Multisim在汽車電工電子課程中的應用

摘要：Multisim是美國國家儀器有限公司NI推出的一款適用于電工電路的仿真軟件。文章主要以“戴維寧定理”為例，將Multisim仿真軟件適當引入進行輔助教學。從戴維寧定理的內容、教學目標、教學方法等各個方面進行教學設計，以此調動學生的學習積極性。在教學過程中也取得了良好的教學效果。

關鍵詞：汽車電工電子;仿真;Multisim

中圖分類號：G434 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0256-02

0 ?引言

汽車電工電子是汽車檢測與維修和汽車營銷專業的一門專業基礎課程，課程目標要求學生掌握直流電和交流電基礎、安全用電、電機技術基礎等相關的知識內容，其中有一定比例的公式推導、原理的理論解釋等理論性內容。這些內容對高職學生存在著學習枯燥、不形象的問題。這就迫切需求虛擬實驗平臺來輔助教學，幫助學生提高學習興趣和動力。

Multisim是Interactive Image Technologies（Electronics Workbench）公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于電子電路、汽車電工電路、電力電子等領域的設計工作。它的輸入形式含了電工電路原理圖的圖形輸入和電路硬件描述語言輸入，具有強大的仿真分析能力。Multisim的軟件仿真能力基于該軟件具有強大的元件庫，并且該元件庫為開放式，任何使用該軟件的人都可以根據分析電路的需求添加對應的元器件。正向仿真是Multisim仿真軟件的基礎，學生可以在這個平臺上對預想的電路進行觀測分析，從而使得硬件電路在設計時避免走很多彎路。

本文是基于汽車專業基礎課程的教學新型授課模式的探討和設計，在課程學習時，教師在教學和學生在學習中都存在一些問題。在汽車電工電子課程中嘗試運用電子仿真軟件的強大功能來促進解決教學中存在的部分問題。本文以戴維寧定理為例，詳細闡述Multisim在汽車電工電子課程中的應用。

1 ?Multisim在汽車電工電子課程中的設計流程

汽車電工電子講授的內容有基爾霍夫定理、戴維寧定理、交流電路分析、數字邏輯電路等。如果將這些理論知識在課堂上用仿真平臺表現出來，學生學習會更有興趣，更好提高學生學習效果。將Multisim仿真軟件應用于這門課程的流程圖如圖1所示。

首先要明確教學內容，根據課程安排確定教學方案，在前面幾次課可根據學生是否熟悉Multisim仿真軟件，有選擇的演示元件的選擇和電路的搭建，再進行電路的結果仿真，這樣有利于學生知識理解和課上時間充分利用，還可使學生快速上手軟件的使用。然后通過仿真過程和仿真結果演示并驗證相關知識（如直流電路，交流電路分析）的基本原理和應用特點，使學生在操作中掌握課本知識，并能在應用中開拓思維。最后通過學生問題反饋和教師總結，讓學生對所學理論知識加以鞏固。在這篇文章中Multisim被引入到汽車電工電子理論課的學習中，通過對課程部分輔助知識點的驗證，使得學生加深了知識點的掌握和理解。本文以戴維寧定理為例，探討引入Multisim的教學效果。

2 ?Multisim在戴維寧定理教學中的應用

2.1 戴維寧定理

戴維寧定理也叫等效電壓源定律，是由法國科學家戴維寧于1883年提出的一個電學定理。主要內容是：由獨立電源和若干線性電阻構成的線性電路，就外部特性而言，這個單口網絡去掉負載部分可以等效為一個電壓源和一個電阻串聯的電路。此時電壓源的電壓等于線性電路在負載開路時的電壓Uoc;電阻R0是單口網絡內全部獨立電源為零值（電壓源短路，電流源斷路）時所得電路的等效電阻。

2.2 課程要達成的目標

①知識目標。通過課程學習讓學生掌握基本的電路概念：什么是二端網絡、什么是有源、什么是無源、什么是線性電路;核心點是理解并掌握戴維寧定理。

②能力目標。本課程的學習，理解有源線性二端網絡，并在此基礎上會用戴維寧定理進行一些物理量的計算，并且能熟練掌握用Multisim對結果進行驗證。

2.3 本章節教學存在的難點和重點

①戴維寧定理的教學難點：將復雜的有緣線性二端網絡進行合理的分析;對分析結果引入戴維寧定理進行求解;掌握利用Multisim對結果進行驗證。②戴維寧定理的教學重點：理解并掌握戴維寧定理內容;能及時的將復雜的線性有源二端網絡中得到戴維寧等效電路的兩個物理量，開路電壓源和等效電阻。

2.4 戴維寧定理的教學過程設計

傳統教學方式中，講授了戴維寧定理之后通常選擇一個例題來幫助學生消化此定理，學生課堂上的互動情況，第2次課上課知識點回顧情況，以及知識點回顧中采用Multisim輔助教學三個階段隨機抽查學生提問情況見表1所示。

通過對表1進行分析，發現了學生在對知識點的掌握存在幾個情況，首先，通過傳統的習題講解，由于學生的高中基礎不夠牢固，物理概念不清楚。不能及時的消化知識點;其次，因為沒有及時的進行課后的復習，致使在課堂知識點回顧中好多學生不能掌握該上次課的知識;再次，使用Multisim對結果進行仿真驗證時，時間很短，能輕易的將學生的注意力集中起來。驗證過程直觀、形象，可以按照要求隨意的設置參數，學生能夠較快的掌握戴維寧定理的本質要求。例題在Multisim中再現如下。

通過之前的學習，現在求解通過分析這道題發現可以利用第一章中的基爾霍夫定律來解決，也可以用電源的等效變換來解決，還可以用疊加定理來解決。但這三種方法比較繁雜有沒有簡單點的方法來解決呢？通過解題方法的簡單化來介紹“戴維寧定理”。

①戴維寧定理的講解和求解方法。含獨立電源的線性電阻電路，就電路外部而言，該電路可以等效為一個電壓源和一個電阻串聯的電路。該電壓源的電壓等于這個電路在負載斷路時的電壓Uoc;電阻R0是該電路全部獨立電源為零值（電壓源短路，電流源斷路）時所得電路的等效電阻。

通過戴維寧定理知道，我們在求解電路時，做出原來電路的等效電路圖就是核心問題也是教師教學和學生學習時的重難點。通過等效電路可以計算出電壓源的電壓U以及所有電源為零時的電阻即等效電阻Ro，電壓源的電壓U就是戴維寧定理中的等效電路的開路電壓;等效電路的電阻等于原電路的等效電阻。

②電路分析。如圖2所示電路，所示：已知uS1=10V，uS2=8V，R1=3Ω，R2=6Ω，RL=2Ω，求電流RL上的電流I。

畫出求戴維寧開路電壓如圖3，最后等效電路如圖4。

開路電壓為：

等效電阻為：

負載上的電流為：

③結果驗證。通過同學們自己動手搭電路，利用Multisim仿真如圖5所示。指導同學設置觀測點，并運行，直觀的得到驗證結果。從圖示仿真結果可以看出，負載上流過的電流大小為999.998mA，可以認為就是1A，并且方向是從上向下，而理論計算結果為1A，這樣軟件仿真就驗證了計算結果。

3 ?結語

通過Multisim仿真軟件進行仿真時，可以培養學生對《汽車電工電子》課程的學習興趣，進一步加深學生的理論學習效果，同時利用Multisim軟件進行教學，調動了學習熱情，活躍了課堂氣氛，激起了學生學習的積極性，對學生進行預習和復習都有很大幫助。

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基金項目：2019年校級教改項目“基于Multisim的汽車電工電子教改研究”，立項編號XJYB1909。

作者簡介：李均恒（1980-），男，河北邢臺人，碩士，研究方向為智能控制。