Multisim虛擬實驗室在電類課程教學中的應用初探

(南昌理工學院電子與信息學院 江西 南昌 330013)

Multisim虛擬實驗室在電類課程教學中的應用初探

楊威耿健

(南昌理工學院電子與信息學院江西南昌330013)

本文簡要介紹了EDA仿真軟件Multisim的功能和特點，利用Multisim軟件來構建虛擬實驗室，通過計算機上進行硬件搭建和軟件編程,彌補了硬件環(huán)境下實驗教學的不足,改進了電子電路課程實驗教學的教學質(zhì)量。

電子電路;實驗教學;虛擬實驗室

一、Multisim10.0軟件簡介

Muhisim 10.0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、電路板設計和集成測試。Muhisim 10.0是一個完整的設計工具系統(tǒng)，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)的相關課程內(nèi)容進行完整的仿真。并可在電路中設置短路、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，從技術層面上提高教學質(zhì)量。

二、虛擬實驗室簡介

電子電路虛擬仿真實驗室是一個基于Web的遠程虛擬實驗室,學員可以不受地域、時間的限制,通過Internet利用瀏覽器在自己的計算機上學習掌握各種利用Multisim軟件開發(fā)的電子儀器的工作原理及使用操作方法;并且可以按照實驗管理系統(tǒng)的約定進行各種常規(guī)實驗,還可自行擬定實驗方案,進行各種仿真實驗;實驗報告可遠程提交,教師可利用虛擬實驗室提供的管理系統(tǒng)對學員及實驗成績進行管理。

三、可調(diào)數(shù)字穩(wěn)壓電源的設計項目教學應用舉例

(一)可調(diào)數(shù)字穩(wěn)壓電源性能指標概述。可調(diào)數(shù)字穩(wěn)壓電源主要實現(xiàn)對于在接入市電的情況下，對于所輸出的電壓可以實現(xiàn)調(diào)整，具體性能指標如下：1)用橋式整流電容濾波集成穩(wěn)壓塊電路設計。2)輸出可調(diào)直流電壓，范圍1.2∽5V。3)輸出電流IOm≥1500mA；(要有電流擴展功能)4)穩(wěn)壓系數(shù)Sr≤0.05；具有過流保護功能。

(二)系統(tǒng)實現(xiàn)原理圖。穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成，如下圖1所示，其整流與穩(wěn)壓過程的電壓輸出波形如圖1所示。

圖1 穩(wěn)壓電源的組成框圖

電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大(即脈動大)。脈動大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負載RL。具體電路見下圖2所示。

圖2 系統(tǒng)仿真示意圖

(三)詳細電路設計

1.降壓電路

所謂的降壓變電路就是把輸入端的220V較高電壓，轉(zhuǎn)換為輸出相對偏低的9V理想電壓，從而達到降壓的目的。其工作的基本原理利用單相雙繞組變壓器，當一次側(cè)繞組上加上電壓時，流過電流在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通這些磁通稱為主磁通，主磁通會穿過，一次，二次繞組，繞組內(nèi)會產(chǎn)生感應電動勢，這時如果二次側(cè)接入負載，便會有電流流出，產(chǎn)生電能。

在圖2中，1、2、3為模擬的市電交流電源，大小為220V，且工作頻率為50HZ，右邊先接上了一個保險絲，以防當市電發(fā)生變化的時候?qū)τ谡麄€電路造成損毀，右邊則為一個降壓變壓器，其降壓匝數(shù)比為10:1。

2.整流電路

整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓。習慣上稱單向脈動性直流電壓。

在上圖2中橋式整流電路的工作原理如下：E2為正半周時，對D1、D3加正向電壓，D1、D3導通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構成E2、D1、輸出端、D3通電回路，形成上正下負的半波整流電壓，E2為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。從圖中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整流電路小一半。

3.濾波電路

濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。圖2中，通過C1、C2兩個3.3mF的濾波電容并聯(lián)來實現(xiàn)。

4.濾波電路

在輸入電壓、負載、環(huán)境溫度、電路參數(shù)等發(fā)生變化時仍能保持輸出電壓恒定的電路，在此使用LM117來實現(xiàn)，它是三端可調(diào)輸出的線性穩(wěn)壓器集成電路。LM117的輸出電壓范圍是1.2V至37V，負載電流最大為1.5A。LM117的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。在圖2中需要穩(wěn)定的電壓通過LM117進行穩(wěn)壓，而對于電壓的調(diào)節(jié)則是通過5K的電位器來實現(xiàn)的，發(fā)光二極管是對于如果電壓超過了導通電壓就行發(fā)光提示。

四、結論

Multisim10.0不僅可以作為高校電工電子技術等課程的實驗仿真，而且還能作為相關專業(yè)的高校教師進行電路設計的強有力的重要工具。在實驗教學中采用虛擬電子仿真軟件，給學生建立了一種全新的實驗觀念，為學生能更快的與實際接軌打下了基礎，而且也減輕了工科類專業(yè)在實驗室方面的經(jīng)濟投入。

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