Multisim 12在直流穩(wěn)壓電源電路教學中的應用

王天宇

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在當今的電子電路設備中，直流穩(wěn)壓電源的應用非常廣泛，但是對中職學生來說，這部分知識綜合性強，理解較困難。Multisim仿真軟件的虛擬電子工作平臺，讓書本上靜止的元器件動起來，可以有效地解決專業(yè)知識的枯燥性，增強學生的學習積極性，培養(yǎng)學生樂于動手勤于實踐的習慣。以直流穩(wěn)壓電源電路的教學為例，探究Multisim 12在中職專業(yè)課教學中的應用。

[關? ? 鍵? ?詞]? Multisim 12;仿真教學;直流穩(wěn)壓電源

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）21-0200-02

在這個信息技術飛速發(fā)展的時代，教育教學也緊跟著時代的步伐，積極探索各種信息技術手段的應用與完善。中職學校電類課程需要學生具有理論與實踐相結合的能力，要求學生系統(tǒng)掌握一系列課程內容，運用掌握的知識解決實際問題，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。但是，由于中職學生的基礎比較薄弱，可以掌握的知識具有很大局限性，而一些專業(yè)基礎課程需要學生掌握基本的元件識別與檢測，基本電子電路的搭建與調試，對于學生來說，難度較大。而實踐教學又涉及教學場地、實驗耗材、成本等問題，所以迫切需要一種既可以培養(yǎng)學生將理論運用到實踐中的能力，又可以節(jié)約時間與教學成本的教學方法與手段。

Multisim仿真軟件的引入，可以讓枯燥的電路生動化，讓靜止的電路抽象化，彌補實驗教學的不足，提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生主動動手、創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。

一、Multisim 12在教學中的作用

Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的一款EDA工具軟件。它可以對模擬或數(shù)字電路進行仿真分析，不需要構造實際的物理電路，也不需要實際的測試儀器，利用Multisim軟件本身具有的電子工作平臺與龐大的虛擬儀器儀表元件庫，就可以探究出電路的基本工作性能。Multisim軟件經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，最早是加拿大Interactive Image Technologies（簡稱IIT）公司推出的EWB（Electronics Workbench，電子工作臺），后來經(jīng)過不斷升級與發(fā)展，目前已經(jīng)由美國NI公司推出了Multisim 14版本。本文所使用的是Multisim 12版本。

Multisim 12具有龐大的元件模型庫和虛擬儀器儀表庫，并且大部分虛擬儀器儀表的界面與參數(shù)設置與真實的儀器儀表基本相同，可以模擬實驗室進行電路的調試與設計。如圖1所示為Agilent萬用表參數(shù)設置界面，幾乎完全模擬了真實的Agilent萬用表。

在教育教學中，可以充分利用Multisim 12的圖形化界面，為學生演示電路的搭建過程與電路的調試過程。在實際電路調試過程中，有些學生會擔心電路連接錯誤等原因導致元件損壞，從而不敢嘗試老師沒有教過的操作方法，或者有些學生因為沒有完全理解電路，隨意接入測試儀器，導致電路元件損壞或測試儀器損壞。運用Multisim 12軟件就可以大大減少上述情況的發(fā)生，學生可以利用軟件進行電路的搭建，運用虛擬儀器儀表進行電路仿真調試，提高學生的動手能力，活躍學生的思維，加深理論知識的理解。

二、直流穩(wěn)壓電源電路的仿真設計教學

直流穩(wěn)壓電源的作用是將220V的交流電轉換成一定幅值的穩(wěn)定直流電。直流穩(wěn)壓電源電路原理圖[1]如圖2所示。

在常規(guī)教學中，學生初見直流穩(wěn)壓電源電路會感覺電路復雜，難以理解，從而產(chǎn)生逃避厭煩心理。而Multisim 12軟件的加入，可以讓學生做主，逐步搭建電路，進而分析測試電路特性。整個教學過程，分為三步：首先，原理圖分析;其次，電路搭建;最后，電路仿真與分析。

（三）原理圖分析

直流穩(wěn)壓電源原理圖可以分為三部分：變壓器、整流濾波、三端穩(wěn)壓，如圖3所示。

變壓器的主要作用是按一定比例將22OV的交流電轉換成另一幅值的交流電。在本文中，變壓器的匝數(shù)比為10∶1，則變壓器二次繞組的輸出電壓應為22V（AC）。整流濾波電路可以分為整流和濾波兩部分。整流的作用為將大小和方向都變化的交流電轉換成單一方向的脈動直流電，濾波的作用為將脈動的直流電轉換成平滑的直流電[2]。三端穩(wěn)壓電路的作用是輸出穩(wěn)定的直流電，本文選用的是LM7805三端穩(wěn)壓器，可以穩(wěn)定輸出+5V直流電。

教師在進行直流穩(wěn)壓電源原理圖講解時，更多的是將教材上的知識點與結論直接告訴學生，學生只要記住這些知識點，就可以運用到實際問題中去。但事實是這樣嗎？許多學生只是當下記住了這些所謂的重點知識，等到考試結束或者畢業(yè)了之后，因為對這些知識并沒有一個感性認識，就會將這些知識忘記。所以，Multisim 12軟件的應用就顯得非常重要。

（二）電路搭建

根據(jù)直流穩(wěn)壓電源電路原理圖，從元件庫調選出需要的元器件，搭建電路。在電路的搭建過程中，由于學生已經(jīng)掌握了直流穩(wěn)壓電源電路的基本理論知識，對原理圖中各元器件的作用有所了解，因此電路的搭建可以加深學生對原理圖的理解與認識。

利用Multisim 12搭建電路看似簡單，學生的錯誤率還是比較高的。比如，本文中選擇的三端穩(wěn)壓器是LM7805，一些學生粗心大意會選擇LM7815，導致仿真結果錯誤。如果在實際電路中出現(xiàn)這種情況，也許會使該直流穩(wěn)壓電源電路輸出端接的芯片或者器件損壞。那么電路搭建正確與否或者此電路性能如何，就要進入下一步仿真測試來一探究竟。

（三）電路仿真與分析

在虛擬儀器儀表欄找到4通道示波器，接入電路，如圖4所示，示波器的A、B、C通道分別測試輸入電壓波形、整流濾波后波形與輸出電壓波形。為了清楚展示每一路的測試波形，可以將通道A、B、C設置為不同顏色。

雙擊示波器圖標，進行示波器參數(shù)設置。X軸表示時間，默認為10ms/div，可以不用修改，Y軸表示幅值，通道A設置為200V/div，通道B設置為50V/div，通道C設置為5V/div。設置完成后，開始仿真，示波器的波形顯示區(qū)出現(xiàn)三個不同顏色的波形，如圖5所示。

移動示波器游標，可以讀取各個波形的最大值，如輸入電壓的最大值為308V，這符合教材上的知識點交流電壓源的最大值與有效值之間的關系為Umax=Urms。輸出電壓為5.003V，符合LM7805的輸出電壓值。

通過修改電路參數(shù)，比如將濾波電容C1舍去，觀察測量電壓波形，如圖6所示。教師可以引導學生分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。由于整流后的濾波電容容量太小，整流濾波后輸入LM7805的電壓仍然是脈動的直流電，導致LM7805在一小段時間內無法工作，使得輸出電壓會出現(xiàn)類似方波的波形。

又如將濾波電容C1參數(shù)設置為1F，觀察測量電壓波形，如圖7所示。由于濾波電容C1容量過大，導致電容C1的充電時間過長，整流濾波后輸入LM7805的電壓需要很長一段時間才能達到穩(wěn)定值，所以會出現(xiàn)如圖示仿真波形。

利用仿真結果，學生可以領會到在整流濾波電路中，濾波電容的參數(shù)選擇是非常重要的。另外，還可以對負載R1的參數(shù)進行設置，觀察電路在空載、輕載、滿載等狀態(tài)下的仿真波形。通過Multisim 12軟件對直流穩(wěn)壓電源電路的仿真測試分析，讓學生在動態(tài)過程中學習，讓書本上靜止的電路活起來，開動腦筋發(fā)散思維，提高學習效率，優(yōu)化學習成效。

三、結束語

中職類學生學習的積極性與對知識的掌握有一定的局限性，但他們是畢業(yè)了就要走上工作崗位投入生產(chǎn)實踐中去的人群，如何用有效且簡單的方法培養(yǎng)他們理論與實踐相結合的動手能力與操作能力呢？Multisim仿真軟件從教學與實踐方面實現(xiàn)了真正的可持續(xù)發(fā)展，它將龐大復雜的實驗室搬至計算機屏幕，在實踐操作過程中法成本低、風險小、功能全、效率高，所取得的學習或訓練效果有助于真實實驗環(huán)境[3]。在教學過程中引入Multisim仿真軟件，可以加深學生對專業(yè)理論知識的感性認識，克服學生對書本上概念、公式等固定知識的學習恐懼，做到在學中做、在做中學，學生對電路進行仿真分析之后再回到理論學習中去，既鞏固了專業(yè)知識，又培養(yǎng)了發(fā)散思維與創(chuàng)造能力，更給學生帶來了理論知識學習所沒有的成就感。

參考文獻：

[1]趙永杰，王國玉.Multisim 10電路仿真技術應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2]郭赟.電子技術基礎[M].5版.北京：中國勞動社會保障出版社，2014.

[3]林一蘇.Multisim在模電教學中的適用性分析[J].科教文匯（旬刊），2014（22）：189-190.