【关键词】电子技术实验电子工作平台计算机仿真
EWB是一种电子电路计算机仿真设计软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为Electronics WorkBench。EWB以SPICE软件为核心，增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能。相对于其他EDA软件而言，它是一个较小巧的软件，只有16MB，功能也比较单一，就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真，但它的仿真功能十分强大，几乎百分之百地仿真出真实电路的结果，而且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等工具，它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片。器件库中没有的元器件，还可以由外部模块导入。
对于电路设计工作者来说，它是一个很好的EDA工具，许多电路你无须动用烙铁就可得知它的结果，而且若想更换元器件或改变元器件参数，只需点点鼠标即可。
对于电子技术实验教学来说，它更是一个极好的教学辅助软件，不仅弥补了因实验场地、实验条件、仪器设备等因素带来的不足，还可以避免因误操作而对仪器造成的损坏，特别对于某些实验中不易观察到的现象，可以进行模拟仿真。我校在大面积开出电子技术设计型实验中，运用EWB做辅助教学，课堂讲解和实验演示更生动、形象，学生设计和调试电路更方便、直观。
一、仿真在实验演示中的应用
在电子技术实验中，电路幅频特性的研究是一个很重要的内容。在实验室一般都没有配备低频的频率特性测量仪，学生进行实验测试时均采用点频法进行测量，逐点测出各频率对应的电压值，最后根据测量值绘制幅频特性曲线。这种静态的点频测量显然没有动态的扫频测量精确和直观。我们在教学中运用EWB进行仿真，运用EWB仪器库中的波特图仪可以实现对电路的动态测量，作为演示使学生能够更深刻体会和理解电路功能，增强对理论知识的感性认识。特别对于一阶与二阶滤波器幅频特性曲线在转折区的陡峭程度比较上，由于点频测试无法直接反映出它们的特征和区别，我们就通过实验仿真来演示，收到了很好的教学效果。
以一阶低通滤波电路为例，一阶有源低通滤波电路的滤波效果不够好。当信号频率大于截止频率时，信号的衰减率只有20dB/10倍频。而且在截止频率附近，有用信号也受到衰减。二阶压控电压源低通滤波电路由两个RC环节和同相比例放大电路构成，电路衰减率可以达到40dB/10倍频。而且在截止频率附近，有用信号可以得到一定提升。
在EWB上创建一阶有源低通滤波电路，如图1所示。电路中的集成运放采用LM741模型，函数发生器提供频率为10Hz、幅值为1V的正弦波信号。在波特图测试仪控制板上，设定垂直轴的终值F为20dB，初值I为20dB；水平轴的终值F为50kHz，初值I为1mHz。
打开仿真开关，双击波特图仪，观察电路的频率特性。首先测量低频段电压的放大倍数Ao，然后用游标找出电压放大倍数下降3dB时对应的频率，即截止频率，再在特性曲线上找到输入信号对应的电压放大倍数。如图2所示为一阶有源低通滤波电路的频率特性，测量可得到Ao =9.54dB，减去3dB，将游标定在接近6.54dB处，得到截止频率为15.58Hz。再将游标定在输入信号频率10Hz处，得到放大倍数约为8dB。
建立二阶压控电压源低通滤波电路。集成运放仍然选用LM741模型，输入信号同上，波特图测试仪控制板上的设定也与一阶电路的观察相同。
双击波特图仪，观察电路的频率特性，并与一阶有源低通滤波电路的幅频特性进行比较。波特图仪显示的二阶压控电压源低通滤波电路的频率特性，它与一阶有源低通滤波电路的频率特性相比较，转折区更陡峭，特性更理想。
二、仿真运行对实验的先期验证
在设计型实验过程中，我们强调学生在电路设计过程中首先运用EWB进行实验仿真，然后再要求学生用硬件电路实现，并将仿真实验结果与硬件电路结果对照分析，培养学生的实践创新能力和综合分析能力。
元器件的正确选择是电路设计完成后能够正常运行的保证，理论设计和实际电路存在一定的偏差，元件参数是否合理、电路结构是否正确、试验过程是否安全等，都可以通过先期的仿真模拟来进行验证。学生通过这样的实际操作练习，使实验兴趣提高、感性认识加强。EWB 5.0版本元件库中找不到个别元器件，学生可以自己建立一种单元电路，将该子电路存于器件库中以供调用，这也使学生在电路设计的多方面知识得到运用。
例如，在EWB元器件库里就没有三端集成稳压电源，我们要求学生完成一个简易恒温控制器的设计和仿真，其中的稳压电源用到的三端集成稳压器，就需要建立一个子电路来实现。这一系列的设计，从建立整流滤波电路到创建稳压子电路，最后设计控温单元电路，全面检验学生的综合设计和知识运用能力，在设计型的开放实验中收到了良好的效果。
1.电源电路设计
该电路要求输出电压为12V，最大输出电流为100mA，用三端集成稳压器调用模块7812来实现（7812由学生自己通过创建子电路来建立模块）。
2.恒温控制电路
恒温控制电路采用桥式差动集成运放电路，温度传感器Dt可采用硅整流二极管（IN4007），这种温度传感器的温度系数约为？2.5mV/℃，而且在负几十度到正一百度范围内具有良好的线性，不用进行线性补偿，可简化电路设计。按照设计要求调用元器件，创建的实验电路如图6所示。
启动EWB，在Vj和Vt两点接上仿真信号源Vi，其正弦波频率为1Hz，峰值电压为0.8mV，大约相当于温度变化±0.16℃时温度传感器所产生的信号电压。双击示波器图标，调出虚拟仪器面板，然后单击仿真电源开关进行仿真，输出电压波形如图7所示。
从示波器的屏幕上可看到输出为平顶的脉动直流电压，峰值约为11V。也就是说，温度变化±0.16℃时，二极管温度传感器将产生大约±0.4mV的输入信号电压，则控制电路输出大约11V的峰值电压，用以控制功率输出电路。因此，±0.5℃的控温精度是可以达到的。
EWB作为一种良好的电子设计工作平台，我们在教学中引入实验演示和模拟仿真收到了极好的效果，目前学生在设计电路进入实验室安装、调试前，都要应用EWB先进行仿真调试。EWB的兼容性也较好，其文件格式可以导出成能被ORCAD或Protel读取的格式，非常方便、实用，在教学和科研工作中都有很好的应用前景。
材料力学实验技术研究
牟萍
【摘要】在作碳钢压缩实验时，屈服阶段非常短暂，对屈服载荷的测试非常困难。本文通过对不同碳钢进行分析、比较和实验，找出了一种让学生易于观察屈服载荷从而提高实验效果的措施，并给出了一种以微机液压万能试验机为平台，测试梁的弯曲正应力的方法，对充分利用现有资源开发更多的实验项目进行了探讨。
【关键词】材料力学屈服压缩弯曲正应力
材料力学的任务是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，以最经济的代价，为构件确定合理的截面形状和尺寸，选择合适的材料，为设计构件提供必要的理论基础和计算方法。它是用实验的方法研究材料的力学性质，即研究材料在外力作用下，其变形和所受外力间的关系，以及研究构件在外力作用下发生的破坏规律，以此来研究提高构件力学性能的措施。
在材料力学中，理论、实验和工程实践是紧密联系的。不但有关材料的力学性质的数据需从实验中取得，而且在材料力学的理论中，所有的分析和计算方法都建立在以实验为依据的一系列假设上，同时材料力学计算结果的准确性和可靠性也必须由实验和工作实践予以证实。有些问题现在还无理论分析结果，须借助实验方法来解决。所以，实验分析和理论研究同样是材料力学解决问题的手段。
由此可见，材料力学是一门实践性很强的学科，实验是教学的重要一环。
一、材料力学实验的特征
首先，金属材料的拉伸、压缩和弯曲等都是很经典的力学实验，其中，拉伸和压缩实验的实验对象是塑性材料和脆性材料（即碳钢和铸铁），目的是让学生懂得这两种材料的最大区别是仅碳钢有屈服（应力基本保持不变而应变显著增加的现象），且拉伸和压缩时屈服应力几乎相等。但是对碳钢压缩时的屈服载荷的测试是困难的，很难准确测试。
其次，材料力学实验依托于材料力学试验机，而试验机是一种购置成本很高的实验设备。在有限的资源下，为学生开出尽可能多的实验内容、达到最理想的实验效果、了解先进的测试技术是摆在我们面前的迫切任务。
二、准确测试碳钢压缩屈服力的方法
金属材料的压缩主要针对塑性和脆性材料进行实验。由于低碳钢（含碳量一般在
0.3％以下）是工程上广泛使用的材料，且在拉伸实验中表现出来的力学性质最为典型；而铸铁是很典型的脆性材料，因此，把低碳钢和铸铁分别作为塑性材料和脆性材料的代表，既做拉伸试件，也做压缩试件。
压缩实验的目的之一是让学生在实验过程中能直观地观察到金属材料在几个阶段（即弹性阶段、屈服阶段和强化阶段）的现象和变化过程。尽管低碳钢在拉伸和压缩时的屈服极限大致相同，但是，低碳钢压缩时并不像拉伸时那样有明显的屈服阶段，一般在实验过程中是很难观察到的。通常的做法是：把开始阶段变形较缓慢与稍后变形增长较快的转换瞬时作为屈服载荷。因此，在压缩实验中测定屈服载荷PS时需要特别小心，不管是用指针式试验机还是微机试验机，都是困难的，致使有些学生对“塑性材料在压缩时存在着与拉伸相近的屈服”有疑惑，没有达到实验目的，实验效果不理想。作者通过对多种型号碳钢进行实验发现，采用45号钢，制作成＝1.5、d＝10mm的压缩试件，加载位移速率控制在1mm/min以下，其屈服会较明显，能准确测试PS，所示是在微机万能试验机上分别对20号和45号钢所做的压缩图，可以发现，20号钢几乎找不到屈服点，自然也很难发现屈服阶段和屈服载荷；而45号钢却有明显的屈服，自然也很容易测出其PS，这是由于随着含碳量的降低，屈服过程变快，因而很难测出屈服。
学生通过实验很直观地对塑性材料和脆性材料（碳钢和铸铁）有了比较和了解，懂得了碳钢不同于铸铁的是碳钢存在屈服，而铸铁没有屈服。这样显著提高了实验效果。
三、在微机万能机上开发弯曲正应力实验
弯曲正应力是本科教学的重点和难点。而CHT微机液压试验机是按国家标准GB/T14452-93针对三点、四点弯曲所设计的，属于破坏性实验，主要测试试件的抗弯强度和最大弯曲力。硬件和软件都不支持弯曲正应力的测试，为充分利用现有资源，开出需要的实验项目，利用微机液压万能试验机来测试梁的弯曲正应力。作者分析、设计了这种方法。
1.试验装置的制作
（1）实验梁的设计与制作
实验梁采用45号钢，为保证在最大载荷100kN时试件只发生弹性变形，则梁内最大正应力为：
σ‘max＝（la）≤[σ]
以比例极限σp＝200MPa作为许用应力[σ]，l为AB跨距，a为CD跨距。
弯曲截面系数为：
Wz＝≥18.125cm3
