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電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是輔助電子技術(shù)基礎(chǔ)的一門(mén)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，他包括電工、模擬、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)箱上完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)或?qū)ζ骷M(jìn)行功能測(cè)試和驗(yàn)證。這樣簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)代電子技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展和社會(huì)急需具有創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力人才的需求。這就需要高校在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)加大力度，勇于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，不斷地將新科技、新手段融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，再利用這新技術(shù)、新手段去探索、研究問(wèn)題。 1 EWB簡(jiǎn)介 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)各種電子元件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的進(jìn)一步研究，再借助計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其進(jìn)行分析，在計(jì)算機(jī)上可以仿真出近似于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)及各種波形。EWB(Electronics Workbench)是加拿大InteractivelmageTechnologies公司推出的一個(gè)專門(mén)用于電子電路設(shè)計(jì)與仿真的軟件，他是非常優(yōu)秀的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練工具，其特點(diǎn)是虛擬儀器齊全、容納各種高級(jí)分析方法、提供豐富的元器件、根據(jù)需要可以自己制作庫(kù)元件。他的操作也很方便，畫(huà)電路時(shí)可直接從桌面上的器件庫(kù)和儀器庫(kù)選取元器件和測(cè)試儀器來(lái)創(chuàng)建電路，界面非常直觀。電路的設(shè)計(jì)、仿真與分析工作只需輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可完成，EWB是一種全新的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在這種環(huán)境下學(xué)生進(jìn)行障礙性實(shí)驗(yàn)，不必?fù)?dān)心安全問(wèn)題，可以輕松地憑想象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣不僅提高了興趣，還大大提高了電子設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，也排除了元器件損耗和儀器損壞，從而解決經(jīng)費(fèi)不足的問(wèn)題�？梢哉f(shuō)安裝了EWB，就相當(dāng)于擁有了一個(gè)功能強(qiáng)大、設(shè)備齊全、器件豐富的小型“電子實(shí)驗(yàn)室”。 2 傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的不足和引入EWB進(jìn)行高級(jí)分析的必要性 2.1 完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目的時(shí)間 傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)主要使用萬(wàn)用表、頻率計(jì)、示波器、交流毫伏表等測(cè)試儀器進(jìn)行觀測(cè)，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算再與理論比較，完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目一般需要3h的時(shí)間。而使用EWB高級(jí)分析大部分都是直接分析出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目所需時(shí)間不到1h。 2.2 觀測(cè)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù) 傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)使用萬(wàn)用表、交流毫伏表一次只能測(cè)量一個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，用雙蹤示波器也最多能同時(shí)觀測(cè)兩路不同節(jié)點(diǎn)的波形。而使用EWB高級(jí)分析能同時(shí)測(cè)量若干個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)，也可以同時(shí)規(guī)測(cè)若干個(gè)節(jié)點(diǎn)的波形。 2.3 特殊測(cè)量 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室由于實(shí)驗(yàn)室儀器和元器件品種、規(guī)格、數(shù)量的限制，只能測(cè)量電子系統(tǒng)輸出與輸入信號(hào)的幅度和相位關(guān)系。而利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)EWB高級(jí)分析不僅能模擬與分析輸入和輸出的關(guān)系，還能對(duì)由于實(shí)驗(yàn)室條件限制而無(wú)法觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都可以通過(guò)EWB高級(jí)仿真進(jìn)行模擬測(cè)試，比如測(cè)試不同溫度下任意節(jié)點(diǎn)的參數(shù)和波形，測(cè)量某器件對(duì)任意節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的噪聲和失真度等，并且可以隨意設(shè)置故障進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這些不僅加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)、難點(diǎn)的理解，也為綜合性設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一條捷徑。 3 用EWB的高級(jí)分析完成共射極放大器實(shí)驗(yàn) 3.1 確定工作點(diǎn)Q 對(duì)放大器而言，讓工作點(diǎn)Q盡量處在交流負(fù)載線的中點(diǎn)是保證輸出波形最大而且不失真的關(guān)鍵，Q點(diǎn)過(guò)高或過(guò)低容易出現(xiàn)飽和和截止失真，圖1為共射極放大器電路。啟用EWB的參數(shù)掃描分析，輸出波形的瞬態(tài)特性如圖2所示，從圖中可以看出當(dāng)R1=300 kΩ時(shí)，輸出波形出現(xiàn)了失真，當(dāng)R3=700 kΩ時(shí)，輸出幅度出現(xiàn)了衰減，只有R3=500 kΩ時(shí)，波形幅度最大而且不失真。所以在上偏置電阻R3=500 kΩ時(shí)Q點(diǎn)幾乎處于交流負(fù)載線的中點(diǎn)。 3.2 靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量 啟用EWB的直流工作點(diǎn)分析得出圖3的結(jié)果，從表中可以讀出各節(jié)點(diǎn)和三極管各極的的電壓，通過(guò)圖3可以計(jì)算出集電極電流為: 3.3 動(dòng)態(tài)測(cè)量 3.3.1 高級(jí)分析的動(dòng)態(tài)測(cè)量 首先將V1改成小電壓以滿足進(jìn)行傳遞函數(shù)分析時(shí)輸入源的要求，啟用EWB的傳遞函數(shù)分析，可得出圖4中的結(jié)果，從圖4可讀取輸出電阻、放大倍數(shù)、輸入電阻 3.3.2 理論分析動(dòng)態(tài)特性 通過(guò)前面計(jì)算出來(lái)的集電極電流計(jì)算出基射極的體電阻為： β=200，是三極管的交流放大倍數(shù)，將理論與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，基本相符。 3.4 帶寬WB的測(cè)量 啟用EWB的交流頻率分析，結(jié)果如圖5，圖5有兩個(gè)游標(biāo)，分別移動(dòng)兩個(gè)游標(biāo)使輸出電壓(Y1，Y2)為最大輸出電壓的70％，然后讀取帶寬dx近似為： WB=dx=13.4 MHz Y1，Y2，dx是從圖3中讀取的數(shù)值。 3.5 噪聲分析 噪聲分析是用于檢測(cè)電路輸出信號(hào)的噪聲功率幅度，用于計(jì)算、分析電阻或晶體管的噪聲對(duì)電路的影響。在分析時(shí)各噪聲源是相互獨(dú)立的，總的噪聲是各噪聲在輸出節(jié)點(diǎn)的和(有效值)。啟用噪聲功率分析功能，得到如圖6的分析結(jié)果，圖中的兩個(gè)曲線分別是輸入和輸出的噪聲功率譜，從圖6中可以分析出在低頻時(shí)的噪聲比較大，所以為了減小噪聲，加入的輸入信號(hào)頻率一般要大于800 Hz。噪聲分析為分析、設(shè)計(jì)電路提供了理論依據(jù)。 4 結(jié) 語(yǔ) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化為核心的現(xiàn)代電路仿真實(shí)驗(yàn)將會(huì)打破傳統(tǒng)的電路教學(xué)模式，“以仿代實(shí)”、“以軟代硬”不僅節(jié)約了時(shí)間也極大地提高了傳遞實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的效益，增大了單位時(shí)間所授知識(shí)的廣度和深度，也極大地提高了實(shí)驗(yàn)中測(cè)量與處理數(shù)據(jù)的速度和精度。使教學(xué)實(shí)驗(yàn)由單純的驗(yàn)證型向啟發(fā)型、設(shè)計(jì)型轉(zhuǎn)化，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈活性和多樣性，提高對(duì)不斷更新課程內(nèi)容的適應(yīng)能力。但這不意味著忽略硬件實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課適當(dāng)調(diào)配，既要加強(qiáng)學(xué)生的基本功訓(xùn)練，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，又要讓學(xué)生在這樣虛擬環(huán)境下接受新知識(shí)、新技術(shù)，只有這樣才能培養(yǎng)既有扎實(shí)基礎(chǔ)，又具有全新現(xiàn)代化技術(shù)能力的人才。 |
