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【摘要】本文介绍了Multisim 2001的主要功能,并通过几个电工电子课程教学中的应用实例证明了该软件适合该课程的教学,它可以加深学生对理论知识的理解并提高课程的教学质量。
【关键词】Multisim 2001 仿真 电工学 模拟电
【中图分类号】G622.0 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)11(a)-0145-02
1 引言
电工电子技术是理工科学生一门十分重要的专业基础课,包含了电路分析、模拟电路、数字电路、电机与电气控制等内容,既具有较强的理论性,又具有广阔的工程应用背景,是学生普遍反映学习难度较大的一门课程。随着计算机技术在电子电路分析和设计中所起的作用越来越大,以计算机辅助设计(CAD)为基础的电子设计自动化(EDA)技术已成为电子学领域的重要学科。
十余年来,国内外许多大学就开始尝试在电子电路理论的教学中增加计算机辅助分析的内容。经过多年的实践,大家一致认为在掌握基本内容、基本概念的前提下,在电子技术的学习中引入计算机辅助手段,不仅可以形象地展示电路性能、减少复杂电路计算量,同时可以激发学生学习兴趣,并初步掌握电子电路分析设计的实用方法,为学生进入专业学习后接触实际应用打下良好基础。
2 Multisim 2001功能
MultiSim 2001软件界面友好,使用方便,简单易学,是很优秀的电路虚拟仿真软件,可以在计算机上模拟仿真很多实验,诸如示波器的使用、集成运算放大器的应用等等,可以实时显示测量结果,并可以交互控制电路的运行与测量过程,实验过程非常接近实际操作的效果。
(1)Multisim 2001的元器件库提供数千种电路元件供实验选用。
(2)Multisim 2001的虚拟测试仪器仪表种类齐全。
(3)Multisim 2001具有较为详细的电路分析功能。
(4)Multisim 2001可以设计、测试和演示各种电子电路。
(5)Multisim 2001有丰富的Help功能。
3 Multisim 2001在电工学中的应用实例
通过Multisim进行仿真分析的步骤为：1)进入Multisim的仿真环境创建电路原理图;2)对电路布线及参数设置;3)仿真仪器设置及分析方法的确定;4)原理图仿真;5)输出仿真结果。
下面应用Multisim仿真软件验证戴维南定理的正确性。电路原理图如图1所示。
(1)含源二端网络外特性的仿真
当负载取100Ω时仿真得到A、B两点间的电压,流过负载的电流。
(2)含源二端网络戴维南等效参数仿真
①开路电压的测量
在图1电路中,先断开负载RL用数字万用表测量开路电压。
②用数字万用表直接测量等效电阻
在图1电路中,把电压源短路,电流源开路,得到无源二端网络。用数字万用表测定负载RL开路后的A、B两点间的等效电阻为。
(3)含源二端网络等效电路外特性仿真
通过上述第(2)项的仿真得到图1所示电路中A、B二端网络的戴维南等效参数,这样就得到了由电压源Uoc和等效电阻Ro串联组成的等效电路。
其中。在戴维南等效电路中测量得到
通过(2)和(3)就可以验证戴维南定理的正确性。
4 Multisim 2001在模拟电子技术中的应用实例
下面以电压串联负反馈放大电路为例介绍Multisim软件在模拟电子技术中的应用。在Multisim中构建两级电压串联负反馈放大电路,如图2所示。
(1)将开关J断开,电路中暂不引入级间反馈
①利用Multisim的直流工作点分析功能,测量无级间反馈时两级放大电路的静态工作点,分析结果如图3：
可见
②加入正弦输入电压,利用虚拟示波器可观察到第一级输出电压波形与输入电压反相,而第二级输出电压波形与输入电压同相。两个放大级的输出波形均无明显的非线性失真。当Vi=4.999mv时,利用虚拟仪表可测得Vo=730.595mv。可见,无级间反馈时,两级放大电路总的电压放大倍数为
③由虚拟仪表测得,当Vi=4.999mv时,。则无级间反馈时放大电路的输入电阻为
④将负载电阻RL开路,测得,则放大电路无级间反馈时的输出电阻为
(2)将图2中的开关J合上,引入电压串联负反馈
①加上正弦输入电压,由虚拟示波器看到,同样的输入电压之下,输出电压的幅度明显下降,但波形更好。由虚拟仪表测得,当Vi=4.999mv时,,则引入电压串联负反馈后,电压放大倍数为
可见,引入电压串联负反馈后,电压放大倍数减小了。
②由虚拟仪表测得,当Vi=4.999mv时,,则
可见,引入电压串联负反馈输入电阻提高了,但与无级间反馈时的Ri相比,提高很少。
③将负载电阻RL开路,测得,则
可见,引入电压串联负反馈后,输出电阻降低了。
5 结语
从以上的分析可以看到,教师在讲授电子技术理论知识的同时使用Multisim 2001软件连接电路,运用启发和探究的方式,利用计算机仿真,可以化难为易,变抽象为具体,有利于促进课程和教学改革,更有利于人才的培养,提高了学生的学习兴趣和创新能力,使学生学习积极性大大提高,做到了理论与实践相结合,丰富课堂教学内容。Multisim仿真软件必将成为电子技术教学中不可缺少的得力工具,它的灵活和直观是传统的多媒体教学软件无法代替的,是提高教学效率和效果的好方法。
参考文献
[1] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2] 田健仲,朱虹.电路仿真与实验教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.
[3] 黄智伟.基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京:电子工业出版社,2005.
[4] Multisim 2001在电路多媒体教学中的应用研究[J].辽东学院学报(自然科学版).2008,15(1):44-46.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
【关键词】Multisim 2001 仿真 电工学 模拟电
【中图分类号】G622.0 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)11(a)-0145-02
1 引言
电工电子技术是理工科学生一门十分重要的专业基础课,包含了电路分析、模拟电路、数字电路、电机与电气控制等内容,既具有较强的理论性,又具有广阔的工程应用背景,是学生普遍反映学习难度较大的一门课程。随着计算机技术在电子电路分析和设计中所起的作用越来越大,以计算机辅助设计(CAD)为基础的电子设计自动化(EDA)技术已成为电子学领域的重要学科。
十余年来,国内外许多大学就开始尝试在电子电路理论的教学中增加计算机辅助分析的内容。经过多年的实践,大家一致认为在掌握基本内容、基本概念的前提下,在电子技术的学习中引入计算机辅助手段,不仅可以形象地展示电路性能、减少复杂电路计算量,同时可以激发学生学习兴趣,并初步掌握电子电路分析设计的实用方法,为学生进入专业学习后接触实际应用打下良好基础。
2 Multisim 2001功能
MultiSim 2001软件界面友好,使用方便,简单易学,是很优秀的电路虚拟仿真软件,可以在计算机上模拟仿真很多实验,诸如示波器的使用、集成运算放大器的应用等等,可以实时显示测量结果,并可以交互控制电路的运行与测量过程,实验过程非常接近实际操作的效果。
(1)Multisim 2001的元器件库提供数千种电路元件供实验选用。
(2)Multisim 2001的虚拟测试仪器仪表种类齐全。
(3)Multisim 2001具有较为详细的电路分析功能。
(4)Multisim 2001可以设计、测试和演示各种电子电路。
(5)Multisim 2001有丰富的Help功能。
3 Multisim 2001在电工学中的应用实例
通过Multisim进行仿真分析的步骤为：1)进入Multisim的仿真环境创建电路原理图;2)对电路布线及参数设置;3)仿真仪器设置及分析方法的确定;4)原理图仿真;5)输出仿真结果。
下面应用Multisim仿真软件验证戴维南定理的正确性。电路原理图如图1所示。
(1)含源二端网络外特性的仿真
当负载取100Ω时仿真得到A、B两点间的电压,流过负载的电流。
(2)含源二端网络戴维南等效参数仿真
①开路电压的测量
在图1电路中,先断开负载RL用数字万用表测量开路电压。
②用数字万用表直接测量等效电阻
在图1电路中,把电压源短路,电流源开路,得到无源二端网络。用数字万用表测定负载RL开路后的A、B两点间的等效电阻为。
(3)含源二端网络等效电路外特性仿真
通过上述第(2)项的仿真得到图1所示电路中A、B二端网络的戴维南等效参数,这样就得到了由电压源Uoc和等效电阻Ro串联组成的等效电路。
其中。在戴维南等效电路中测量得到
通过(2)和(3)就可以验证戴维南定理的正确性。
4 Multisim 2001在模拟电子技术中的应用实例
下面以电压串联负反馈放大电路为例介绍Multisim软件在模拟电子技术中的应用。在Multisim中构建两级电压串联负反馈放大电路,如图2所示。
(1)将开关J断开,电路中暂不引入级间反馈
①利用Multisim的直流工作点分析功能,测量无级间反馈时两级放大电路的静态工作点,分析结果如图3：
可见
②加入正弦输入电压,利用虚拟示波器可观察到第一级输出电压波形与输入电压反相,而第二级输出电压波形与输入电压同相。两个放大级的输出波形均无明显的非线性失真。当Vi=4.999mv时,利用虚拟仪表可测得Vo=730.595mv。可见,无级间反馈时,两级放大电路总的电压放大倍数为
③由虚拟仪表测得,当Vi=4.999mv时,。则无级间反馈时放大电路的输入电阻为
④将负载电阻RL开路,测得,则放大电路无级间反馈时的输出电阻为
(2)将图2中的开关J合上,引入电压串联负反馈
①加上正弦输入电压,由虚拟示波器看到,同样的输入电压之下,输出电压的幅度明显下降,但波形更好。由虚拟仪表测得,当Vi=4.999mv时,,则引入电压串联负反馈后,电压放大倍数为
可见,引入电压串联负反馈后,电压放大倍数减小了。
②由虚拟仪表测得,当Vi=4.999mv时,,则
可见,引入电压串联负反馈输入电阻提高了,但与无级间反馈时的Ri相比,提高很少。
③将负载电阻RL开路,测得,则
可见,引入电压串联负反馈后,输出电阻降低了。
5 结语
从以上的分析可以看到,教师在讲授电子技术理论知识的同时使用Multisim 2001软件连接电路,运用启发和探究的方式,利用计算机仿真,可以化难为易,变抽象为具体,有利于促进课程和教学改革,更有利于人才的培养,提高了学生的学习兴趣和创新能力,使学生学习积极性大大提高,做到了理论与实践相结合,丰富课堂教学内容。Multisim仿真软件必将成为电子技术教学中不可缺少的得力工具,它的灵活和直观是传统的多媒体教学软件无法代替的,是提高教学效率和效果的好方法。
参考文献
[1] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2] 田健仲,朱虹.电路仿真与实验教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.
[3] 黄智伟.基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京:电子工业出版社,2005.
[4] Multisim 2001在电路多媒体教学中的应用研究[J].辽东学院学报(自然科学版).2008,15(1):44-46.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”