基于Multisim仿真的電路分析基礎(chǔ)課程改革

吳晶晶　薛琳　章學(xué)靜

摘 要 Multisim是一款擁有非常豐富功能的電路仿真軟件。將其引入到電路分析基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)，不僅能夠有助于學(xué)生形象的理解和領(lǐng)會(huì)該門課程中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，而且使學(xué)生易于將理論與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。

關(guān)鍵詞 Multisim 仿真 電路分析基礎(chǔ)課程 課堂教學(xué)

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.01.049

0引言

電路分析基礎(chǔ)課程是高校電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課。這門課程不僅概念較多，而且與工程實(shí)踐聯(lián)系密切，同時(shí)又是電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程等專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)覺得比較抽象，不能很好的理解和掌握其中的基本概念和基本理論。因此，如何能高效的利用課堂時(shí)間使學(xué)生迅速掌握基本理論以及運(yùn)用基本方法解決問題成為該門課程改革需要研究的一個(gè)重要問題。①

1 Multisim特點(diǎn)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電路仿真軟件不斷出現(xiàn)，Multisim便是其中一款。它是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA（電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具軟件，Multisim的前身是EWB（Electronics Workbench）軟件，是美國國家儀器公司下屬的Electronics Workbench Group推出的以Windows為基礎(chǔ)的交互式Spice仿真和電路分析軟件，專用于原理圖捕獲、交互式仿真、電路板設(shè)計(jì)和集成測(cè)試。

Multisim具有直觀的圖形操作界面、龐大的數(shù)據(jù)庫和強(qiáng)大的仿真能力。用Multisim軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)，繪制電路仿真所需的測(cè)試儀器和所需的元器件均可直接拖放到屏幕上，軟件儀器的操作方式和控制面板都與實(shí)物相似，測(cè)量波形和數(shù)據(jù)與真實(shí)儀器完全一致，且不受元器件種類、數(shù)量和測(cè)試儀器的限制。從搭建電路到仿真分析，可以使設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)同步，一邊進(jìn)行設(shè)計(jì)一邊仿真，隨時(shí)調(diào)試修改，十分方便。②

2 Multisim改進(jìn)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式

電路分析基礎(chǔ)課程是一門重要的理論聯(lián)系實(shí)際的課程，該門課程的授課離不開電路，如何分析電路中各條支路或各個(gè)元件的電流電壓是電路分析基礎(chǔ)課程的核心內(nèi)容。目前在授課過程中，教師或采用板書、或采用多媒體課件進(jìn)行授課，學(xué)生看到的僅僅是一張張靜止不動(dòng)的電路圖，如果能讓學(xué)生看到真實(shí)的電路運(yùn)行，將十分有助于學(xué)生對(duì)該門課程講授課程的理解。但是，將每一個(gè)電路都制作成電路板不僅將耗費(fèi)大量的人力物力，不利于多個(gè)教師在同一時(shí)間為不同班級(jí)上課，而且若電路中的任意參數(shù)發(fā)生變化，則整個(gè)電路將需重新制作。

因此將Multisim仿真軟件引入課堂教學(xué)，在進(jìn)行理論課堂教學(xué)時(shí)，教師可以事先用Multisim仿真軟件設(shè)計(jì)好電路，利用教室里的多媒體設(shè)備向?qū)W生展示電路運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)和結(jié)果，還可以根據(jù)需要靈活地改變電路中的各種參數(shù)。這樣可以使學(xué)生更加形象具體的認(rèn)識(shí)到電路的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)基本電路分析理論和方法有了直觀的認(rèn)知，同是也使學(xué)生了解電路中各個(gè)參數(shù)的測(cè)量方法，提高電路分析基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)效果。

3 Multisim仿真在教學(xué)中的應(yīng)用

通過以下兩個(gè)案例來介紹Multisim仿真軟件在電路分析課程中的應(yīng)用。

3.1 戴維南定理驗(yàn)證

戴維南定理是電路分析基礎(chǔ)課程中的重要定理之一，它不僅提供了一款等效電路模式，同時(shí)還提供了一種通過“化簡(jiǎn)電路”來分析電路的方法。本文所設(shè)計(jì)的戴維南定理驗(yàn)證電路如圖1所示，其中圖1a是原始電路，圖1b是ab左端是相對(duì)電阻RL的戴維南等效電路（圖中僅對(duì)ab左端的電路進(jìn)行等效化簡(jiǎn)）。圖1右側(cè)所示電路萬用表界面所示的是電阻RL的電壓電流測(cè)量結(jié)果。對(duì)比圖1a和1b可知，兩電路中電阻RL上的電壓電流值相等。由此可見，戴維南定理成立。

3.2 一階電路（實(shí)驗(yàn)一RC電路）

一階動(dòng)態(tài)電路是指由一個(gè)儲(chǔ)能元件電容或電感和若干個(gè)電阻元件組成的電路。它是由一階常系數(shù)微分方程描述的。由一個(gè)電阻和一個(gè)電容以及一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器串聯(lián)而成的典型一階電路如圖2所示。其中圖2a與圖2b所示電路結(jié)構(gòu)相同，僅有電阻R1阻值不同，圖2a中電阻R1阻值為10K ，圖2b中電阻R1阻值為2K 。該一階電路中電容C1兩端電壓為

其中Us是信號(hào)發(fā)生器所輸出信號(hào)的幅值。其時(shí)間常數(shù) =RC， 越大，衰減越慢；反之， 越小，衰減越快。當(dāng)電容C的電容量固定時(shí)，僅改變電阻R的阻值，可以使得 值不同。本文所設(shè)計(jì)的RC一階電路如圖2a和圖2b所示，是為一個(gè)電阻和一個(gè)電容串聯(lián)而成的電路，信號(hào)發(fā)生器提供頻率為20Hz，最大值為5V的方波。通過時(shí)間常數(shù)的計(jì)算公式可知，圖2a中

圖2a和圖2b中右側(cè)的波形分別為信號(hào)發(fā)生器輸出波形（方波）和電容C1兩端的波形（曲線）。由波形圖可以明顯發(fā)現(xiàn)圖2b中 值小于圖2a。

以上兩個(gè)例子可以看出，利用Multisim軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)并仿真結(jié)果，可以幫助學(xué)生形象直觀的了解理論知識(shí)，并可以很容易的加以驗(yàn)證，縮短學(xué)習(xí)電路分析相關(guān)知識(shí)所需要的時(shí)間。

4結(jié)束語

教學(xué)實(shí)踐證明，在電路分析基礎(chǔ)的課堂教學(xué)中引入Multisim仿真軟件，在以板書和多媒體工具講授理 論知識(shí)的同時(shí)配以實(shí)時(shí)的仿真演示，能夠取得較好的教學(xué)效果。Multisim仿真演示不僅加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)電路分析基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解和掌握，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，是提高電路分析基礎(chǔ)課堂教學(xué)效率的有效辦法，也是該門課程改革的有效手段。③

本文系北京聯(lián)合大學(xué)教育教學(xué)研究與改革項(xiàng)目《“電路分析基礎(chǔ)”課程教學(xué)方法改革與實(shí)踐》（項(xiàng)目編號(hào)：JJ2015Q023）研究成果

注釋

① 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].中國現(xiàn)代教育裝備，2010（15）：28-30.

② 黃荷英.基于Multisim電子仿真軟件的電路設(shè)計(jì)與研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012.35（16）：33-36.

③ 白菊蓉.Multisim在電路分析系列課程教改中的應(yīng)用[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2011.16（S1）：93-96.