电工电子工艺实践辅导教案

电工电子工艺实践辅导教案电工电子实验中心王惠庆电工电子工艺实践部分实验设备及软件图片1、Multisim软件主窗口（EWB电子设计工作平台）2、电工电子工艺制作工具和场地3、电工电子线路调试设备双指针交流毫伏表双踪示波器多路直流电源函数信号发生器万用表电工电子工艺实践辅导之一电工电子线路设计及工艺实现一、课程目的1、学习Multisim（EWB电子设计工作平台）仿真软件的使用和电工电子线路的设计、仿真实验方法。2、根据对选题的设计及仿真实验结果，学习电路板制作技术。3、学习实验调试“功能电路”的方法，提高故障排查、处理等综合工程实践能力。4、了解成果分析、总结及提交方法。二、实践步骤⑴根据拟定“功能电路”选题→→⑵查阅相关电路设计资料→→⑶初步确定设计方案→→⑷在Multisim仿真软件上进行电路设计→→⑸对所设计电路的进行仿真实验→→⑹设计印制电路板→→⑺元器件焊接→→⑻实验调试实际的“功能电路”→→⑼故障排查、调整设计方案或电路元件参数→→⑽电路功能实现，给出调试结果→→⑾分析、总结工艺实践的收获和成果→→⑿提交实习报告→→⒀讨论评比、相互交流。三、电路仿真与设计软件Multisim（EWB）简介随着电工电子电路设计的需要，IIT公司于上世纪八十年代后期推出的用于电路仿真与设计的EDA软件ElectionicsWorkbench（电子工作平台），简称EWB。EWB是一种在电子技术界广为应用的优秀计算机仿真设计软件，被誉为计算机里的电子实验室。与其他电路仿真软件相比，EWB具有如下一些优点：（1）系统高度集成，界面直观，操作方便EWB将原理图的创建，电路的测试分析和结果的图表显示等，全部集成到同一个电路窗口中。整个操作界面就像一个实验工作台，有存放仿真元件的元件箱，有存放测试仪表的仪器库，有进行仿真分析的各种操作命令。测试仪表和某些仿真元件的外形与实物非常接近，操作方法也基本相同，因而该软件易学易用。（2）具有数字、模拟及数字/模拟拟混合电路的仿真能力在电路窗口中既可以分别对数字或模拟电路的进行仿真，也可以将数字元件和模拟元件连接在一起仿真分析。（3）电路分析手段完备EWB除了用7种常用的测试仪表用来对仿真电路进行测试之外，还提供了电路的直流工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声和失真分析等14种常用的电路仿真分析方法。这些分析方法基本能满足一般电子电路的分析设计要求。（4）提供了多种输入输出接口可以输入由PSpice等其他电路仿真软件所创建的spice网表文件，并自动形成相应的电路原理图。也可以把EWB环境下创建的电路原理图文件输出给Protel等常见的PCB软件进行印刷电路设计。为了拓宽EWB软件的PCB功能，IIT也推出了自己的PCB软件----ElectronicsWorkbenchLayout，可使EWB电路图文件更直接方便地转换成PCB。正因为如此，EWB一经推出即受到广大电路设计人员的喜爱，特别是在教育领域得到了更广泛应用。随着技术的发展，EWB也经过了多个版本的衍变，目前国内常见的版本有4.0d和5.0c。从6.0版本开始，EWB进行了较大规模的改动，仿真设计的模块改名为Multisim。我们将用来进行电路信号频谱仿真分析的是EWB5.0x版本.2、仿真软件EWB的使用（1）EWB5.0的安装和启动EWB5.0版的安装文件是EWB50C.EXE。新建一个目录EWB5.0作为EWB的工作目录，将安装文件复制到工作目录，双击运行即可完成安装。安装成功后，在工作目录下会产生可执行文件EWB32.EXE和其它一些文件，EWB32.EXE的图标如图1，双击该图标即可运行EWB。也可以在Windows的桌面上创建EWB32.EXE的快捷方式，通过此快捷方式启动EWB。图1EWB32.EXE的图标（2）认识EWB的界面EWB与其它Windows应用程序一样，有一个标准的工作界面，它的窗口由标题条、菜单条、常用工具栏、虚拟仪器、器件库图标条、仿真电源开关、工作区及滚动条等部分组成，如图2所示。图2EWB的工作窗口①EWB的主窗口②元件库栏信号源库基本器件库二极管库模拟集成电路库指示器件库仪器库标题条中，显示出当前的应用程序名ElectronicsWorkbench，即电子工作平台。标题条左端有一个控制菜单框，右边是最小化、最大化（还原）和关闭三个按钮。菜单条位于标题条的下方，如图3所示。共有六组菜单：File（文件）、Edie（编辑）、Circuit（电路）、Analysis（分析）、Window（窗口）和Help（帮助），在每组菜单里，包含有一些命令和选项，建立电路、实验分析和结果输出均可在这个集成菜单系统中完成。图3EWB的标题栏和菜单条在常用工具栏中，是一些常用工具按钮，各按钮的意义如图4所示。图4EWB的常用工具栏常用器件库按钮栏中包含电源器件、模拟器件、数字器件等12个按钮，单击按钮可打开相应器件库，用鼠标可将其中的器件拖放到工作区，以完成电路的连接。图5即为常用器件库按钮栏，其中打开了晶体管器件库。图5打开了晶体管器件库的常用器件库按钮栏单击虚拟仪器按钮可打开虚拟仪器库，其中从左到右排列的仪器图标分别是：数字万用表、信号发生器、示波器、波特图仪、字符发生器、逻辑分析仪和逻辑转换器，如图6所示。可用鼠标将虚拟仪器拖放到工作区，并对电路参数进行测试。图6打开了虚拟仪器库的虚拟仪器按钮工作区窗口是我们进行虚拟实验使用的最基本的窗口，在其中可以放置元件、虚拟仪器，连接电路以及对电路进行即时的修改和控制。此外，在EWB的主窗口中还有仿真开关、暂停开关、用户扩展器件库按钮、状态栏等，在此不再详述。EWB5.0有一套比较完整的菜单系统，几乎所有的操作都可通过执行相应的菜单命令来实现，但是，和大多数Windows程序一样，许多操作也可通过快捷工具按钮、右键菜单、快捷键等方式来实现，前面我们已经用过多次了。对于一般的使用者，我们没有必要记住全部的操作方式，因此，这里只讲述前面涉及较少而又较常用的Circuit（电路）和Analysis（分析）菜单中的部分项目，其它的菜单命令请大家自己体会。●Circuit（电路）菜单Rotate旋转FlipHorizontal水平翻转FlipVertical垂直翻转ComponentProperties部件属性CreateSubcircuit创建分支电路SchematicOptions演示选项Restrictions限制条件●Analysis（分析）菜单Activate激活电路，开始仿真AnalysisOptions分析选项DCOperatingPoint直流工作点分析ACFrequency交流频率分析Transient瞬态分析Fourier傅立叶分析MonteCarlo蒙特卡罗分析（3）傅立叶分析（Fourier）傅立叶分析方法用于分析估计时域信号的直流、基频和谐波分量，即离散傅立叶变换。这个分析将电压波形从时域变换到频域，求出它的频域变化规律。EWB会自动地进行时域分析以得到傅立叶分析结果。在进行傅立叶分析时，必须首先在对话栏里选择一个输出节点，即输出分量。分析从这个节点获得的电压波形。分析还需要一个基频，一般将电路中的交流激励源的频率设为基频。若在电路中有几个交流源，那么基频将是这些频率的最小公因数。傅立叶分析对话框和各参数说明如下图7和表1所示：图7表1表1分析步骤:EWB上创建需进行分析的电路图；选定“分析（Analysis）”栏中的“傅立叶分析（Fourier）”确定被分析的电路节点。根据对话框的要求，设置参数。按“仿真（simulate）”键，即可获得图8所示被分析节点的离散傅立叶变换的波形，按“Esc图8（4）EWB上的虚拟仪器虚拟仪器是一种具有虚拟面板的计算机仪器，主要由计算机和控制软件组成。操作人员通过图形用户界面用鼠标或键盘来控制仪器运行，以完成对电路的电压、电流、电阻及波形等物理量的测量，用起来几乎和真的仪器一样。在EWB平台上，共有7种虚拟仪器，下面分别作以介绍。①数字万用表(Multimeter)万用表的虚拟面板参见图2-10，这是一种4位数字万用表，面板上有一个数字显示窗口和7个按钮，分别为电流(A)、电压(V)、电阻(Ω)、电平(dB)、交流(~)、直流(－)和设置(Settings)转换按钮，单击这些按钮便可进行相应的转换。用万用表可测量交直流电压、电流、电阻和电路中两点间的分贝损失，并具有自动量程转换功能。利用设置按钮可调整电流表内阻、电压表内阻、欧姆表电流和电平表0dB标准电压。虚拟万用表的使用方法与真实的数字万用表基本相同，其各个量程的测量范围如下：电流表(A)量程：0.01μA--999kA电压表(V)量程：0.01μV--999kV欧姆表(Ω)量程：0.001Ω--999MΩ交流频率范围：0.001Hz--9999MHz②信号发生器(FunctionGenerator)信号发生器是一种能提供正弦波、三角波或方波信号的电压源，它以方便而又不失真的方式向电路提供信号。信号发生器的电路符号和虚拟面板如图9所示。其面板上可调整的参数有频率Frequency占空比Dutycycle振幅AmplitudeDC偏移Offset图9信号发生器的电路符号和虚拟面板虚拟信号发生器有三个输出端：－为负波形端，Common为公共（接地）端、+为正波形端。虚拟信号发生器的使用方法与实际的信号发生器基本相同。③示波器(Oscilloscope)示波器的电路符号和虚拟面板如图10所示，这是一种可用黑、红、绿、蓝、青、紫6种颜色显示波形的1000MHz双通道数字存储示波器。它工作起来像真的仪器一样，可用正边缘或负边缘进行内触发或外触发，时基可在秒至纳秒的范围内调整。为了提高测量精度，可卷动时间轴，用数显游标对电压进行精确测量。只要单击仿真电源开关，示波器便可马上显示波形，将探头移到新的测试点时可以不关电源。图10示波器的电路符号和虚拟面板X轴可左右移动，Y轴可上下移动。当X轴为时间轴时，时基可在0.01ns/div--1s/div的范围调整。X轴还可以作为A通道或B通道来使用，例如，Y轴和X轴均输入正弦电压时，便可观察到李沙育图。A/B通道可分别设置，Y轴范围为0.01mV/div--5kV/div，还可选择AC或DC两种耦合方式。虚拟示波器不一定要接地，只要电路中有接地元件便可。单击示波器面板上的Expand按钮，可放大屏幕显示的波形，还可以将波形数据保存，用以在图表窗口中打开、显示或打印。要改变波形的显示颜色，可双击电路中示波器的连线，设置连线属性。④波特图仪(BodePlotter)波特图仪能显示电路的频率响应曲线，这对分析滤波器等电路是很有用的。可用波特图仪来测量一个信号的电压增益(单位：dB)或相移(单位：度)。使用时仪器面板上的输入端IN接频率源，输出端OUT接被测电路的输出端。⑤数字信号发生器(WordGenerator)略⑥逻辑分析仪(LogicAnalyzer)略⑦逻辑转换器(LogicConverter)略