Multisim在電工教學(xué)中的應(yīng)用

孫干林

[摘要] 本文在介紹Multisim9基本功能的基礎(chǔ)上,結(jié)合電工電子教學(xué)實(shí)踐,進(jìn)行大膽的嘗試,通過一些典型的實(shí)例,提出仿真方法和并給出仿真結(jié)果,達(dá)到了直觀教學(xué),一定程度上替代實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教學(xué),以達(dá)到幫助學(xué)生理解原理,提高分析能力的目的。

[關(guān)鍵詞] EDA仿真 Mulitisim 電工電子教學(xué)

本人從事電工電子教學(xué)十?dāng)?shù)年,深知電工電子理論對(duì)于學(xué)生的困難,所以在教學(xué)中,力求把能開的實(shí)驗(yàn)、能上的實(shí)習(xí)課均盡量開設(shè),雖然因陋就簡(jiǎn),或者只是蜻蜓點(diǎn)水,但學(xué)生興致很高,取得了較好的效果。可是學(xué)生往往只是滿足于好奇心,并不能弄清個(gè)中道理。因而直觀的實(shí)驗(yàn)并不能完全替代理論教學(xué),那么能否兼顧基礎(chǔ)理論和直觀性呢?筆者選擇了仿真的手段,從早期的Electricity WorkBench到后來(lái)的Multisim2001,直到現(xiàn)在的Multisim 9,都進(jìn)行了適時(shí)的了解與應(yīng)用,下面就一些典型的電工電子問題舉例說明。

一、Multisim 9的快速入手

啟動(dòng)Multisim9后,首先要繪制出一個(gè)電路,建立電路主要用到兩個(gè)工具欄:元件和儀器,那么我們就要認(rèn)識(shí)這兩個(gè)工具欄。如果沒有這兩個(gè)工具欄,可以在菜單欄中的“視圖”“工具欄”的下拉菜單中勾選“元件”和“儀器”即可。

1.元件工具欄

元件工具欄主要讓我們放置一些常用的電路元器件,各圖標(biāo)的含義是:電源元件、模擬元件、基礎(chǔ)元件、三極管、二極管、TTL集成電路、CMOS集成電路、機(jī)電類元件、指示器和三種雜項(xiàng)元件、射頻元件等。其中我們常用到的是電源元件和基礎(chǔ)元件,基礎(chǔ)元件中包括電阻、電容和電感等。

2.儀器工具欄

儀器工具欄主要用于放置各種虛擬儀器,這些儀器分別是萬(wàn)用表、失真分析儀、功率表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、頻率計(jì)、四蹤示波器、安捷倫信號(hào)發(fā)生器、波特圖示儀、字發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器、IV分析儀、邏輯分析儀、安捷倫萬(wàn)用表、網(wǎng)絡(luò)分析儀、安捷倫示波器、測(cè)量探針、頻譜分析儀、泰克示波器等。

3.繪制簡(jiǎn)單電路

我們以最簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路為例,先單擊元件工具欄中的電源元件圖標(biāo),將彈出選擇元件的對(duì)話框,在“系列”中選擇“POWER_SOURCE”(電源),在“元件”中選擇“DC_POWER”(直流電源),再單擊“確定”,然后在電路窗口的適當(dāng)位置單擊,就向Multisim仿真軟件中引入了一個(gè)直流電源,雙擊它的圖標(biāo),可以在“參數(shù)”中改變其電壓(Voltage)大小,或者在“標(biāo)簽”改變它的名稱,在這里我們沒作任何改動(dòng),就用它的默認(rèn)值。接下來(lái)再添加兩個(gè)電阻:單擊元件工具欄中的基礎(chǔ)元件圖標(biāo),同樣也彈出選擇元件的對(duì)話框,在“系列”中選擇“RESISTOR”(電阻),在“元件”中分別選擇“20Ω”和“30Ω”,放入電路窗口,為美觀一點(diǎn),單擊電阻的圖標(biāo),可在菜單“編輯”的下拉菜單中選擇“90°順時(shí)針方向”將它們豎直放置。

Multisim仿真中必須要有接地點(diǎn)以便于仿真分析中計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電位,所以一定要向電路中引入一個(gè)接地端,方法和引入電源的基本相同,只是在“元件”中選擇“DGND”(數(shù)字地)或“GROUND”即可,如果沒有引入接地端就會(huì)出現(xiàn)“電路沒有接地,仿真需要至少一條地線”的錯(cuò)誤提示。

為能觀察仿真的結(jié)果,還必須添加一些測(cè)量?jī)x表,這里我們添加兩個(gè)萬(wàn)用表分別用來(lái)測(cè)量電路中的電流和R₁兩端的電壓,添加的方法是在儀器工具欄中選擇萬(wàn)用表的圖標(biāo)單擊,然后在電路窗口適當(dāng)位置單擊便放置了該萬(wàn)用表,雙擊萬(wàn)用表的圖標(biāo),會(huì)出現(xiàn)該萬(wàn)用表的面板,使萬(wàn)用表XMM1工作于直流(—)電流(A)的測(cè)量方式,萬(wàn)用表XMM2工作于直流(—)電壓(V)的測(cè)量方式(這是默認(rèn)的工作方式)。

最后將電路元件和測(cè)量?jī)x器連接起來(lái),連接它們只要單擊其引腳,然后移動(dòng)鼠標(biāo)到欲連接的另一引腳并單擊即可,很是方便,連好的電路后,打開仿真開關(guān),或按快捷鍵“F5”便開始運(yùn)行仿真程序,兩表測(cè)量出電路中電流為240mA、R₁的電壓為4.8V,這個(gè)結(jié)論我們很容易用《電工基礎(chǔ)》的知識(shí)來(lái)驗(yàn)證。

二、基本定理定律的驗(yàn)證

電路原理中有很多定理、定律,這些基本定理、定律的掌握和應(yīng)用對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)電路原理有著莫大的幫助,下面我們通過Multisim9來(lái)驗(yàn)證其中的一些定理、定律。下面以疊加原理為例加以說明。

疊加原理是分析線性電路的一個(gè)重要規(guī)律,它是指多個(gè)電源組成的線性電路,各支路電流(或各元件電壓)等于各電源單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生的相應(yīng)電流(或電壓)的代數(shù)和。

如圖所示電路,兩個(gè)電壓源V₁、V₂和電阻R₁、R₂、R₃構(gòu)成復(fù)雜電路,兩個(gè)開關(guān)J₁和J₂用于控制這兩個(gè)電壓源是否起作用,首先按A鍵使電壓源V₁起作用,而V₂則不接入電路用導(dǎo)線替代,相當(dāng)于電壓源V₁單獨(dú)作用,如(a)圖所示,此時(shí)測(cè)得電流表示數(shù)為0.300A,同樣使電壓源V₂單獨(dú)作用,如(b)圖所示,測(cè)得電流表示數(shù)為0.450A,然后再讓兩個(gè)電壓源均起作用,如(c)圖所示,測(cè)得電流表示數(shù)為0.750A。顯然0.750A=0.300A+0.450A,故驗(yàn)證了疊加定理。

Multisim9仿真軟件的功能非常強(qiáng)大,不僅有大量的元器件庫(kù)、逼真的虛擬儀器,甚至還具有一些3D效果的元件(筆者使用的是漢化了的Multisim9教育版),仿真分析方法也比較全面,既可在電子教學(xué)中充分展示其“才能”,也可以在EDA中“大顯身手”。但仿真軟件也不是萬(wàn)能的,它只是作為一種輔助手段為我們的教學(xué)或設(shè)計(jì)服務(wù),我們應(yīng)該將仿真與實(shí)踐相結(jié)合,努力培養(yǎng)出符合社會(huì)需要的應(yīng)用型人才。

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