EDA軟件MultiSim在電工電子技術實驗教學中的應用分析研究 教育教學專業(yè)

EDA軟件MultiSim在電工電子技術實驗教學中的應用摘要：文章對MultiSim仿真軟件進行了介紹，探討了其在電工電子技術實驗教學中的應用，利用該虛擬電子實驗臺輔助實驗教學，可以克服傳統(tǒng)實驗中的一些不足，使實驗教學更加方便、靈活、直觀，能取得更好的教學效果。關鍵詞：電子設計自動化（EDA）；虛擬電子實驗臺；MultiSim；仿真引言在科學技術日新月異的背景下，隨著教育改革的深入，如何實現(xiàn)教育技術現(xiàn)代化、教學手段現(xiàn)代化已經成為我國教育改革所面臨的一個重要課題。目前，在電工電子技術實驗教學方面，國內多數(shù)高校仍主要采用實物元器件進行硬件連線測試，大多數(shù)采用面包板或者各種現(xiàn)成的實驗箱。這種傳統(tǒng)的實驗方式由于受實驗室條件的限制，在給學生開設一些擴展型、設計型以及綜合型實驗時將會遇到困難，特別是新器件，新設備價格昂貴，一般院校的電子學實驗室更是無法承受。隨著電子設計自動化（EDA）技術的發(fā)展，開創(chuàng)了利用“虛擬儀器”、“虛擬器件”在計算機上進行電子電路設計和實驗的新方法。目前，在這類仿真軟件中，“虛擬電子實驗臺”——MultiSim較為優(yōu)秀，其應用逐步得到推廣。這種新型的虛擬電子實驗技術，在創(chuàng)建實驗電路時，元器件和測試儀器均可以直接從屏幕圖形中選取，而且軟件中的測試儀器的圖形與實物外形基本相似。利用MultiSim仿真軟件進行電工電子技術實驗教學，不僅可以彌補實驗儀器、元器件短缺以及規(guī)格不符合要求等因素，還能利用軟件中提供的各種分析方法，幫助學生更快、更好地掌握教學內容，加深對概念、原理的理解，并能熟悉常用的電工電子儀器的測量方法，進一步培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力。虛擬電子實驗臺MultiSim簡介Multisim是加拿大InteractiveImageTechnologies公司出品的電路模擬軟件，V5以前的版本稱為ElectronicsWorkbench，從V6開始改為Multisim。在教育界比較流行的Multisim2001版屬于V6版本，目前Multisim的最新版本是V8。Multisim從V5到V6的功能有很大的擴充，特別是增加了VHDL和VerilogHDL模塊，使它成為真正的“數(shù)模\VHDL\Verilog”的混合電路模擬軟件。 Multisim的主要功能和特點：Multisim具有直觀、方便的操作界面，創(chuàng)建電路、選用元器件和虛擬測試儀器等均可直接從屏幕圖形中選取，而且提供的虛擬測試儀器非常齊全，其外觀與實物外形基本相似，操作這些虛擬設備如同操作真實的設備一樣。Multisim極大地擴充了元件數(shù)據庫，特別是大量新增的與現(xiàn)實元件對應的元件模型，增強了仿真電路的實用性，同時還可以新建或擴充已經有的元件庫，建庫所需的原器件參數(shù)可以從生產廠商的產品使用手冊中查到。Multisim具有較為完善的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)定分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法。此外，還可以對被仿真電路中的元件設置各種故障，以便觀察到故障情況下的電路工作狀態(tài)。用MultiSim進行虛擬實驗的方法2.1 構造和測試電路分為以下幾個步驟： ⑴根據實驗內容從元件庫選擇元件放到工作區(qū)； ⑵將工作區(qū)中的元件按照電路布局進行放置，用導線將元件連接起來，并設置好元件參數(shù)和模型； ⑶在電路中需要觀測的節(jié)點放置、連接電壓、電流表計和示波器、信號發(fā)生器等觀測儀器； ⑷根據測試要求設定儀器參數(shù)，進行電路仿真、觀測。2.2 電路仿真運行電路創(chuàng)建完畢，點擊“運行”開關后，就可以從示波器等測試儀器上讀得電路中被測數(shù)據。整個仿真運行過程可分成以下幾個步驟： ⑴數(shù)據輸入：將已創(chuàng)建的電路圖結構、元器件數(shù)據讀入，選擇分析方法； ⑵參數(shù)設置：檢查輸入數(shù)據的結構和性質，以及電路中的闡述內容，對參數(shù)進行設置； ⑶電路分析：對輸入信號進行分析，形成電路的數(shù)據值解，并將所得數(shù)據送至輸出級； ⑷數(shù)據輸出：從測試儀器如示波器或萬用表等上獲得仿真運行的結果。也可以從“分析”欄中的“分析顯示圖”看到測量、分析的波形圖。MultiSim在電工電子實驗教學中的應用舉例3.1 RLC串聯(lián)電路的響應與狀態(tài)軌跡觀測（電工電路仿真實驗）二階RLC串聯(lián)電路在電工電路中較為常見，但用傳統(tǒng)的方法講授、觀測該電路的響應過程是比較抽象、復雜的，而使用Multisim對其過渡過程進行仿真分析，就可以很方便地研究其過阻尼、臨界阻尼和欠阻尼三種狀態(tài)下的響應曲線和狀態(tài)軌跡。如圖1所示，在Multisim工作區(qū)搭建實驗電路，并設置好相關參數(shù)。圖中函數(shù)發(fā)生器輸出方波信號，。用示波器觀測電容兩端電壓，通過鍵盤上的“a”鍵，可以實時改變可調電阻R1值，從而得到三種不同狀態(tài)的響應曲線，如圖2所示。圖1圖1（a）臨界阻尼（a）臨界阻尼（b）欠阻尼（c）過阻尼圖2 二階RLC串聯(lián)電路三種狀態(tài)的響應曲線為了觀測該電路的狀態(tài)軌跡，需按圖3搭建實驗電路。圖中，函數(shù)發(fā)生器輸出方波信號，；示波器置于雙蹤工作方式，將電容兩端電壓送入示波器的A端子，電感電流送入示波器的B端子，則從屏幕上就可以顯示出其狀態(tài)軌跡，原理與顯示李薩育圖形一樣。圖3為獲得電感電流，加接了取樣電阻R3，將電流量轉變?yōu)槌烧鹊碾妷毫?。由于電阻R3的引進，電容電壓值比實際值偏大，但由于電容的阻抗，所以電阻R3帶來的影響可以忽略不計。改變可調電阻R2值，便可觀察振蕩與非振蕩情況下的狀態(tài)軌跡，如圖4所示。圖3（a）臨界阻尼（a）臨界阻尼（b）欠阻尼（c）過阻尼圖4 二階RLC串聯(lián)電路三種狀態(tài)的狀態(tài)軌跡3.2 晶體管輸出特性曲線測試(電子電路仿真實驗) 晶體管輸出特性曲線是描述晶體管各極電流與各極電壓關系的曲線，對于了解晶體管性能和晶體管電路分析是非常有用的。傳統(tǒng)的晶體管輸出特性曲線測試實驗，比較繁瑣，現(xiàn)利用MultiSim強大的仿真分析、數(shù)據后期處理功能，則可以方便、快捷地測繪出晶體管輸出特性曲線。圖5 圖5 晶體管測試電路圖圖6DCSweepAnalyses對話框設置圖6DCSweepAnalyses對話框設置圖7Postprocess對話框設置圖7Postprocess對話框設置圖8晶體管測試曲線圖8晶體管測試曲線圖9晶體管輸出特性曲線結論從以上列舉的仿真試驗中，可以看出，用MultiSim進行電工電子虛擬實驗非常方便，現(xiàn)象直觀，結果精確。這對電工電子技術實驗教學是一種很好的輔助手段。并且，還為學生進行綜合性、創(chuàng)造性實驗提供了一個廣闊空間。隨著MultiSim應用的推廣和深入，其必將在電子工程、信息工程、電氣工程、自動控制等領域的輔助教學中發(fā)揮重要作用。參考文獻：[1]Interactive