Multisim在一階RC電路響應(yīng)中的應(yīng)用

張暉　劉晶　高玲

摘要 一階RC電路的暫態(tài)過程非常短暫，利用仿真軟件Multisim來演示一階RC電路的響應(yīng)，可以直觀地觀察變化過程以及時(shí)間參數(shù)對(duì)暫態(tài)過程時(shí)間長(zhǎng)短的影響，增加了教學(xué)信息量，提高了教學(xué)效果，并且進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真的結(jié)果和理論分析值的吻合度。

關(guān)鍵詞 Multisim 一階RC電路 教學(xué)效果

中圖分類號(hào)：TM133 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在一階RC電路響應(yīng)中，動(dòng)態(tài)電路的暫態(tài)過程是十分短暫的單次變化過程，通常在教學(xué)中都是以理論講解為主，涉及到的瞬態(tài)變化波形，一般無法直接呈現(xiàn)給學(xué)生，如果利用仿真電路來展示瞬態(tài)過程的變化以及參數(shù)對(duì)于過渡過程時(shí)間長(zhǎng)短的影響，將有助于激發(fā)學(xué)生的興趣并加深理解。

1 仿真軟件Multisim介紹

Multisim是EWB軟件的升級(jí)版本。軟件里的所有元器件都是經(jīng)過高度仿真而成，與實(shí)際結(jié)果幾乎完全相同。軟件具有以下特點(diǎn)：元器件庫豐富、電路分析功能強(qiáng)大、具有windows風(fēng)格的界面。

傳統(tǒng)電子技術(shù)理論教學(xué)，由于條件限制，導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)相分離，達(dá)不到最佳教學(xué)效果。隨著社會(huì)的發(fā)展，運(yùn)用多媒體教學(xué)已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。

2 RC電路的響應(yīng)

零輸入響應(yīng)：一階電路僅有一個(gè)動(dòng)態(tài)元件，如果在換路瞬間動(dòng)態(tài)元件已儲(chǔ)存有能量，那么即使電路中無外加激勵(lì)電源，電路中的動(dòng)態(tài)元件將通過電路放電，在電路中產(chǎn)生響應(yīng)，即零輸入響應(yīng)。

對(duì)于圖1所示電路，當(dāng)開關(guān)S閉合在1端時(shí)，電源通過R對(duì)C充電，電路達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，電容儲(chǔ)存有能量，電容電壓值恒定為6 V，當(dāng)開關(guān)S閉合在2端時(shí)，C通過R放電，在電路中產(chǎn)生響應(yīng)， 即零輸入響應(yīng)，電壓從6V按指數(shù)規(guī)律變?yōu)?V。

利用Multisim進(jìn)行仿真，從圖2（a）上可以很明顯地看出，暫態(tài)過程是按照指數(shù)規(guī)律進(jìn)行衰減的，電路中已經(jīng)給出了元件的參數(shù)，R=500 ，C=10 F，=RC=5ms。 點(diǎn)的電壓是電源電壓6V的36.8%約等于2.2V。示波器的紅色指針為暫態(tài)過程的起始時(shí)刻，藍(lán)色指針為 點(diǎn)時(shí)刻，可以看出，在時(shí)間經(jīng)過了 ，即5ms時(shí)，電容電壓完成了總變化量的63.2%，電容電壓約為2.2V。

將C由10 F變化到20 F，計(jì)算得到=10ms，點(diǎn)電壓仍然是2.2V。從圖2（b）中可以看出，時(shí)間經(jīng)過10ms，電容電壓才衰減為2.2V，也就是經(jīng)過10ms，電容電壓才完成總變化量的63.2%。

零狀態(tài)響應(yīng)：當(dāng)動(dòng)態(tài)電路初始儲(chǔ)能為零時(shí)，僅由外加激勵(lì)產(chǎn)生的響應(yīng)就是零狀態(tài)響應(yīng)。對(duì)于圖1所示的電路，若電容的初始儲(chǔ)能為零，當(dāng)開關(guān)S 閉合到1端時(shí)，電容通過R充電，響應(yīng)由外加激勵(lì)產(chǎn)生，即零狀態(tài)響應(yīng)， 仿真波形如圖3所示。從圖3可以看出，時(shí)間經(jīng)過了，即5ms時(shí)，電容電壓完成了總變化量的63.2%，即6V的63.2%，約為3.8V。

全響應(yīng)：當(dāng)一個(gè)非零初始狀態(tài)的電路受到激勵(lì)時(shí)，電路的響應(yīng)稱為全響應(yīng)。對(duì)于線性電路，全響應(yīng)是零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)之和。如圖1所示，反復(fù)按下空格鍵使開關(guān)反復(fù)切換，通過示波器就可觀察到電容電壓全響應(yīng)波形如圖4所示。

在教學(xué)中電路使用Multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真，讓學(xué)生通過觀察仿真波形，加以分析、總結(jié)，為了進(jìn)一步講解時(shí)間常數(shù)對(duì)響應(yīng)速度的影響，可以改變參數(shù)R 或C，從而改變時(shí)間常數(shù)，觀察波形，得出結(jié)論。

3 結(jié)束語

在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，容易出現(xiàn)教學(xué)效率不高、教學(xué)效果不夠理想等問題。運(yùn)用仿真實(shí)驗(yàn)，將理論和實(shí)踐相結(jié)合，可以極大地提升學(xué)習(xí)效率和教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅映紅.電工技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2] 熊偉，侯傳教，梁青，等.Multisim 7電路設(shè)計(jì)及仿真應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3] 王冠華.Multisim10電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

[4] 俎云霄，李巍海，張軼.Multisim在電路分析基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010（15）：28—30.