EWB软件在电子电路中的应用研究
随着近年来社会的高速发展以及计算机技术的快速进步, 融合了计算机技术的各类应用已经嵌入了人们的生活, 有效地提高了人们的生活品质以及工作效率。在这种背景下, 计算机技术广泛应用到了各个行业当中, 其中EWB软件在电子电路中的应用则极具代表性, EWB软件可以通过模拟电路的方式进行电路连接与电路实验, 利用计算机来模拟现实实验的实验效果。通过EWB软件的应用, 可以有效提高电子电路的操作效率同时降低实验损耗, 这必然是电子电路未来的发展趋势, 但是为了提升EWB软件在电子电路中的应用效果, 应该针对现阶段EWB软件在电子电路中的应用进行深入的研究探讨。
一、EWB软件环境介绍
就目前而言, EWB软件是集成电路设计系统当中具有较强实用性的系统。它在设计当中将电路仿真、计算机辅助设计以及印制板输出进行了有机的结合使其具有广泛的应用空间。在其主页面中排布着常用的应用工具, 其中包括:常用工具按钮、测试仪器架、部件箱、菜单、工作区以及仿真电路所需要电源开关。在EWB的菜单当中对于软件当中所有可用的工具以及命令进行了有序的排列。而部件箱则由部件箱以及用户自定义部件箱两个部分共同构成, 部件箱的功能是储存EWB软件当中的所有可用元件即承担软件中元件库的作用, 而用户自定义部件箱的存在为EWB软件的使用提供了个性化的空间, 用户可以根据自身的需求以及习惯将EWB软件中没有的电路以及器件通过sub-circuit子电路的形式将其纳入到用户的自定义部件箱当中, 这样一来在连接电路当中就可以随时调用用户常用的子电路, 这样的设计一方面可以提高用户的使用效率, 另一方面则可以大量减少由于用户操作失误而产生的错误。测试仪器架当中则储存了相当多的可用测试仪器, 如函数发生器、逻辑分析仪、万用表以及示波器等, 是虚拟测试仪器的集合, 而在实际的使用过程中需要首先将所需仪器拖入工作区然后将根据需要进行测试点的连接。对于测试仪器架当中的虚拟测试仪器来说其操作规则与方法与实际的测试仪器几乎完全相同, 与此同时其对于数据的显示方式也与实际的测试仪器一样具有直观与方便的特点。
二、EWB软件的基本特点与优势
首先EWB软件在实际使用中可以明显感受到其使用方法的简单方便, 对于完成一个电路来说使用EWB软件进行仿真操作只需要将所需工具仪器以及相关元件拖入工作台, 再将其按照设计思路进行电路连接即可, 在完成电路连接后用户还可以通过虚拟测试仪器直观的看到电路连接的成果, 其体验与在现实当中进行电路连接差别不大, 但是所有工作都可以在工作台中完成。对于实际操作经验丰富的用户而言, 这样的设计有助于其在使用过程中通过更为真实与熟悉的使用体验帮助其更快的接受EWB软件的虚拟仿真实验方式, 而对于实际操作经验薄弱的用户来说, 这样的设计则可以拓宽其对于相关仪器与电子元件的认知, 在实际的操作过程中更为快速的学习。除此之外, EWB仿真软件通过对电路的模拟提供了多种类的电路分析, 使用者运用电路分析不但可以对电路的瞬态、稳态时域、频域和器件的线性、非线性部分电路进行分析, 还可以对电路零极点、容差以及离散傅里叶多种电路进行分析, 准确的为用户分析电路的实际状态, 有助于用户对电路的状态进行实时的把控进而有效提升用户的工作质量与效率。
用户在实际的应用当中除了可以高质量高效率的完成原设计电路的仿真工作以外还可以利用EWB软件便捷的操作特点进行电路的深入探究分析。例如用户可以针对已完成的仿真电路进行障碍设置, 使原仿真电路出现断路、短路、漏电等电路故障, 在这一过程中用户可以直观的观察到原仿真电路出现故障后的实际电路状态, 这样的做法有助于用户对原电路产生更为深入的了解, 同时用户在这一过程中可以检测自身针对故障的预测是否准确, 在过程中完善自身对于电路的理解。在使用EWB软件进行仿真的过程中, EWB软件会自动记录使用者的测试记录, 提供相似的元器件供使用者选择, 这些数据的自动存储一方面有效削减了软件使用人员的工作量, 另一方面则更为准确的保存了重要数据。除此之外, EWB软件还具备不断发展完善的应用优势, 随着计算机水平的不断发展EWB软件中的算法与功能必然会不断得以完善优化。
三、EWB软件应用流程
(一) 编辑原理图
本文以模拟二阶电路的瞬态响应和应用暂态响应测量电感线圈的参数为例, 通过其操作流程的整理来展现完整的EWB软件的应用流程。模拟电路原理图1, 打开EWB软件主菜单文件菜单下新建菜单, 然后根据模拟仿真电路原理图所示, 将其需要的元件依照原理图的位置拖入到工作台, 然后按照原理图所示进行电路连接。或者在打开EWB软件后进行直接编辑, 原因在于当用户关闭EWB软件时, EWB软件系统会自动提示用户对当前工作台中的电路进行命名与保存。
首先进行信号源的选择, 在主菜单仪表器中选择函数信号发生器, 鼠标拖入模拟电路, 通过鼠标双击函数信号发生器来设置各项参数, 模拟现实中改变发生器的参数。本次试验将参数设置为频率100Hz、幅度5V、方波波形以及50%的占空比。其次对电路中所需的元器件进行拖出与设置, 在本模拟电路中共有三个元器件, 分别为电阻R、电容C以及电感L, 针对这三个电子元件可以在主界面中的元件库进行选取操作, 也可以通过Windows主菜单中的Passive (无源菜单) 子菜单中进行选取拖出。但是当将三个元件拖出到工作台后可以发现, 此时三个元件都有其系统默认数值, 针对本文的模拟电路, 系统默认设置并不合适, 用户需要将数值更改为适合本次模拟实验的数值。具体操作为双击元器件, 在弹出的对话框中进行数值以及单位的设置, 设置完成后点击确认。在日常使用中, 使用者可以将经常使用的一些器件或者电路模块存储在用户器件库中, 方便使用者以后的调用, 提高使用者的工作效率。使用者可以通过鼠标右键单击元器件, 选择添加至常用选项即可将元器件添加到用户常用元器件库。在完成上述操作后进行示波器的放置与设置, 由于示波器属于一种测试仪器, 用户可以在主界面的仪器图标库中找到示波器, 依照仿真电路原理图所示将其拖入工作台的合适位置。本实验中虚拟双踪示踪器通过EWB软件模拟真实示波器操作, 降低了其使用难度, 假如使用者点击右上角得到放大按钮, 屏幕中就会显示一个更为清晰明了的波形图, 使用者此时可以设置其参数, 点击缩小按钮示将会还原示波器。在测量时, 虚拟示波器可采用正边缘或负边缘进行内触发或外触发两者不同的触发方式, 基准时间可在秒到纳秒的范围内调整。通过卷动时间轴来提高测量精度, 对电路内电压进行精准测量。开启仿真按钮, 示波器开始工作移动示波器探头到新的测量点过程中不必关闭仿真。
完成示波器的放置与设置后, 就已经完成了所有的元器件以及仪器的放置与设置工作, 接下来就应该依照仿真电路原理图将各元器件与仪器进行连接。在EWB软件中电路的连接极为简便, 连接模拟电路元件时点击需要连接的一个元件的一端小黑点, 拖动小黑点至另一个需要连接的元件一端, 松开鼠标就完成了两个元件的连接。使用这样的方式可以在EWB软件中完成所有元件的连接工作, 对于线路连接这部分的操作而言, 一般来说元件之间的线段都会自动生成直线或者带直角的折线, 除此之外对联通的线路进行单击还会弹出六种可选颜色, 这样的设计有助于用户清楚元件之间的连接情况, 更清楚的把控电路连接状态。一旦出现连接错误的情况, 可以通过单击略微偏离元件端钮小黑点的位置, 将元器件一端的小黑点拖动离开元器件一端, 则此条连线就会消失, 用户可以进行重新连线。
(二) 仿真计算
第一步, 进行仿真设置, 此原理分析为电力瞬态分析, 在主菜单点击电路菜单, 选择电路分析选项, 在弹出的对话框中选择瞬态分析, 然后点击EWB软件右上角开关按钮, 电路进入瞬态分析, 右侧的仿真小框会记录仿真数据。第二, 模拟电路完成, 小框内的跳变时间在电路设置完成后进入完成状态, 显示Steady State。假如使用者的EWB模拟仿真电路存在违反电路原理的连接及使用, EWB软件会进行自动报错, 提示使用者改正后再进行电路仿真。
(三) 应用暂态响应测量电感线圈的参数
在实际的操作当中, 一个未知电感的内阻值r可以使用万用表进行估测, 而电感值L则无法直接进行测量。通过本次EWB软件的仿真使用的暂态响应法, 将设定为延时10ms的延时开关对电路进行调整, 从虚拟示波器中获得电阻上电压的变化情况, 双击拓展按钮显示扩展后的示波器, 开启电路后一段时间再点击暂停按钮, 从显示器上的定位线可以得到电阻上电压的稳态位U=8V, 然后移动定位线直到曲线上升到V2=0.632U=50.74V, 此时测得其对应时间为t2=10.0984ms, 然而模拟电路延时启动10ms, 因此电路的实际时间常数为t=0.0984ms。此时, 可以计算出:L= (R+r) Ít-14.76mH, 误差保持在1.6% (电感线圈实际值为:L=15mH, r=50Ω)
四、EWB软件在使用过程中的技巧
第一由于EWB软件采用自动布线设置, 每当使用者从一个元器件的一端连接到另一个元器件的一端, EWB软件会自行完成电路连接。在EWB软件中, 每一个节点都由五个有效点构成, 四个小点分布在节点的四个方向上, 且当鼠标指定时小点才会显示, 当鼠标选中大点之后, 鼠标的形状从箭头变为小手的形状, 此时可以对点进行移动以及删除的操作。而鼠标选中小点时则可以从小点所在方向进行断线或者引线的操作。第二客观条件影响, 有时会出现线路没有连接上元件但是肉眼无法分辨的情况发生。发生这种情况时, 往往电路会出现断路等故障, 并且难以找出其中原因浪费时间, 针对这一问题可以通过移动元件解决, 如果线路连接没有问题那么一旦元件的位置发生变化线路也会随着元件位置的变化而改变, 而一旦线路出现没有连接上的情况, 此时元件的移动无法引发连线的动态变化, 因此电路连接后, 用户可以通过移动元件进行线路连接的检查工作。第三使用者可以改变元件的方向, 进而有效避免线路连接过于杂乱的情况发生。第四了保障电路实验的安全进行, 在EWB软件中具有自动检测功能的报错系统, 会在使用者进行错误的接线和元器件的选择时进行报错, 为使用者进行实物连接减少风险。
五、结语
综上所述, 现阶段EWB在电子电路实验中具有极为重要的应用, 并且针对当前的技术水平, 相关单位已经有了EWB软件在电子电路应用中的操作流程, 这足以证明EWB软件的应用价值。EWB软件在教学中也起到了不菲的作用, 强大的电路模拟和丰富的元器件库, 以及便于制作教学课件的特点, 方便了老师的教学和学生的学习, 为教与学提供了便捷的训练平台, 能够提高学生的学习学习兴趣、操作素养和科研水平的能力平台。EWB软件能够活跃课堂氛围, 提高教师的教学质量, 节约了制作课件、实验实训成本。但是笔者认为目前EWB软件还处于发展的过程中, 随着未来技术水平的不断提升EWB软件的功能必然会得以不断的完善优化, 届时EWB软件必然会在电子电路中具备更大的应用价值, 更加完美的融入现代科技的应用, 发挥不可小觑的作用。
摘要：EWB软件在电子电路中具有极为重要的应用, 本文首先简要介绍了EWB软件的运行环境, 然后探究了EWB软件的基本特点与优势, 并且通过仿真二阶电路的瞬态响应以及暂态响应来测量电感线圈的参数作为例子, 完整展示了EWB仿真的操作过程, 最终根据笔者经验提出了一些EWB软件实际应用当中的技巧。希望本文可以为EWB软件在电子电路中的应用提供有效参考。
关键词：EWB软件,电子电路,应用
参考文献
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