Multisim在戴維寧定理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

孫艷，王姝敏

(蚌埠學(xué)院 電子與電氣工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

電路分析是高等院校電子類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是后續(xù)的模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、FPGA原理及應(yīng)用、信號(hào)與系統(tǒng)等課程的基礎(chǔ)[1]。而戴維寧定理是電路分析課程中的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，熟練掌握戴維寧定理對(duì)于后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)會(huì)有很大幫助。

本文提出將 Multisim軟件應(yīng)用到電路分析課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以戴維寧定理實(shí)驗(yàn)為例，通過運(yùn)用 Multisim軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行仿真分析[2]，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用這種新的途徑完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從新的方式方法上幫助學(xué)生理解和掌握相關(guān)理論知識(shí)[3]，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性會(huì)有更大的提高。

戴維寧定理指出：“一個(gè)含獨(dú)立電源、線性電阻和受控源的一端口，對(duì)外電路來說，可以用一個(gè)電壓源和電阻的串聯(lián)組合等效置換，此電壓源的激勵(lì)電壓等于一端口的開路電壓，電阻等于一端口內(nèi)全部獨(dú)立電源置零后的輸入電阻?！盵1,4]戴維寧定理實(shí)驗(yàn)中，將一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)和其戴維寧等效電路分別對(duì)同一個(gè)電阻作用，那么對(duì)這個(gè)電阻兩種情形下獲得的兩端電壓和通過的電流進(jìn)行比較，來驗(yàn)證戴維寧定理的正確性。戴維寧定理實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示，其中圖1(a)為原電路圖，圖1(b)為等效電路圖。

1 有源二端網(wǎng)絡(luò)帶負(fù)載實(shí)驗(yàn)仿真

圖1(a)所示電路中虛線框內(nèi)為一有源二端網(wǎng)絡(luò)，外接一負(fù)載電阻RL，其中RL=0～1k可調(diào)。那么，當(dāng)RL阻值在0～1k之間變化時(shí)，其兩端電壓U和通過的電流I也會(huì)跟隨變化。將圖1(a)用Multisim進(jìn)行仿真，仿真電路圖如圖2所示。

圖2 有源二端網(wǎng)絡(luò)帶負(fù)載實(shí)驗(yàn)仿真電路圖

在圖2中通過按鍵A可調(diào)節(jié)RL電阻阻值，用萬用表分別測(cè)出不同阻值下RL兩端的電壓U和通過的電流I，將測(cè)得的數(shù)據(jù)整理在表1中。

表1 圖2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 等效電路帶負(fù)載實(shí)驗(yàn)

運(yùn)用Multisim將圖1(a)所示電路中虛線框內(nèi)有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC和短路電流ISC測(cè)量出來，計(jì)算出等效電阻R0的數(shù)值。測(cè)量開路電壓的仿真電路如圖3所示，測(cè)量短路電流的仿真電路如圖4所示，將數(shù)值記錄在表2中，并計(jì)算R0=UOC/ISC。

表2 等效電阻

通過圖3、圖4及表2可得圖1(b)所示虛線框中的等效電路，將等效電路接入同一個(gè)可調(diào)電阻RL，運(yùn)用Multisim畫出仿真電路如圖5所示。同樣改變RL阻值可測(cè)得相應(yīng)的兩端電壓U和通過的電流I，將測(cè)得數(shù)據(jù)列在表3中。

表3 圖5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 等效電路帶負(fù)載實(shí)驗(yàn)仿真電路圖

比較表1和表3，可以發(fā)現(xiàn)，在所測(cè)數(shù)據(jù)取相同精度時(shí)，兩表數(shù)據(jù)除RL阻值在1%時(shí)的I和96%時(shí)的U有0.001的誤差外，其余的全部相同，從而驗(yàn)證戴維寧定理的正確性。

3 結(jié)論

以戴維寧定理實(shí)驗(yàn)為例，運(yùn)用Multisim軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行仿真分析。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，確定了原電路和等效電路之間的相互關(guān)系，進(jìn)一步驗(yàn)證了戴維寧定理的正確性。同時(shí)，利用Multisim軟件中電路元件庫豐富、虛擬儀器功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高電路分析實(shí)驗(yàn)精度及分析速度[5]。通過這種新的實(shí)驗(yàn)方式方法，改變過去傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過于單一的缺點(diǎn)，避免學(xué)生盲目按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟進(jìn)行操作，幫助學(xué)生更好的理解和掌握相關(guān)的理論知識(shí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。因此，Multisim作為常用的EDA軟件，是電路分析實(shí)驗(yàn)中一個(gè)有效的輔助工具。