电工电子工艺实践辅导教案.pdf

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电工电子线路设计及工艺实现 一、课程目的一、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、实践步骤二、实践步骤 根据拟定“功能电路”选题查阅相关电路设计资料初步确定设 计方案在 Multisim 仿真软件上进行电路设计对所设计电路的进行仿真 实验设计印制电路板元器件焊接实验调试实际的 “功能电路” 故障排查、 调整设计方案或电路元件参数电路功能实现， 给出调试结果 分析、 总结工艺实践的收获和成果提交实习报告讨论评比、 相互交 流。 三、电路仿真与设计软件Multisim（三、电路仿真与设计软件Multisim（EWB）简介）简介 随着电工电子电路设计的需要， I I T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Electionics Workbench（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-Electronics Workbench Layout， 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1 EWB32.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2 EWB 的工作窗口 EWB 的主窗口 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Electronics Workbench，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3 EWB 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4 EWB 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 Flip Horizontal 水平翻转 Flip Vertical 垂直翻转 Component Properties 部件属性 Create Subcircuit 创建分支电路 Schematic Options 演示选项 Restrictions 限制条件 Analysis（分析）菜 单 Activate 激活电路，开始仿真 Analysis Options 分析选项 DC Operating Point 直流工作点分析 AC Frequency 交流频率分析 Transient 瞬态分析 Fourier 傅立叶分析 Monte Carlo 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。 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()、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0 dB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： 0.01A - 999kA 电压表(V) 量程： 0.01V - 999kV 欧姆表() 量程： 0.001 - 999M 交流频率 范围： 0.001Hz - 9999MHz 信号发生器(Function Generator) 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 Duty cycle 振幅 Amplitude DC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。 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