具已广泛用于VLSI的设计中，使电了设计的自动化程度越来越高。对于从事电路设计及相关领域的工作人员来说，掌握并应用EDA工具，是非常必要的。EWB窗口功能简介一、ElectronicsWorkbench软件界面启动EWB，可以看到其主窗口，如图12－1所示。从图中可以看出，EWB模仿了一个实际的电子实验台。主窗口中最大的区域是电路工作区，在这里可以进行电路的连接和测试。在电路工作区的下方是阐述区，可用来对电路进行注释和说明。工作区的上面是菜单栏、工具栏和元器件库栏。从菜单栏可以选择电路连接、实验所需的各种命令。工具栏包含了常用的操作命令按钮。元器件库栏包含了电路实验所需的各种元器件与测试仪器。通过鼠标器操作即可方便地使用各种命令和实验设备。按下“启动／停止”开关或“暂停／恢复”按钮可以方便地控制实验的进程。图12－1ElectronicsWorkbench软件界面二、元件库栏EWB零部件箱（PartsBin）提供了非常丰富的元器件库及各种常用测试仪器，给电路仿真实验带来了极大的方便。如图12－2所示。在工作区上面，按元器件的类别，共有10个部件箱，如下图所示。从左至右有子电路箱、电源箱、无源元件箱、二极管及整流电路、晶体管箱、模拟IC、4个数字逻辑部件箱，还有显示元件箱、函数元件箱及机电元件箱这10个零部件箱。每个零部件箱里都有常用的同类型元器件，使用某个元器件时，只要打开相应的零部件箱，就有各种型号的元器件IC等供选择。一般打开的部件箱位于工作区的左侧，可以滚动、缩放。需要某个元件时，用鼠标单击选择，并拖至工作区；若删除这个元件，可单击它变成高亮，然后在Edit菜单中选择Delete或按Del键。图12－2EWB的元件库栏三、信号源库图12－3信号源库分布栏四、基本元件库图12－4基本元件库分布栏五、二极管库图12－5二极管库分布栏六、模拟集成电路库图12－6模拟集成电路库分布栏七、指示器件库在各类指示器中，包括了各类输出监测显示器、电压表、电流表、逻辑探针、七段数码管、蜂鸣器及条码显示器，以供选择。图12－7指示器件库分布栏八、模拟IC、数模混合、IC数字ICEWB提供模拟IC主要是各种运算放大器、比较器及锁相环电路等。而EWB提供的数字IC主要是74系列和4系列的数字集成电路。数模混合IC部件包括A/D、D/A变换器、单稳压触发器及555定时电路等。图12－8模拟IC、数模混合、IC数字IC分布栏九、基本数字门和数字逻辑电路EWB提供了各类数字门、各种触发器、多路开关、移位寄存器、计数器及算术处理单元等。图12－9基本数字门和数字逻辑电路十、单元电路EWB提供了各类内建电压、电流信号处理单元电路，如积分器、微分器、乘法器、除法器及其它功能单元电路等。图12－10单元电路分布栏十一、其它元件EWB除了提供以上所各类元件外，按实际电路系统设计和测试的需要，还提供了其它的一些辅助性元件，如保险丝、传输线、直流马达等，放在其它元件库中。图12－11其它元件分布栏十二、测试仪表在零部件箱的右侧是测试仪表（Instrument）区，如图12－12所示。在它里面存放有7种测试仪表可供使用，它们是万用表（Multimater）、函数发生器（FunctionGenerator）、示波器（Oscilloscope）、频率特性测试仪（BodePlotter）、字发生器（WordGenerator）、逻辑分析仪（LogicAnalyzer）和逻辑转换器（logleConverter）。另外，显示器零部件箱中还有两种测试仪表，电压表（Voltmeter）和电表（Ammeter）。当需要使用某种仪表时，图12－12测试仪表分布栏只要从测试仪表区中把需要的测试仪表拖放到工作区并连接到电路上，再根据测试情况调整仪器状态，打开电源开关，电路开始仿真，测试仪表即可显示测量结果。(一)数字多用表的使用（１）电压表和电流表从指示器件库中，选定电压表或电流表，用鼠标拖拽到电路工作区中，通过旋转操作可以改变其引出线的方向。双击电压表或电流表可以在弹出对话框中设置工作参数。电压表和电流表可以多次选用。数字多用表的量程可以自动调整。下图是其图标和面板。其电压、电流档的内阻，电阻档的电流和分贝档的标准电压值都可以任意设置。从打开的面板上选Setting按钮可以设置其参数。图12－13数字万用表示意图这是一种自动调整量程的数字多用表。其电压档、电流档的内阻、电阻档的电流值和分贝档标准电压值都可任意进行设备。1、万用表的调节万用表的选择项：测试类型(MeterType)：A（电流）、V（电流）、（电阻）、dB（分贝）。信号方式（Signal）：AC（交流）、DC（直流）设置（Setting）：用于设置内阻等。2、使用万用测量电流（A）选择A，将万用表作安培表使用，并将安培表串联到测量电路中。仿真后，万用表显示为被测电流值。若要测量另一支路电流，需重新连接万用表并再次仿真。安培表的内阻预设为lm，如果需要，可以单击Settings按钮重新设置。3．用万用表测量电压（V）选择V，将万用表作为电压表使用。将电压表并接在电路中需要测量的两个节点上，电路仿真，万用表显示电路中两节点之间的电压。电压表的内阻设为很高的值（1M），如果需要改变，可以单击Settings按钮重新设置。电路仿真被激活后，可以将电压表接到其他节点去测量电压。4．用万用表测量电阻（）选择，将万用表作为欧姆表使用。此时要将万用表设置成DC，而且须保证被测元件或网络和信号源断开，并且不和其他元件或网络并联。将万用表连接到被测元件或网络两端，万用表显示电阻值。5．用万用表测量分贝损失（dB）选择dB，用于测量电路中两点之间的分贝损失。dB=20lg[(V1-V2)／分贝标准]其中V1为接到“十”端的电位。V2为接到“一”端的电位，分贝基准（零分贝）预设为1V，如果需要，可以单击Settings按钮重新设置。6．万用表的交流模式（AC）选择正弦波符号“～”，万用表处于交流模式。测量值为交流信号电压或电流的有效值，此时信号中的直流成分被去掉。7．万用表的直流模式（DC）选择直流符号“一’，万用表处于直流模式。测量电路中直流信号电压或电流，交流成分被去掉。8．万用表的设置（Settings）万用表的Settings按钮，用于万用表内部参数设置，如电压表和电流表的内阻、欧姆表的内部电流以及分贝基准。这些值的预设与实际万用表相近。这些参数接近理想值，故对电路的影响可以忽略。注意：在低阻电路中应避免使用非常高内阻的电压表，在高阻电路中应避免使用非常低内阻的电流表，否则在仿真过程中将引入较大的截断误差。(二)函数发生器函数发生器（FunctionGenerator）是一个多波形电压源，它能产生正弦波、方波、三角波三种电压信号。其图标和面板如图12-14所示。可调节方波和三角波的占空比。使用时可以调节信号Frequency（频率）、Dutycycle(占空比)、Amplitude(幅度)、Offset（直流偏置）等。图12－14函数发生器示意图ElectronicsWorkbench提供很宽的频率调节范围，可覆盖音频至雷达信号频率范围。函数发生器有三个外接端子：“十”、“一”和common。1·调节函数发生器（1）波形选择将函数发生器放大显示，单击上面二种波形（正弦、三角、方波）的一种即可。对三角波和方波可以调节占空比改变波形得到锯齿波和脉冲。（2）频率调节函数发生器的频率调节范围为1Hz～999MHz。调节函数发生器的输出信号频率，首先放大显示函数发生器，然后单击频率调节按钮改变输出频率；也可以单击频率数值框直接输入所需要频率的数值。（3）占空比调节调节占空比只影响三角波和方波。占空比的调节