Multisim仿真在電工電子實驗中的應用

[摘 要] 隨著科學技術的高速發(fā)展，計算機仿真技術也逐漸發(fā)展起來，成為現(xiàn)代工程設計的一種重要方法。當前Multisim電子仿真軟件是最常見的一種電子工程設計工具，用它來進行電工電子技術實驗，一定程度上改善了實驗室儀器、實驗室元器件短缺以及不合格等問題。很多高級技工學校將Multisim仿真應用到實驗教學中，軟件中提供的分析方法能夠加深學生對各種概念的理解和應用，使學生熟練掌握電工電子儀器的測量方法，從而更好、更快地掌握教學內(nèi)容，此外還可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合應用能力。近年來，技工學校的電工電子實驗課程正在不斷改革和探索中，為此對Multisim仿真在技工學校電工電子實驗教學中的應用展開了具體的分析。

[關 鍵 詞] Multisim仿真技術；電工電子實驗；工程設計

[中圖分類號] G718.1 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）02-0076-02

一、Multisim在電工電子教學中的應用優(yōu)勢

（一）利用Multisim仿真將抽象、煩瑣的內(nèi)容直觀地展現(xiàn)出來，降低教學難度，提高課堂教學效率

電工電子課程中，有的概念較抽象，不易理解，或者內(nèi)容煩瑣，不好掌握。往往是教師費盡口舌，學生一知半解，學生由此產(chǎn)生畏難情緒，課堂學習效率不高。如，放大器靜、動態(tài)分析是典型的較抽象、不易理解的內(nèi)容。對如何設置工作點，工作點設置得是否合適，設置不合適會引起非線性失真，如何消除非線性失真等問題，用傳統(tǒng)的課堂講解既費時又費力，效果不佳。利用Multisim軟件將基本電路進行仿真，可以通過改變偏置電阻，用虛擬示波器將靜態(tài)工作點與輸出波形的因果關系直觀地展現(xiàn)在學生的面前。根據(jù)輸出波形變化，可找到最佳工作點，對放大器輸入、輸出信號的相位關系、截止失真，飽和失真、動態(tài)范圍等重要概念也能一一輕松解答。使學生一目了然，既生動又形象。

（二）利用Multisim仿真將工程實例引入理論課堂，增加感性認識，激發(fā)學習熱情

電工電子技術課程有關電路的基本概念和基本分析方法理論性很強，學生在學習過程中，只見理論，不見應用，學生對所學內(nèi)容及應用缺乏感性認識，因此學習中缺乏主動性。如555計數(shù)器應用，僅靠理論講解很難體現(xiàn)它功能強大、使用方便的特點，學生不易掌握。利用Multisim 555定時器的各種應用電路可以動態(tài)地演示出來：給555計數(shù)器加上不多的電容、電阻等原件就能產(chǎn)生一定頻率的信號；接上喇叭和發(fā)光器件，就構成了聲光報警電路，改變電阻、電容的參數(shù)，即可改變音調(diào)；稍加改變就可構成各種控制電路等。通過Multisim仿真演示，學生有了一定的感性認識，有了進一步了解的欲望，在教師講解、分析555計數(shù)器的工作原理及應用時，學生就會集中精力認真聽講，變被動的知識接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥奶剿髡?。同理，譯碼器、計數(shù)器等內(nèi)容的教學也可從實際應用實例演示入手，激發(fā)學生的學習主動性，加強理論聯(lián)系實際，教學效果明顯提高。

（三）利用Multisim仿真實現(xiàn)學做統(tǒng)一，鍛煉學生綜合能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

理論教學和實驗教學是電工電子技術課程的兩個重要環(huán)節(jié)，兩者缺一不可。教學中引入Multisim仿真軟件就像把試驗臺、各種元器件搬進教室，隨時可在屏幕上搭建所分析的電路，調(diào)用儀器，觀察特性，驗證理論的正確性。寓實驗教學于理論教學中，兩者不再有時間和空間上的界限，做到學做統(tǒng)一。還可以利用Multisim無損的特點，可任意改變電路參數(shù)，分析不同參數(shù)時電路呈現(xiàn)的不同特性，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。同時，也有利于增加設計型的實驗項目，鼓勵學生設計一些實用電路，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

二、Multisim仿真實驗教學

Multisim作為電子類相關課程的輔助教學和實訓手段，一方面，對基礎實驗的仿真有助于學生更好地掌握課堂教學內(nèi)容，對概念、原理的理解有舉足輕重的作用；另一方面，在對電路的仿真過程中，可以使學生在進入實驗室之前熟悉常見的電子儀器使用方法，在解決仿真過程中出現(xiàn)的問題時，學生的綜合分析能力、故障排除能力以及創(chuàng)新能力得到很好的提升。教學過程中，采用“理論教學—計算機仿真—實驗環(huán)節(jié)”的教學模式?！袄碚摻虒W”指的是課堂上教師講授的概念、原理等知識；“計算機仿真”指的是學生在Multisim環(huán)境下，首先根據(jù)實驗內(nèi)容要求，選擇合適的元器件進行原理圖設計，然后構建虛擬電路模型，并進行仿真及測試得到初步的仿真結(jié)果；“實驗環(huán)節(jié)”指的是通過計算機仿真后在實驗室的實驗箱上搭建相同電路進行調(diào)試并觀察實際運行結(jié)果，最后將虛擬實驗仿真結(jié)果與硬件實驗運行結(jié)果進行對比分析。這種實驗方式實現(xiàn)了課上課下學習的完美結(jié)合，極大地激發(fā)了學生的學習熱情，實現(xiàn)了自主式學習，同時也大大提高了實驗效率。

三、Multisim在電工與電子技術實驗教學中的應用

Multisim在電工與電子技術實驗教學中的應用示例如下圖所示。按圖1所示，連接滯回比較器電路，輸入信號為正弦波，用示波器觀察輸入和輸出電壓波形。其中，輸入信號是幅值5 V、頻率為1 kHz的正弦波信號，示波器A通道接滯回比較器的輸入信號，B通道接輸出信號，開啟仿真開關，打開示波器，得到的輸入輸出波形如圖2所示。由圖2可見，輸入、輸出波形分別為正弦波和矩形波。移動游標可以測得滯回比較器的兩個閾值電壓值。

總之，我校將Multisim仿真軟件應用到電工電子實驗教學后取得了非常顯著的實驗教學效果，教學中通過加強學生的實際操作，既加深了學生對知識的理解和掌握，還提高了學生的學習興趣，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力、實踐能力、團隊合作意識等。Multisim仿真軟件一方面可以不受實驗場所和實驗設備的限制，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，還為實驗室節(jié)約了實驗成本，是當前高級技工學校電工電子實驗教學改革的重要發(fā)展方向。

參考文獻：

付揚.Multisim仿真在電工電子實驗中的應用[J].實驗室研究與探索，2011（4）：120-122，126.