基于MULTISIM11仿真的“電路分析”課程改革探索

鄭 賓

一、高職“電路分析”課程教學現狀

“電路分析”是高等學校電類及相關專業一門重要的專業基礎課程，也是后續學習其它相關課程的基礎。“電路分析”課程內容涵蓋電阻電路分析、電路分析、正弦穩態電路分析、頻率響應和雙口網絡分析，[1]課堂教學概念原理多、理論性強、比較抽象，通常安排60學時左右。“電路分析”課程實驗是在理論聯系實際的基礎上，通過實驗，使學生熟悉常用電路元件的參數，掌握常用儀器儀表的使用方法，加深對理論內容的理解。因此，只有透徹地理解了理論知識，才能將其正確運用到實踐中去，實驗課一般安排12學時左右。

課程理論教學中，教師一般采用課堂講解方式，在黑板上繪制電路，推導電路原理，學生同時做筆記記錄重點和電路理論。這種教學方法的優點是學生對教學內容印象深刻，但是與采用多媒體教學方式相比，信息量較小。例如，電路分析中講解電路等效變換，原理方法較簡單，但講解過程中需要在黑板上繪制多個過渡電路，這些電路圖如果用多媒體設備展示，則可以節省很多時間，極大地提高課堂效率。而多媒體教學中，主要以幻燈片的方式演示，雖然提高了課堂效率，大幅增加了授課信息量，但學生一直處于被動觀看的學習狀態，缺少積極思考、理解記憶和記錄筆記的時間，因此，這種教學方式對于基礎較差的學生，教學效果尤其不理想。

實驗課教學中普遍采用的做法是：實驗前先讓學生預習實驗內容，教師講解實驗的目的和任務要求，學生再進行操作測量，課后學生撰寫實驗報告。實驗預習是學生順利完成實驗操作至關重要的一個環節。[2]但這種教學方法也存在一些問題。首先，“電路分析”課程理論系統性強，在缺乏理解的基礎上學習理論會存在一定的困難；其次，實驗中對需要使用的元件性能、儀器的基本結構和使用方法不易掌握；最后，由于一些學生沒有認真預習實驗，根本不知道實驗要做什么，在實驗課程中不能理解教師的講解內容，單憑借自己的理解想當然地認為如何去做實驗，其結果是記錄數據錯誤、電子元件和實驗儀器儀表因操作失誤而損壞。

本文通過具體實例，嘗試將Multisim11仿真技術引入“電路分析”課程教學中，使傳統教學與Multisim11仿真結合起來，利用其各自的優勢，提高課程的教學質量和實驗效率。

二、基于Multisim11仿真軟件的“電路分析”課程改革

（一）Multisim11仿真軟件簡介

Multisim11是美國國家儀器（NI）公司在收購原加拿大的EWB基礎上，推出的一款以Windows為基礎的電路仿真工具，它具有完整的集成化設計環境，包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，[3]能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。Multisim11具有更加形象直觀的人機交互界面，包含了Source庫、BASIC庫、Diodes等15個元件庫，提供了我們日常所見的各種建模精確的元器件，如電阻、電容、電感、三極管、二極管、繼電器、數碼管等等。儀器儀表庫中還提供了萬用表、信號發生器、瓦特表、雙蹤示波器、波特儀（相當于掃頻儀）、字信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網絡分析儀和電壓表及電流表等儀器儀表，幾乎能夠100%地仿真出真實電路的結果，并且容易制作電路模型，迅速了解電路行為，借助高級電路分析，理解基本設計特征。[4]

（二）Multisim11仿真軟件在電路分析理論教學中的應用

電路分析理論教學中，動態電路的過渡過程是十分短暫的變化過程。研究電路的過渡過程一方面便于利用它實現某種技術目的，另一方面是為了對某些電路在過渡過程中可能出現的過電壓、過電流獲得預見，以便采取措施加以防止。傳統課堂教學都是以理論講解為主，瞬態變化波形教師一般直接呈現給學生，如果利用Multisim11仿真電路來展示瞬態過程的變化以及參數對過渡過程時間長短的影響，則有助于激發學生學習興趣，并加深其對知識的理解。

本文以RC一階動態電路零輸入響應[5]為例，說明Multisim11在課堂教學中的應用。

1.在Multisim11中創建RC一階動態電路，如圖1所示。

圖1 RC一階動態電路

2.零輸入響應初始條件：

設t=0_時，電容電壓為UC(0_)=U0

當開關J1向下閉合時，分析它的零輸入響應。

3.仿真運行，雙擊示波器XSC1圖標打開示波器顯示窗口，單擊運行（RUN）按鈕，按下鍵盤（space）空格鍵向下閉合開關J1，在示波器顯示窗口觀察電容電壓變化，如圖2所示。

4.通過改變參數R或C，改變時間常數τ=RC，觀察RC電路過渡過程波形變化。

圖2 電容電壓變化

5.通過理論分析，闡述RC一階動態電路零輸 入響應電壓變化，并與示波器顯示窗口中電容電壓相比較，讓學生自己得出結論。

（三）Multisim11仿真軟件在電路分析實驗教學中的應用

電路分析實驗教學中，三相負載電路有星型、三角形兩種連接方式，而兩種連接方式又有對稱負載和不對稱負載兩種情況，學生通過Multisim11可以仿真訓練三相負載電路連接和儀表的使用。這樣，學生實際實驗操作時就能夠熟練連接電路、使用實驗儀表和記錄實驗數據，并結合理論知識進行分析，從而達到事半功倍的效果。

本文以對稱三相負載星形連接電路為例，說明Multisim11在實驗教學中的應用。

1.在Multisim11中創建三相電源。

2.使用創建三相電源連接對稱三相負載，并觀察有中線和無中線電路狀態變換，如圖3、圖4所示。

3.仿真運行，單擊運行(RUN)按鈕，觀察電路電壓、電流變化。

圖3 對稱三相負載有中線

圖4 對稱三相負載無中線

4.在實驗室進行實驗，測定實驗數據，驗證所學理論。

實踐證明，在電子實驗中引入Multisim11仿真的手段，達到了良好的教學效果，一方面鞏固了學生的理論知識,另一方面提高了其動手實踐和創新能力，這也是今后電子實驗教學改革的趨勢之一。

[1]白菊蓉.Multisim在電路分析系列課程教改中的應用[J].西安郵電學院學報,2011,16（S1）:93-96.

[2]周云艷.基于Multisim強化電子技術實驗預習效果[J].實驗室科學,2011,14（4）:126-129.

[3]李若瓊.基于Multisim的電路分析課程改革研究[J].電子與封裝,2010,10（12）:41-43.

[4]劉光軍.Multisim10在電子線路基礎課程中的應用 [J].計算機光盤軟件與應用,2012（4）:254-255.

[5]祁宏芳.電路分析基礎[M].北京:清華大學出版社,2008.