計算機仿真軟件在電工學課程實驗教學中的輔助應用

張建紅

摘 要：電工學實驗教學環節是電工學理論知識的一個重要補充，為提高實驗教學質量和教學效果，介紹了將計算機仿真軟件引入到實驗教學環節中的優點和方法。通過教學實例說明，利用計算機仿真軟件不僅有助于學生加深對電工學理論的理解和掌握，同時提高了學生的動手能力和實踐創新能力。

關鍵詞：電工學實驗 計算機仿真軟件 multisim

中圖分類號：G420 文獻標識碼A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0175-02

電工學是高校非電專業工科學生的一門必不可少的技術基礎課程。該課程具有其原理多、內容抽象、理論性和實踐性較強等特點。因此，同學們在學習理論課的同時，還增加了實驗教學環節。這不僅有助于學生加深對電工學理論的理解和掌握，同時還能夠提高學生的動手能力。然而，傳統的實驗教學模式存在許多弊端。（1）實驗項目多以驗證性實驗為主，缺乏創新、設計性和綜合性實驗內容，學生只要按照指導教師的要求和實驗指導書的操作步驟一步一步進行就可完成實驗，很大程度上限制了學生的獨立思考和創新思維的培養。（2）由于受到實驗學時的限制，同學們很難在規定時間內熟練掌握儀器設備的使用方法，這就不可避免的會造成儀器設備的損壞，實驗數據錯誤等問題，極大的影響了學生做實驗的積極性。針對上述存在的問題，要求我們應不斷的研究探索新的實驗教學模式和實驗方法，來提高實驗教學質量和教學效果。

隨著計算機技術的突飛猛進和電路仿真軟件的不斷涌現，利用計算機進行仿真實驗已經成為一種非常有利的實驗教學輔助手段。與傳統的實物實驗相比，計算機仿真實驗具有直觀、形象、生動便于實現等特點，若在電工學課程的實驗教學環節中引入計算機仿真軟件，不僅能夠彌補傳統實驗教學模式的不足，同時利用仿真軟件中提供的各種分析方法，能夠使同學們更快、更好的掌握理論知識，更能激發學生學習的積極性，進一步培養學生的綜合素質能力。

1 仿真軟件Multisim簡介

Multisim是由加拿大IIT（Interactive Image Technologies）公司于2007年推出的電子仿真軟件升級版本，它是一種以windows為基礎且專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。Multisim主要特點：（1）圖形工作界面友好、直觀，便于創建和定位電路。（2）Multisim為用戶提供了數萬種真實元器件和虛擬元器件。（3）Multisim軟件不僅提供了如萬用表、示波器等常用儀器，還提供了失真分析儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等儀器，其功能與實際儀表相同。（4）Multisim可以進行直流工作點分析、交流分析、直流掃描分析等十多種分析，這些分析方法基本能滿足一般電子電路設計和分析的要求。（5）Multisim可對模擬、數字和數模混合電路進行仿真。（6）具有完美的兼容能力。

2 Multisim在電工學實驗教學中的應用實例

2.1 基爾霍夫定律的驗證

基爾霍夫電流定律和電壓定律是電路理論中最基本的定律之一，它們分別用來描述節點電流和回路電壓。

基爾霍夫電流定律（KCL）：在任一瞬時，流入某一節點的電流之和必定等于流出該節點的電流之和，亦即ΣI=0。基爾霍夫電壓定律（KVL）：在任一瞬時，沿任一回路循行方向（順時針方向或逆時針方向），回路中各段電壓的代數和恒等于零，亦即ΣU =0。

（1）在Multisim平臺上搭建仿真實驗電路，如圖1所示。選取仿真儀器萬用表，把三塊萬用表XMM1，XMM2，XMM3均設置成直流電流測量模式，并分別串接在三條支路中，單擊Simulate/Run命令進行各支路電流的測量。假設三條支路的電流參考方向均指向A節點。

仿真結果如表1所示。

根據表1中數據可以得出：通過節點A的三條支路的電流代數和為零，即1.926+ 5.987+（-7.913）=0。從而驗證了KCL定律的正確性。

（2）在Multisim平臺上搭建仿真實驗電路，如圖2所示。選取仿真儀器萬用表，把五塊萬用表XMM1～XMM5均設置成直流電壓測量模式，并分別并接在各個電阻元件上，單擊Simulate/Run命令進行電壓的測量。

仿真結果如表2所示。

根據表2中數據可以得出：相對電路的左右兩個支路ΣU=0，從而驗證了KVL定律的正確性。

3 結語

將Multisim仿真軟件引入到電工學實驗教學中，不僅能夠激發學生的學習興趣，而且通過仿真實驗的演示，有助于學生對所學理論知識的理解和掌握，使理論教學與實踐有機的結合起來，極大的提高了實驗教學質量和教學效果。對學生創新能力的培養和綜合應用能力的提高起到良好的作用。

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