基于Multisim平臺的電工電子實驗設計

【摘 要】電工電子實驗是高校學生掌握電學知識的重要手段，而基于Multisim平臺的電工電子實驗設計能夠提高學生對于知識的掌握程度；分析了Multisim平臺的應用優(yōu)勢，結合實例說明Multisim平臺能夠改善教學效果。

【關鍵詞】Multisim平臺 電工電子實驗 實例分析

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）03C-0149-02

電子電工實驗是高校工科電工電子教學的重要實踐課程，該實驗可以提升學生對于基礎知識和原理的掌握能力，并能初步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。隨著計算機技術的發(fā)展，越來越多的仿真軟件開始應用到電子電工實驗中，不斷改善教學水平和效果。例如Multisim平臺，Pspice等軟件，已經(jīng)廣泛應用于電子工程設計。Multisim可以自主架設電路原理圖，并進行仿真，得到預想方案的測試結果，根據(jù)結果可以調整和改進自己的方案，是電子工程師學習和工作的助手，能夠完整的做到捕捉原理圖，電路原型設計，仿真模擬實驗和測試。

一、Multisim平臺在電工電子實驗中應用的優(yōu)勢

Multisim軟件主要有以下功能，根據(jù)要求構建模擬電路，利用軟件模擬電子電工器件和儀表，使得軟件運行與儀器運行一致，方便工程師科學建立模型和方案，它提供品類繁多的元器件庫，也可以自己開發(fā)一些元器件，元器件的參數(shù)也與多數(shù)廠家保持一致。Multisim軟件具有功能齊全的模擬測試儀器儀表，例如字信號發(fā)生器、邏輯分析儀器、頻譜分析、萬用表、示波器等，也有科學的電路分析能力，可以準確的進行時域和頻域分析、零極點分析、靈敏度分析、傅立葉分析等。同時能夠測試和演示電路運行，靈活設置一些電路模式，例如開路、閉路和漏電等。除了基本仿真功能，Multisim軟件還可以得到所有仿真數(shù)據(jù)，以便進行數(shù)據(jù)分析。

Multisim軟件在電工電子實驗中具備很多優(yōu)勢，第一，可以提高實驗效率，不用像傳統(tǒng)實驗配置很多儀器，增加實驗時間和成本。第二，節(jié)省高校實驗室的建設成本，對于工科院校，實驗設備大多昂貴，給學校帶來不小的財政壓力，許多先進的實驗設備因資金不足無法采購，學生更是不能及時驗證自己的想法，Multisim軟件具備多種儀器功能，利用軟件可以代替設備，彌補了實驗設備的不足。第三，傳統(tǒng)實驗的調試工作需要耗費很大精力，而仿真模擬只需要鼠標操作即可，隨時調整電子電路的設計方案，大大增加了實驗的可擴展性和創(chuàng)新性。第四，Multisim軟件作為一種仿真軟件需要Windows操作平臺即可，因此除了實驗室，任何地點都可以進行實驗，方便學生學習。第五，掌握Multisim軟件對以后的工作也有很大幫助，在目前高校缺乏實習和實踐方法的條件下，是一種快速提高學生動手能力的實驗工具，學生使用Multisim仿真除了能夠完成學習任務之外，還可以利用該軟件設計一些工業(yè)產(chǎn)品，全面提高個人能力。因此，基于Multisim平臺的電工電子實驗是高校所必需的，對于提高學生的各方面能力意義重大。

二、基于Multisim平臺的電工電子實驗設計

（一）基于Multisim軟件的電壓電流定律仿真

基于Multisim軟件的模擬實驗，首先設計合理的實驗方案，弄清自己的實驗目的，電壓電流定律是最基礎的電學知識，利用Multisim軟件可以輕松實現(xiàn)仿真模擬驗證，該實驗目的是驗證電流電壓定律，所以要設計一個并聯(lián)電路圖，每個支路都要設置一個電流表或者萬用表，測量電流和電壓。然后根據(jù)這個目的完成電路模型。并聯(lián)電路中，總電流等于支路電流和，圖2I3是I1和I2電流之和，如公式（1）所示。而圖3驗證了并聯(lián)電路電壓定律，支路電壓是相同的，V3是V4和V5的和，如公式（2）所示。從中可以看到，實驗數(shù)據(jù)滿足電流電壓定律，說明模型合理。通過仿真實驗，我們從數(shù)據(jù)關系上深入理解電壓電流定律，對于學習更高深的電工電子知識十分重要。

（二）信號兩級放大仿真實驗

表1 基于Multisim軟件的信號兩級放大仿真實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)實驗目的，首先設計的信號兩級放大電路原理圖，如圖4所示。我們采用了兩級阻容耦合放大器，阻容耦合的多級放大電路的所有工作點之間是相互獨立的，可根據(jù)實驗情況和具體作用進行調整，但是兩級阻容耦合放大器只能用于交流電信號，無法放大直流電信號，本文實驗將輸出的靜態(tài)的工作點設置在負載線的中點位置，在每個階段都盡量獲取最大的電壓，并盡量使信號不失真，讓放大器一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，信號經(jīng)過兩級阻容耦合放大器后，每一次都會將信號倍增，然后再作為輸出信號等待進一步倍增。最后總的放大倍數(shù)等于所有階段放大倍數(shù)的積，而各個階段的放大倍數(shù)實質上受到信號頻率的影響，測試發(fā)現(xiàn)，信號頻率的波段都會引起倍增幅度的減小，這些都是因為存在耦合電容，晶體管極間等效電容等。通過Multisim仿真，調試和實驗，我們得到了如下數(shù)據(jù)。第一級阻容耦合放大的各部分電壓值分別是10.5V，0.6V，0V，第一級阻容耦合放大的各部分電壓值分別是7.2V，2.3V，1.6V。第一級放大倍數(shù)是32.3倍，第二級放大倍數(shù)是3602.9倍，因此可以總結出兩級信號放大的作用?；贛ultisim軟件可以讓學生隨時調整放大倍數(shù)，用于不同的元件設計和仿真，對于學生創(chuàng)新和電工電子實踐有巨大幫助。

（三）Multisim仿真在其他電子電工實驗中的應用

除上述實例之外，Multisim軟件還可以用于設計兩級電壓并聯(lián)正反饋的放大電路，分析是否產(chǎn)生了反饋放大倍數(shù)。利用74LS290計數(shù)器和兩個電壓信號制作數(shù)字時鐘。利用自行振蕩和顯示器輪流顯示電路的方法制作流水燈等?？梢钥闯?，Multisim仿真平臺可以完成很多驗證性實驗、開發(fā)性實驗和創(chuàng)新性實驗，無論學習和科研都是不可或缺的仿真工具，因此高校電子電工實驗課程改革要引入這一軟件并認真教學，使學生掌握好這一工具的使用。

通過仿真實驗模擬分析，我們可以看到基于Multisim平臺的電工電子實驗有利于提高學生的創(chuàng)新能力、思考能力、動手能力和設計能力，Multisim軟件可以隨時調整電路上各個元件的參數(shù)、電路的線路位置以及設計方案，學生能夠將所學知識利用Multisim軟件實現(xiàn)并進行驗證性分析，使得理論迅速可以落實到實踐上，幫助學生快速掌握所學知識。

【參考文獻】

[1] 張志友.Multisim在電工電子課程教學中的典型應用[J].實驗技術與管理，2012，29（4）

[2] 孫彤.Multisim仿真在電工電子理實一體化課程中的應用[J].中國科技縱橫，2014（1）

[3] 單聯(lián)軍.MultiSIM新技術在電工電子實驗實習中的教學[J].課程教育研究，2014，（2）

[4] 葉賽風，劉金平.基于Multisim應用型本科的電工電子實訓改革研究[J].教育教學論壇，2014（14）

[5] 鄭長波.Multisim仿真軟件對提高電子技術教學質量的影響[J].電子世界，2014（16）

【作者簡介】柯寶樺，女，廣西柳州人，柳州鐵道職業(yè)技術學院實驗師，研究方向：電工電子實驗。

（責編 丁 夢）