Multisim10應(yīng)用于電路分析實驗教學的研究

伍坪

【摘 要】電路分析基礎(chǔ)是高等院校工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，實驗又是此課程教學中的重要環(huán)節(jié)，但隨著各高等院校逐年擴招和電子行業(yè)的快速發(fā)展，電類學生人數(shù)不斷增多，造成目前電路分析實驗室及儀器設(shè)備已不能滿足需求，所以將Multisim10仿真軟件應(yīng)用于電路分析實驗教學勢在必行。

【關(guān)鍵詞】Multisim 電路分析 仿真

引言

隨著近十幾年高等教育的迅猛發(fā)展，我國高等教育已經(jīng)進入了大眾化階段，但是高等教育質(zhì)量下降問題也日益突出。一些高等院校為了追求經(jīng)濟利益，盲目擴招，造成大學生人數(shù)逐年遞增；同時，其辦學規(guī)模、設(shè)施水平、師資力量等不能滿足教學的要求，造成畢業(yè)生不能適應(yīng)企業(yè)的工作需求，使得部分家長和用人單位對我國高等教育質(zhì)量提出了很多質(zhì)疑。其中最為突出的問題就是很多大學畢業(yè)生實踐能力較差，這已經(jīng)成為高等教育發(fā)展的突破口。

一、電路分析實驗的重要性及存在的問題

電路分析基礎(chǔ)課程對于工科學生非常重要，實驗對于培養(yǎng)電子專業(yè)學生的實踐動手能力有著舉足輕重的作用。在傳統(tǒng)實驗過程中，需要配置的儀器種類較多，通常需要制作一塊試驗板或在面包板上進行模擬試驗，以測試是否達到設(shè)計指標要求，并且需要反復實驗、調(diào)試，才能設(shè)計出符合要求的電路。這樣做既費時又費力，同時也提高了設(shè)計成本，另外，因受工作場所、儀器設(shè)備等因素的限制，許多試驗不能進行。學生在實驗過程中，錯誤操作導致元件或儀器損壞，維修費用也是一筆不小的數(shù)目。為了提高電路分析實驗教學的質(zhì)量，需要改善實驗條件，改革實驗教學方法，將Multisim10仿真軟件應(yīng)用于電路分析實驗教學變得勢在必行。

二、Multisim10的優(yōu)點

電子仿真軟件Multisim10是美國國家儀器公司（NI）于2007 年推出的，是目前最新版本的電子電路仿真軟件，這也是交互式SPICE仿真和電路分析軟件的最新版本，專用于原理圖捕獲、交互式仿真、電路板設(shè)計和集成測試。是EWB（Electrical Workbench）電子工作臺的一個部分，其余三個部分是PCB 設(shè)計、軟件Ultiboard、布線引擎Uhiroute及通信線路分析和設(shè)計模塊Commsim。四個模塊相互獨立，并且每個模塊又有增強專業(yè)版、專業(yè)版、個人版、教育版、學生版、演示版等多個版本。有龐大的元件數(shù)據(jù)庫、完備的實驗儀器庫、完整的分析方法，界面易懂直觀，操作容易。可對電工電子類專業(yè)的相關(guān)課程內(nèi)容進行完整的仿真。并可在電路中設(shè)置短路、斷路等多種故障，可以模擬電路運行時的實際狀況。能提高學生學習效率和質(zhì)量，并能減少學校實驗經(jīng)費的支出，從技術(shù)層面上提高教學質(zhì)量。

三、電路分析實驗教學仿真實例——戴維寧定理的驗證

1. 實驗目的：驗證戴維寧定理，加深對等效概念的理解。

2. 實驗原理：戴維寧定理定義任何線性含源一端口網(wǎng)絡(luò)，都可以用一個理想電壓源UO與內(nèi)阻RO的串聯(lián)等效代替，等效電壓源UO等于網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，內(nèi)阻RO等于網(wǎng)絡(luò)除源后的輸入端電阻。

含源一端口網(wǎng)絡(luò)開路電壓的求法：當含源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電阻（即RO）與電壓表內(nèi)阻相比可以忽略不計時，可以直接用電壓表測量其端口開路電壓UO。

一端口網(wǎng)絡(luò)等效電阻的求法：將一端口網(wǎng)絡(luò)除源（電壓源用短路代替，電流源用開路代替），用歐姆表直接測量。

3. 實驗過程：電路原理圖如圖1所示，分別測量流過R4的電流和R4兩端的電壓，用萬用表顯示，結(jié)果如圖2所示IR4=16.667 mA，UR4=3.333 V。

圖1 戴維寧定理仿真電路

圖2 戴維寧定理仿真結(jié)果1

斷開負載R4，測量原來R4的電壓為6V，如圖3所示。

圖3 戴維寧定理仿真結(jié)果2

將直流電壓源用導線替換掉，測原R4兩端的電阻，測量結(jié)果為160?，如圖4所示。

圖4 戴維寧定理仿真結(jié)果3

R4左邊的電路等效為原R4兩端電壓和電阻串聯(lián)形式，再與R4相連接。這時測量R4流過的電流和R4兩端的電壓分別為IR4=16.667 mA，UR4=3.333 V，如圖5所示。

圖5 戴維寧定理仿真結(jié)果4

結(jié)果顯示，前后步驟測量的兩組數(shù)字基本一致，從而驗證了戴維寧定理的正確性。

總結(jié)

由上面的例子可見，用Multisim10分析電路，節(jié)省了大量繁瑣的計算，結(jié)果準確，學生易于理解和接受。在計算復雜的電路時，其優(yōu)點更加顯露無遺。

【參考文獻】

[1]電路仿真與實驗教程.北京航空航天大學出版社，2007（03）.

[2]聶典.Multisim9計算機仿真在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用[M].北京電子工業(yè)出版社，2004.