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電工電子實驗教學案例范文1
[關鍵詞]Multisim；教學；電路；仿真
[中圖分類號]G642
[文獻標識碼]A
[文章編號]2095-3712 2015 13-0075-03
[作者簡介]陳少航 1981― ，男，廣西桂林人，研究生，桂林航天工業學院自動化系講師，研究方向：信號分析及處理。
“電路分析基礎”課程是自動化、測控技術與儀器、電子信息工程技術等電類本科專業十分重要的基礎課，該門課程理論性和抽象性都比較強，學習難度比較大，又由于課程教學條件的限制，學生的學習積極性及教學效果不是很理想，需進一步提升。因此，因系制宜改革教學方法及方式是一項重要的研究課題。近年來，隨著軟件技術特別是仿真軟件技術的飛速發展，越來越多的高校將仿真技術引入到電類課程教學過程。下面結合我校相關專業特點及教學現狀，詳細介紹Multisim在“電路分析基礎”課堂教學和實驗教學中的應用。
一、Multisim簡介
Multisim是美國國家儀器公司開發的以Windows為平臺的仿真工具，是一款專業的電子仿真軟件，可以模擬單片機應用系統、模擬電子線路、數字電子線路及混合電路的工作過程及結果，仿真界面人性化強，元器件模型、虛擬儀器儀表及MCU非常豐富，能夠實時仿真“電路分析基礎”課程的各種電路，并能實時觀察不同元件參數對電路造成的影響。
二、Multisim在課堂教學中的實踐
目前，“電路分析基礎”課堂教學主要是PPT靜態演示為主，也就是課程的講授是以PPT為主，這樣的講授方式持續了很多年，但教學效果并沒有獲得質的突破，究其原因，主要是沒有對本課程抽象的理論知識建立相應的教學模型，因此，學生對教師講解的內容理解得不夠深刻，有一種似懂非懂、知其然而不知所以然的感覺。
Multisim是一款很強的實物模型仿真軟件，課堂PPT教學過程穿插對應的Multisim仿真電路模型，能建立起一種交互式、討論式的教學模式，提升學生對空間實物電路的理解能力，下面介紹一下Multisim仿真技術在課堂教學中的具體應用：
一 一階電路狀態、響應的仿真
一階電路的狀態及響應分析是“電路分析基礎”課程的重點內容，同時也是學生比較難掌握的內容，它主要是分析電路中的零狀態、零輸入以及全響應，圖2是用于仿真一階電路的RC電路，激勵是一個幅值為1伏，頻率為1000赫茲，占空比為50%的方波。設計電路的時間常數，當方波值為1伏時，用來模擬電容的充電過程；當方波值為0時，用來模擬電容的放電過程。電容充、放電過程的電路響應實際就是圖1的零狀態和零輸入響應過程。
采用Multisim10.0里的Simulite/Analyses/Transient Analysis 瞬態分析 對圖2進行仿真分析，利用軟件自帶的虛擬示波器，得到如圖3所示的響應結果。圖2中的粗線是方波信號，細線上升階段是電容充電過程，細線下降階段是電容放電過程，在圖2中利用Multisim的坐標定位功能，可以得到電容的充、放電過程是符合一階電路零狀態儲能和零輸入衰減過程，在一個時間周期內，圖1的響應結果也是電路全響應的結果。
另外，圖1中的電阻的變化會引起時間常數的變化、引起電路響應的變化，利用Multisim的Simulite/Analyses/Parameter Sweep 參數掃描分析 功能，同時觀察不同電阻值對電路引起的響應結果如圖2所示，圖2顯示了R1分別為50Ω、100Ω、150Ω以及200Ω的電路響應。
圖2、圖3 在仿真過程中，融合了一階電路的零輸入、零狀態、全響應對電路響應的影響，利用參數掃描功能同時觀察不同電路參數對電路響應結果的影響，這有利于學生理解和掌握這一抽象的難點內容，同時，學生可以自行修改實驗參數，進一步加深印象和理解。
二 諧振電路仿真
串、并聯諧振是正弦穩態電路分析的重要內容，圖4 由電感、電容以及電阻串聯構成，用來仿真串聯電路的諧振，圖4阻抗為：
將電路元件參數代入①式，計算出①式中的虛部位為零，由串聯諧振條件可知，圖4發生諧振，并且信號源和電阻R1上的電壓值相同，同時電容、電感的串聯支路電壓為零，通過仿真軟件內嵌的虛擬交流電壓表測量顯示，仿真和理論分析結果相同。
三、Multisim在實驗教學中的應用
“電路分析基礎”課程實驗內容較多、較難，而單次實驗課時間又較短，以前，每次做電路實驗都比較倉促，實驗的效果也不是很好，需要進一步改進實驗教學模式。Multisim的引入取得了傳統實驗教學模式達不到的效果。課外提前布置實驗內容的仿真驗證任務，要求學生提前用Multisim進行實驗，而且學生可以在實驗要求范圍內自行修改Multisim仿真參數和仿真電路，仿真達到預定目標之后，再搭建具體的實物電路，經過一個學期的教學實踐，證明這種實驗模式能縮短實驗時間、降低實驗器材的損耗，學生反應更能適應這種新式的實驗模式，而且實驗效果獲得顯著提高。下面用圖5驗證戴維南定理為例，介紹Multisim仿真技術在實驗教學中的具體應用，圖中的A圖有一個由流經R4電流控制的電流源， 斷開RL1，計算 也可以用Multisim內嵌的虛擬儀器測量 得到A圖的等效Uoc=1V；等效Req=5Ω；其戴維南定理等效電路如圖B所示，同時相同改變A、B圖負載參數，仿真結果顯示A、B圖的直流電流表讀數始終保持相同。仿真結果表明對負載RL的戴維南等效電路是正確的。
四、結束語
經課堂和實驗教學雙重實踐證明，將Multisim仿真技術引入“電路分析基礎”教學過程，課堂教學中結合理論分析不斷穿插仿真案例，實驗教學前布置仿真任務，實驗中加入電路的仿真環節，有利于提高學生的學習興趣，利于激發、調動學生的學習積極性和主動性，有利于培養學生設計電路、分析電路、解決電路故障的能力，有利于培養學生探索和創新思維，有利于降低實驗器材損耗，并能加強師生之間交流和合作，提高實驗的安全性和可靠性，提升學生的學習效果和課程的教學質量，促進教學健康、快速、跨越式發展。
參考文獻：
[1] 邱關源.電路[M].北京：高等教育出版社，1999.
[2] 張新喜，許軍，王新忠，等.Multisim 10電路仿真及應用[M].北京：機械工業出版社，2010.
[3] 王庭才.Multisim11電子電路仿真分析與設計[M].北京：機械工業出版社，2012.
