基于Multisim的电路实验教学研究

郭春来 1 ，白娜 1 ，曹显莹 1 ，张蔓 1 ，胡文 1

摘要：虚拟仿真实验可以有效的提高实验教学效率，Multisim10仿真软件在电路实验教学中的应用已经非常普遍，由于硬件实验设备常常出现故障，硬件电路不能够提供很好的实验数据，而且硬件电路比较固定，很难让学生自由发挥，而仿真电路则更灵活直观，数据的准确度也更高，通过仿真电路教学可引导学生自己改变电路结构和参数进行更深入的实验。结果表明，学生的课堂活跃度大大增加，激发了学生分析问题的兴趣，加强了解决问题的能力。

关键词: 电路实验；虚拟仿真; Multisim10

0、引言

在众多的电路仿真软件中，Multisim10具有高度互动，易于使用，器件库齐全，电路仿真分析能力丰富等优点，在具备专业软件工具优势的同时，可以帮助学生深刻理解电路理论与行为。而且Multisim10计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的问题。学生可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出属于自己的仪表，提高学生的学习热情和积极性。

1、 Multisim10仿真在实验教学中的应用优势

Multisim10仿真系统最大特点的是高度的系统集成化、图形化、简单易用、形象直观。电路的原理图输入、建立、仿真、分析和结果显示、输出均在同一个环境中完成,电路结构和形式与教科书完全相同,整个软件系统的操作过程较为简便,学习和使用很方便,我们在不增加额外实验学时的情况下,只需要稍加讲解和演示,学生就可以开始使用这个功能强大的EDA工具完成实验^[1,2]。

Multisim10仿真系统支持电路的模块化设计,由此可以把复杂的电路分解为相对独立的子电路,我们可以用已有的一些基本的元器件来实现具有这些子电路功能的模块,然后进行封装,这就有利于学生在实验过程中发挥自己的创新能力设计出具有特定功能的模块,这些模块可以在实验中多次应用。这个特点提高了学生自己动手设计具有一定功能模块的能力,这比传统的实验箱实验方法更具优势。总之, Multisim10是一个十分优秀的电子系统设计训练工具,它使传统实验摆脱了对元器件和实验设备的过多依赖,以及元器件和实验设备对传统实验的局限性，对电路实验课程的改进具有重要的意义^[3]。

2. 基于Multisim的电路原理实例分析

Multisim仿真技术可用于电路定理和电路基本分析方法的验证，具体电路进行具体分析，课堂时间有限，基于电路原理的实例设计与分析更能够在有限的时间和学生互动，对教学产生良好效果。

2. 1. 电路定理的验证

电路原理的验证与分析是教学中的基础内容，基尔霍夫定理，戴维南定理和叠加定理都是要求学生掌握的重要定理，该部分内容以验证性实验为主，在学生熟悉相关原器件和Multisim仿真软件的过程中，让其了解软件仿真和现实电路之间的联系，熟悉Multisim软件，并着手进行电路图绘制和仿真分析方法^[4-6]，这里以基尔霍夫定律为例，实例如下：

图1基尔霍夫实验电路图

通过绘制电路图，熟悉Multisim软件的使用，掌握基本的电路图绘制和仿真分析方法，利用仿真软件强大的电路分析功能，可更准确地验证基尔霍夫定理的正确性。

被测量	I1（mA）	I2（mA）	I3（mA）	Us1（V）	Us2（V）	Ufa（V）	Uab（V）	Ucd（V）	Uad（V）	Ude（V）
计算值	1.92	5.99	-7.92	-6	12	0.99	-5.99	-1.98	4.04	0.98
测量值	1.93	5.99	-7.91	-6	12	0.98	-5.99	-1.98	4.04	0.98
相对误差	0.52%	0	0.12%	0	0	1.01%	0	0	0	0

表1 基尔霍夫定律测量表

通过软件仿真的电路，学生可以随时调整电路结构和实验参数，大大提高了学生参与实验的积极性，在实验过程中可以自己动手验证不同类型的问题，这在固定不变的实际电路中几乎是不可能的。

2.2对于电路暂态和稳态响应的仿真

RC电路时域响应:从一种稳定状态转到另一种稳定状态往往不能跃变，而是需要一定过程（时间）的，这个物理过程称为过渡过程。

所谓稳定状态，就是电路中的电流和电压在给定的条件下已达到某一稳定值（对交流讲 是指它的幅值到达稳定）。稳定状态简称稳态。电路的过渡过程往往为时短暂，所以电路在过渡过程中的工作状态常称为暂态，因而过渡过程又称为暂态过程^[7]。

对于电路的暂态和稳态响应，在硬件电路中有很多影响因素，常见的示波器探针损坏问题，会让观察到的图形严重失真，这在仿真电路中是不存在的。

3、结 语

通过三个仿真实验的研究，说明了虚拟仿真在电路实验教学中的先导优势。Multisim 10 仿真软件能满足在实验教学过程中对测试数据及波形的要求。操作过程与在实验室做实验相同，测量数据、波形和特性曲线与在真实仪器上得到相同结果，运行环境逼真，Multisim 10 同时提供了多种电路分析方法，具有较强的仿真分析能力。便于操作和理解，非常有利于培养学生的学习能力及理论联系实际的能力，相较于硬件电路容易损坏等问题，仿真电路更能够让学生自由改变参数，让学生能够更深入地了解电路。

项目来源：哈尔滨石油学院教学改革项目，项目编号：hsyjg201915

参考文献：

1. 张蓓,张粹玲,王新泽,刘云钦,张静.“传感器及调理电路的设计与仿真”课程的项目实践理念探索[J].实验技术与管理,2021,38(03):225-229+282.

2. 张辉,何春燕,王玮.Multisim在模拟电路和数字电路课程中的应用[J].电子制作,2021(04):17-19.

3. 李敏.Multisim在数字电路课程设计中的应用[J].实验室科学,2020,23(06):56-59.

4. 孙艳,王姝敏,颜红.Multisim在元件性能测定实验中的应用[J].韶关学院学报,2020,41(12):89-93.

5. 吉皓月,夏何银,宋琳.应用Multisim进行简单的波形转换仿真[J].中国新技术新产品,2020(23):5-7.

6. 王丽华,雷治林,梁亮.基于Multisim 10的单管放大电路实验教学研究[J].吉林大学学报(信息科学版),2020,38(05):537-541.

7. 沈怡平,崔保春,赵洪亮,滕升华.Multisim在差分放大电路实验中的应用[J].实验室科学,2020,23(03):74-77.