二甲Multisim在電路理論教學(xué)中的應(yīng)用探究

賈黎善 楊嘉鵬

（新疆工程學(xué)院 新疆·烏魯木齊 830023）

0 前言

電路理論課程是高等學(xué)校電子與電氣信息類專業(yè)的重要的基礎(chǔ)課，是所有強(qiáng)電專業(yè)和弱電專業(yè)的必修課。該門課程以分析電路中的電磁現(xiàn)象，研究電路的基本規(guī)律及電路的分析方法為主要內(nèi)容。該課程理論性強(qiáng)、概念原理多且抽象，是技術(shù)基礎(chǔ)課里難度系數(shù)較高的一門課。在大力發(fā)展應(yīng)用型本科背景下，更新原有教學(xué)方法和教學(xué)手段，全面提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)應(yīng)用型人才已勢在必行。

本文以RLC串聯(lián)電路為例，在電路理論授課中引入基于Multisim仿真設(shè)計實(shí)例，由仿真電路的搭建、幅頻特性的觀測、幅頻數(shù)據(jù)的收集、品質(zhì)因數(shù)的計算等環(huán)節(jié)讓理論教學(xué)融入實(shí)驗(yàn)因素，使枯燥的理論教學(xué)直觀生動，加深了對理論知識的理解和應(yīng)用。

1 目前電路理論教學(xué)中存在的問題

在電路理論教學(xué)中目前仍然是重理論輕實(shí)驗(yàn)，老師講得多，學(xué)生做的少。集中起來存在以下幾個問題：（1）理論脫離實(shí)際，教學(xué)內(nèi)容不能很好的聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用。（2）在教學(xué)中忽略培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的能力。（3）教與學(xué)太抽象，無法激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動性和積極性。（4）由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)課時有限，無法滿足學(xué)生對教授知識的探究、分析、驗(yàn)證的要求。

Multisim作為一款以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。熟練掌握Multisim后可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。在教學(xué)中引入Multisim仿真教學(xué)環(huán)節(jié)可以很好的解決理論教學(xué)與實(shí)際動手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、實(shí)驗(yàn)課時有限的這一老大難問題。學(xué)生通過Multisim仿真來完成理論驗(yàn)證、例題習(xí)題分析和綜合設(shè)計，不僅使教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計一體化，而且極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。學(xué)生掌握了現(xiàn)代電路設(shè)計和分析手段，可以有效提高分析問題、解決問題和研究創(chuàng)新能力，真正的做到了變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

2 電路理論教學(xué)中Multisim應(yīng)用實(shí)例

本文以RLC串聯(lián)諧振電路為例，介紹利用Multisim仿真進(jìn)行電路理論教學(xué)的具體措施和方法。

（1）搭建仿真電路。RLC串聯(lián)諧振電路是對正弦穩(wěn)態(tài)電路的頻率特性作初步分析和研究的一個重要內(nèi)容，在工程研究方面具有重要意義。RLC串聯(lián)電路中發(fā)生諧振的條件是Im，諧振頻率為，可以看出諧振頻率只有1個，而且僅與L、C有關(guān)，與R無關(guān)。運(yùn)行Multisim并創(chuàng)建原理圖文件，選擇所需的元器件并設(shè)置其參數(shù)，選擇示波器、信號發(fā)生器、萬用表等測量儀器，使用鼠標(biāo)調(diào)整元器件及儀表布局并連線，完成仿真電路搭建。本文所搭建的仿真電路如圖1所示：

圖1：RLC串聯(lián)諧振仿真電路圖

（2）設(shè)置諧振頻率并觀測幅頻特性。為更好的觀測波形圖，需提前設(shè)置好儀表參數(shù)。函數(shù)發(fā)生器XFG1的振幅設(shè)置為5V,諧振頻率設(shè)置為，示波器XSC1參數(shù)設(shè)置如下：通道A刻度為5 V/Div，通道B刻度為5V/Div，時基標(biāo)度為50ms/Div，同時設(shè)置通道A與通道B為不同顯示顏色，通道A設(shè)置為綠色，通道B設(shè)置為紅色。運(yùn)行Multisim，觀測到幅頻特性如圖2所示：

圖2：諧振時的幅頻特性

圖3：f0==13923.56HZ時的幅頻特性

圖4：f0==17923.56HZ時的幅頻特性

同學(xué)們可以直觀的看出當(dāng)輸入信號U（s此處為信號發(fā)生器XFG1）的頻率與電路的固有頻率f0相同時，才能在電路中激起諧振。當(dāng)輸入信號頻率偏離諧振頻率之后，輸出信號的幅度從峰值開始下降。說明 RLC串聯(lián)電路對諧振頻率的信號具有選擇性，對非諧振頻率的信號有抑制能力。

這時老師可以將已繪制好的表格展示給學(xué)生看如表1所示。如果時間充足，也可直接仿真通過讀取XMM1，XMM2，XMM3的電壓數(shù)值填表：

表1

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可以看到發(fā)生諧振時輸出電壓U0(V)，UL(V)，UC(V)的數(shù)量關(guān)系，可進(jìn)一步得到諧振電路的品質(zhì)因數(shù)（讓同學(xué)們自行驗(yàn)證分析品質(zhì)因數(shù)的大小和意義）。

3 結(jié)語

在電路理論教學(xué)中引入基于Multisim的仿真教學(xué)環(huán)節(jié)，可以將枯燥死板的理論知識生動直觀的展現(xiàn)給學(xué)生，通過改變電路參數(shù)可以直觀的看到對結(jié)果的影響，在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時更可以加深對理論知識的理解和應(yīng)用。最為關(guān)鍵的是同學(xué)們可以自己設(shè)計電路，完成電路的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)探究式學(xué)習(xí)。這對于培養(yǎng)學(xué)生主動分析和解決問題的能力是大有裨益的。在應(yīng)用型本科發(fā)展建設(shè)的大背景下，這種教學(xué)模式對學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)、知識分析與應(yīng)用的能力都是有深遠(yuǎn)意義的。