Multisim10在《電路》課程實驗教學中的應用研究

張建紅

摘要：針對《電路》課程實驗教學中經常存在的問題，提出了利用仿真軟件Multisim來輔助《電路》課程實驗教學。文中詳細介紹了Multisim的主要特點，并結合具體實例說明，將Multisim應用于《電路》課程實驗教學中，可以極大地激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對課程理論的理解，同時有利于提高學生的創(chuàng)新能力和綜合分析能力。

關鍵詞：Multisim10；電路實驗；仿真；虛擬

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）17-4096-03

1 概述

《電路》課程是電氣工程及其自動化、自動化、電子信息專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，是所有“強電專業(yè)”和“弱電專業(yè)”的必修課程。該課程具有其內容多，定理概念抽象，理論性和實踐性強等特點。因此，在《電路》課程的教學環(huán)節(jié)中除了有理論教學外，還有實驗教學。其中，實驗教學是《電路》課程的重要環(huán)節(jié)，是聯(lián)系課堂理論教學的橋梁。通過實驗教學環(huán)節(jié)有助于學生加深對電路理論的理解和掌握，激發(fā)學生學習電路的興趣，從而調動學生學習的積極性，同時能夠有效地提高學生的動手能力和實踐創(chuàng)新能力。

隨著計算機技術的突飛猛進和電路仿真軟件的不斷涌現(xiàn)，利用計算機進行仿真實驗已經成為一種非常有利的實驗教學輔助手段。與傳統(tǒng)的實物實驗相比，計算機仿真實驗具有直觀、形象、生動便于實現(xiàn)等特點，只要擁有一臺電腦，學生可以不必進入實驗室就能夠進行各種仿真實驗。因此，我們將Multisim10軟件引入到《電路》課程實驗教學中，不會受到元器件、儀器儀表、實驗場地、實驗時間的限制，同學們隨時隨地利用電腦來進行各種仿真實驗，使同學們能夠真正掌握實驗內容，進而提高實驗教學效果；通過仿真實驗的引入，還大大降低了實驗設備的損壞率，從某種程度上節(jié)約了維修儀器和更換器件的費用；通過仿真實驗的引入，同學們還可以根據(jù)自己的興趣和愛好選擇一些其它設計性實驗來做，這將有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和開發(fā)能力。

2 Multisim10仿真軟件簡介

Multisim10仿真軟件是由加拿大IIT（Interactive Image Technologies）公司于2007年推出的電子仿真軟件升級版本，它是一種以windows為基礎且專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。其功能強大，仿真效果生動形象，可以對模擬、數(shù)字和混合電路進行電路的性能仿真和分析，是目前最易用、最直觀的仿真軟件。Multisim10仿真軟件具有以下主要特點：

1）友好直觀的圖形界面：圖形工作界面友好、直觀，便于創(chuàng)建和定位電路。

2）具有豐富的元器件庫：Mutisim10為用戶提供了數(shù)萬種真實元器件和虛擬元器件。同時用戶也可以新建或擴充已有的元器件庫。

3）多種類的虛擬儀器儀表：Mutisim10軟件不僅提供了如萬用表、示波器等常用儀器，還提供了失真分析儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等儀器，其功能與實際儀表相同。

4）完備的電路分析手段：Mutisim10可以進行：直流工作點分析、交流分析、直流掃描分析、瞬態(tài)分析、失真分析、噪聲分析等十多種分析，這些分析方法基本能滿足一般電子電路設計和分析的要求。

5）強大的仿真能力：Multisim 10可對模擬、數(shù)字和數(shù)模混合電路進行仿真。

6）完美的兼容能力：Multisim10 軟件可方便地將模擬結果以原有文檔格式導入LABVIEW或者Signal Express 中。工程人員可更有效地分享及比較仿真數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，而無須轉換文件格式，在分享數(shù)據(jù)時減少了失誤，提高了效率。

3 Multisim10 軟件在《電路》課程實驗教學中的仿真應用實例

Multisim10 的操作界面非常直觀，同時擁有強大的工具庫，并且提供多種仿真分析方法。因此，利用Multisim10 軟件進行《電路》課程的實驗仿真教學的操作簡單方便。進行實驗仿真時的基本步驟為：①創(chuàng)建電路文件；②規(guī)劃電路界面；③在電路窗口內放置元器件；④連接導線；⑤電路圖連接好后，單擊仿真開關進行仿真；⑥利用虛擬儀器儀表分析仿真結果。

下面以疊加定理的驗證為例，來分析Multisim10在《電路》課程實驗教學中的應用。

3.1疊加定理實驗仿真

疊加定理指出：在有幾個獨立電源共同作用的線性電路中，任意支路的電流或任意兩點間的電壓，都可以看成是由每一個獨立電源單獨作用時，在該支路所產生的電流或電壓的代數(shù)和。使用該定理時應特別注意，功率不能疊加且只適用于線性電路。

在Multisim10中，搭建仿真實驗電路，如圖1所示，對該電路進行以下分析。

1）線性電路分析

打開Multisim10軟件選取相應的器件放置在工作區(qū)中，并設置好參數(shù)建立如圖1所示的電路，然后選取仿真儀器萬用表，單擊Simulate/Run命令進行數(shù)據(jù)測量。實驗數(shù)據(jù)見表1所示。

從仿真結果可以看出，當兩個獨立電源共同作用電路時，在各支路上產生的電流和在各元件上所產生的電壓，等于兩個獨立電源單獨作用在電路時所產生的電流與電壓的疊加和。從而驗證了疊加定理是正確的，且適用于線性電路。

以電阻R1為例來驗證功率的計算是否滿足疊加定理。（1）12V電壓源單獨作用時，P′=（U′）2/R1=0.03808W ；（2）6V電壓源單獨作用時， P″=（U″）2/R1=0.000732W；（3）當兩個電壓源共同作用時， P=（U）2/R1=0.028269W。可以看出P≠ P′+ P″，因此計算功率時不可以采用疊加定理。

2）非線性電路分析

將電阻R3換成1N4007，重復上述實驗步驟進行非線性電路分析，如圖2所示，實驗數(shù)據(jù)見表2。

根據(jù)上表數(shù)據(jù)可以得出：對于電路中像含有二極管這樣的非線性電路是不滿足疊加定理的。但由于相對電路A點，ΣI=0；相對電路的左邊支路符合ΣU=0，右邊支路也符合ΣU=0，分別滿足基爾霍夫電流定律和電壓定律，從而可以驗證對于非線性電路疊加定理不成立，基爾霍夫定律是成立的。

4 結束語

從上面的實例應用中可以看到，Multisim10軟件的仿真功能強大，且易學易懂，操作方便。因此，在《電路》課程實驗教學過程中，引入Multisim10軟件進行實驗仿真，能夠很簡便的搭建仿真實驗電路，并可以很精確的得到理論分析的結果，而且比實際操作更直觀、更精確；同時與傳統(tǒng)的實驗方法相比較，節(jié)省了時間和電路搭建調試的過程；另外，減少了實驗元器件和儀器儀表的損耗，也激發(fā)了同學們的學習興趣，培養(yǎng)了學生的綜合分析能力和開發(fā)創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1] 許曉華，何春華. Multisim10計算機仿真及應用[M].北京：清華大學出版社，交通大學出版社，2011.4-5.

[2] 王連英.基于Multisim10的電子仿真實驗與設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.1-2.

[3] 李劍清. Multisim在電路實驗教學中的應用[J].浙江工業(yè)大學學報，2007，35（5）：543-546.

[4] 張慧穎，孫立輝. Multisim10在《電工學》教學中的應用[J].吉林化工學院學報，2011，28（2）：49-52.

[5] 程建峰. Multisim在"電路基礎分析"課程中的應用[J].長春理工大學學報，2012，7（11）：224-225.endprint

摘要：針對《電路》課程實驗教學中經常存在的問題，提出了利用仿真軟件Multisim來輔助《電路》課程實驗教學。文中詳細介紹了Multisim的主要特點，并結合具體實例說明，將Multisim應用于《電路》課程實驗教學中，可以極大地激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對課程理論的理解，同時有利于提高學生的創(chuàng)新能力和綜合分析能力。

關鍵詞：Multisim10；電路實驗；仿真；虛擬

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）17-4096-03

1 概述

《電路》課程是電氣工程及其自動化、自動化、電子信息專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，是所有“強電專業(yè)”和“弱電專業(yè)”的必修課程。該課程具有其內容多，定理概念抽象，理論性和實踐性強等特點。因此，在《電路》課程的教學環(huán)節(jié)中除了有理論教學外，還有實驗教學。其中，實驗教學是《電路》課程的重要環(huán)節(jié)，是聯(lián)系課堂理論教學的橋梁。通過實驗教學環(huán)節(jié)有助于學生加深對電路理論的理解和掌握，激發(fā)學生學習電路的興趣，從而調動學生學習的積極性，同時能夠有效地提高學生的動手能力和實踐創(chuàng)新能力。

隨著計算機技術的突飛猛進和電路仿真軟件的不斷涌現(xiàn)，利用計算機進行仿真實驗已經成為一種非常有利的實驗教學輔助手段。與傳統(tǒng)的實物實驗相比，計算機仿真實驗具有直觀、形象、生動便于實現(xiàn)等特點，只要擁有一臺電腦，學生可以不必進入實驗室就能夠進行各種仿真實驗。因此，我們將Multisim10軟件引入到《電路》課程實驗教學中，不會受到元器件、儀器儀表、實驗場地、實驗時間的限制，同學們隨時隨地利用電腦來進行各種仿真實驗，使同學們能夠真正掌握實驗內容，進而提高實驗教學效果；通過仿真實驗的引入，還大大降低了實驗設備的損壞率，從某種程度上節(jié)約了維修儀器和更換器件的費用；通過仿真實驗的引入，同學們還可以根據(jù)自己的興趣和愛好選擇一些其它設計性實驗來做，這將有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和開發(fā)能力。

2 Multisim10仿真軟件簡介

Multisim10仿真軟件是由加拿大IIT（Interactive Image Technologies）公司于2007年推出的電子仿真軟件升級版本，它是一種以windows為基礎且專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。其功能強大，仿真效果生動形象，可以對模擬、數(shù)字和混合電路進行電路的性能仿真和分析，是目前最易用、最直觀的仿真軟件。Multisim10仿真軟件具有以下主要特點：

1）友好直觀的圖形界面：圖形工作界面友好、直觀，便于創(chuàng)建和定位電路。

2）具有豐富的元器件庫：Mutisim10為用戶提供了數(shù)萬種真實元器件和虛擬元器件。同時用戶也可以新建或擴充已有的元器件庫。

3）多種類的虛擬儀器儀表：Mutisim10軟件不僅提供了如萬用表、示波器等常用儀器，還提供了失真分析儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等儀器，其功能與實際儀表相同。

4）完備的電路分析手段：Mutisim10可以進行：直流工作點分析、交流分析、直流掃描分析、瞬態(tài)分析、失真分析、噪聲分析等十多種分析，這些分析方法基本能滿足一般電子電路設計和分析的要求。

5）強大的仿真能力：Multisim 10可對模擬、數(shù)字和數(shù)?；旌想娐愤M行仿真。

6）完美的兼容能力：Multisim10 軟件可方便地將模擬結果以原有文檔格式導入LABVIEW或者Signal Express 中。工程人員可更有效地分享及比較仿真數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，而無須轉換文件格式，在分享數(shù)據(jù)時減少了失誤，提高了效率。

3 Multisim10 軟件在《電路》課程實驗教學中的仿真應用實例

Multisim10 的操作界面非常直觀，同時擁有強大的工具庫，并且提供多種仿真分析方法。因此，利用Multisim10 軟件進行《電路》課程的實驗仿真教學的操作簡單方便。進行實驗仿真時的基本步驟為：①創(chuàng)建電路文件；②規(guī)劃電路界面；③在電路窗口內放置元器件；④連接導線；⑤電路圖連接好后，單擊仿真開關進行仿真；⑥利用虛擬儀器儀表分析仿真結果。

下面以疊加定理的驗證為例，來分析Multisim10在《電路》課程實驗教學中的應用。

3.1疊加定理實驗仿真

疊加定理指出：在有幾個獨立電源共同作用的線性電路中，任意支路的電流或任意兩點間的電壓，都可以看成是由每一個獨立電源單獨作用時，在該支路所產生的電流或電壓的代數(shù)和。使用該定理時應特別注意，功率不能疊加且只適用于線性電路。

在Multisim10中，搭建仿真實驗電路，如圖1所示，對該電路進行以下分析。

1）線性電路分析

打開Multisim10軟件選取相應的器件放置在工作區(qū)中，并設置好參數(shù)建立如圖1所示的電路，然后選取仿真儀器萬用表，單擊Simulate/Run命令進行數(shù)據(jù)測量。實驗數(shù)據(jù)見表1所示。

從仿真結果可以看出，當兩個獨立電源共同作用電路時，在各支路上產生的電流和在各元件上所產生的電壓，等于兩個獨立電源單獨作用在電路時所產生的電流與電壓的疊加和。從而驗證了疊加定理是正確的，且適用于線性電路。

以電阻R1為例來驗證功率的計算是否滿足疊加定理。（1）12V電壓源單獨作用時，P′=（U′）2/R1=0.03808W ；（2）6V電壓源單獨作用時， P″=（U″）2/R1=0.000732W；（3）當兩個電壓源共同作用時， P=（U）2/R1=0.028269W?？梢钥闯鯬≠ P′+ P″，因此計算功率時不可以采用疊加定理。

2）非線性電路分析

將電阻R3換成1N4007，重復上述實驗步驟進行非線性電路分析，如圖2所示，實驗數(shù)據(jù)見表2。

根據(jù)上表數(shù)據(jù)可以得出：對于電路中像含有二極管這樣的非線性電路是不滿足疊加定理的。但由于相對電路A點，ΣI=0；相對電路的左邊支路符合ΣU=0，右邊支路也符合ΣU=0，分別滿足基爾霍夫電流定律和電壓定律，從而可以驗證對于非線性電路疊加定理不成立，基爾霍夫定律是成立的。

4 結束語

從上面的實例應用中可以看到，Multisim10軟件的仿真功能強大，且易學易懂，操作方便。因此，在《電路》課程實驗教學過程中，引入Multisim10軟件進行實驗仿真，能夠很簡便的搭建仿真實驗電路，并可以很精確的得到理論分析的結果，而且比實際操作更直觀、更精確；同時與傳統(tǒng)的實驗方法相比較，節(jié)省了時間和電路搭建調試的過程；另外，減少了實驗元器件和儀器儀表的損耗，也激發(fā)了同學們的學習興趣，培養(yǎng)了學生的綜合分析能力和開發(fā)創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1] 許曉華，何春華. Multisim10計算機仿真及應用[M].北京：清華大學出版社，交通大學出版社，2011.4-5.

[2] 王連英.基于Multisim10的電子仿真實驗與設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.1-2.

[3] 李劍清. Multisim在電路實驗教學中的應用[J].浙江工業(yè)大學學報，2007，35（5）：543-546.

[4] 張慧穎，孫立輝. Multisim10在《電工學》教學中的應用[J].吉林化工學院學報，2011，28（2）：49-52.

[5] 程建峰. Multisim在"電路基礎分析"課程中的應用[J].長春理工大學學報，2012，7（11）：224-225.endprint

摘要：針對《電路》課程實驗教學中經常存在的問題，提出了利用仿真軟件Multisim來輔助《電路》課程實驗教學。文中詳細介紹了Multisim的主要特點，并結合具體實例說明，將Multisim應用于《電路》課程實驗教學中，可以極大地激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對課程理論的理解，同時有利于提高學生的創(chuàng)新能力和綜合分析能力。

關鍵詞：Multisim10；電路實驗；仿真；虛擬

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）17-4096-03

1 概述

《電路》課程是電氣工程及其自動化、自動化、電子信息專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，是所有“強電專業(yè)”和“弱電專業(yè)”的必修課程。該課程具有其內容多，定理概念抽象，理論性和實踐性強等特點。因此，在《電路》課程的教學環(huán)節(jié)中除了有理論教學外，還有實驗教學。其中，實驗教學是《電路》課程的重要環(huán)節(jié)，是聯(lián)系課堂理論教學的橋梁。通過實驗教學環(huán)節(jié)有助于學生加深對電路理論的理解和掌握，激發(fā)學生學習電路的興趣，從而調動學生學習的積極性，同時能夠有效地提高學生的動手能力和實踐創(chuàng)新能力。

隨著計算機技術的突飛猛進和電路仿真軟件的不斷涌現(xiàn)，利用計算機進行仿真實驗已經成為一種非常有利的實驗教學輔助手段。與傳統(tǒng)的實物實驗相比，計算機仿真實驗具有直觀、形象、生動便于實現(xiàn)等特點，只要擁有一臺電腦，學生可以不必進入實驗室就能夠進行各種仿真實驗。因此，我們將Multisim10軟件引入到《電路》課程實驗教學中，不會受到元器件、儀器儀表、實驗場地、實驗時間的限制，同學們隨時隨地利用電腦來進行各種仿真實驗，使同學們能夠真正掌握實驗內容，進而提高實驗教學效果；通過仿真實驗的引入，還大大降低了實驗設備的損壞率，從某種程度上節(jié)約了維修儀器和更換器件的費用；通過仿真實驗的引入，同學們還可以根據(jù)自己的興趣和愛好選擇一些其它設計性實驗來做，這將有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維和開發(fā)能力。

2 Multisim10仿真軟件簡介

Multisim10仿真軟件是由加拿大IIT（Interactive Image Technologies）公司于2007年推出的電子仿真軟件升級版本，它是一種以windows為基礎且專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。其功能強大，仿真效果生動形象，可以對模擬、數(shù)字和混合電路進行電路的性能仿真和分析，是目前最易用、最直觀的仿真軟件。Multisim10仿真軟件具有以下主要特點：

1）友好直觀的圖形界面：圖形工作界面友好、直觀，便于創(chuàng)建和定位電路。

2）具有豐富的元器件庫：Mutisim10為用戶提供了數(shù)萬種真實元器件和虛擬元器件。同時用戶也可以新建或擴充已有的元器件庫。

3）多種類的虛擬儀器儀表：Mutisim10軟件不僅提供了如萬用表、示波器等常用儀器，還提供了失真分析儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等儀器，其功能與實際儀表相同。

4）完備的電路分析手段：Mutisim10可以進行：直流工作點分析、交流分析、直流掃描分析、瞬態(tài)分析、失真分析、噪聲分析等十多種分析，這些分析方法基本能滿足一般電子電路設計和分析的要求。

5）強大的仿真能力：Multisim 10可對模擬、數(shù)字和數(shù)模混合電路進行仿真。

6）完美的兼容能力：Multisim10 軟件可方便地將模擬結果以原有文檔格式導入LABVIEW或者Signal Express 中。工程人員可更有效地分享及比較仿真數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，而無須轉換文件格式，在分享數(shù)據(jù)時減少了失誤，提高了效率。

3 Multisim10 軟件在《電路》課程實驗教學中的仿真應用實例

Multisim10 的操作界面非常直觀，同時擁有強大的工具庫，并且提供多種仿真分析方法。因此，利用Multisim10 軟件進行《電路》課程的實驗仿真教學的操作簡單方便。進行實驗仿真時的基本步驟為：①創(chuàng)建電路文件；②規(guī)劃電路界面；③在電路窗口內放置元器件；④連接導線；⑤電路圖連接好后，單擊仿真開關進行仿真；⑥利用虛擬儀器儀表分析仿真結果。

下面以疊加定理的驗證為例，來分析Multisim10在《電路》課程實驗教學中的應用。

3.1疊加定理實驗仿真

疊加定理指出：在有幾個獨立電源共同作用的線性電路中，任意支路的電流或任意兩點間的電壓，都可以看成是由每一個獨立電源單獨作用時，在該支路所產生的電流或電壓的代數(shù)和。使用該定理時應特別注意，功率不能疊加且只適用于線性電路。

在Multisim10中，搭建仿真實驗電路，如圖1所示，對該電路進行以下分析。

1）線性電路分析

打開Multisim10軟件選取相應的器件放置在工作區(qū)中，并設置好參數(shù)建立如圖1所示的電路，然后選取仿真儀器萬用表，單擊Simulate/Run命令進行數(shù)據(jù)測量。實驗數(shù)據(jù)見表1所示。

從仿真結果可以看出，當兩個獨立電源共同作用電路時，在各支路上產生的電流和在各元件上所產生的電壓，等于兩個獨立電源單獨作用在電路時所產生的電流與電壓的疊加和。從而驗證了疊加定理是正確的，且適用于線性電路。

以電阻R1為例來驗證功率的計算是否滿足疊加定理。（1）12V電壓源單獨作用時，P′=（U′）2/R1=0.03808W ；（2）6V電壓源單獨作用時， P″=（U″）2/R1=0.000732W；（3）當兩個電壓源共同作用時， P=（U）2/R1=0.028269W?？梢钥闯鯬≠ P′+ P″，因此計算功率時不可以采用疊加定理。

2）非線性電路分析

將電阻R3換成1N4007，重復上述實驗步驟進行非線性電路分析，如圖2所示，實驗數(shù)據(jù)見表2。

根據(jù)上表數(shù)據(jù)可以得出：對于電路中像含有二極管這樣的非線性電路是不滿足疊加定理的。但由于相對電路A點，ΣI=0；相對電路的左邊支路符合ΣU=0，右邊支路也符合ΣU=0，分別滿足基爾霍夫電流定律和電壓定律，從而可以驗證對于非線性電路疊加定理不成立，基爾霍夫定律是成立的。

4 結束語

從上面的實例應用中可以看到，Multisim10軟件的仿真功能強大，且易學易懂，操作方便。因此，在《電路》課程實驗教學過程中，引入Multisim10軟件進行實驗仿真，能夠很簡便的搭建仿真實驗電路，并可以很精確的得到理論分析的結果，而且比實際操作更直觀、更精確；同時與傳統(tǒng)的實驗方法相比較，節(jié)省了時間和電路搭建調試的過程；另外，減少了實驗元器件和儀器儀表的損耗，也激發(fā)了同學們的學習興趣，培養(yǎng)了學生的綜合分析能力和開發(fā)創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1] 許曉華，何春華. Multisim10計算機仿真及應用[M].北京：清華大學出版社，交通大學出版社，2011.4-5.

[2] 王連英.基于Multisim10的電子仿真實驗與設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.1-2.

[3] 李劍清. Multisim在電路實驗教學中的應用[J].浙江工業(yè)大學學報，2007，35（5）：543-546.

[4] 張慧穎，孫立輝. Multisim10在《電工學》教學中的應用[J].吉林化工學院學報，2011，28（2）：49-52.

[5] 程建峰. Multisim在"電路基礎分析"課程中的應用[J].長春理工大學學報，2012，7（11）：224-225.endprint