張慧穎

吉林化工學院信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022

仿真軟件在《電路理論》課程教學中的應用

張慧穎

吉林化工學院信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022

本文簡要介紹Multisim10軟件特點，說明了在該軟件提供的虛擬平臺上將虛擬軟件引入電路理論課堂教學，不僅豐富了課堂的教學內容，使電路理論教學更為形象、靈活，及時幫助學生理解課程內容，取得了良好的教學效果。

Multisim10；電路理論；理論教學

引言

電路理論是高校工科電類的重要專業(yè)基礎課，該課程不但要求學生掌握基本的分析方法，更重要的是培養(yǎng)學生對電路的分析、設計及其應用，為電專業(yè)學生后續(xù)課程打下堅實的基礎。由于該課程自身存在內容繁多、理論性強、抽象性強，要做到理論聯(lián)系實際，對于電類大學一年級的學生來說無疑增加了該課程的難度。如何將該門課程講好，做到復雜的知識簡單化，抽象的知識形象化，提高教學效果發(fā)揮學生的學習主動性，培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新的精神，本人在課堂上引入美國NI公司Multisim10軟件，通過軟件的演示與仿真，幫助學生理解課堂內容，變抽象理論為感性認識，彌補課堂理論教學的不足。

1 Multisim10軟件的主要特點

Multisim10是美國NI公司推出的Multisim新版本。它是一個完整的設計工具系統(tǒng)，提供了一個龐大的元件數(shù)據庫，并提供原理圖輸入接口、全部的數(shù)模SPICE仿真功能、VHDL/Verilog設計接口與仿真功能、FPGA/CPLD綜合、RF射頻設計功能和后處理功能，還可以進行從原理圖到PCB布線工具包的無縫數(shù)據傳輸。

Multisim10用軟件仿真的方法虛擬真實的實驗環(huán)境，提供了數(shù)千種元器件供實驗使用，同時也可以創(chuàng)建或擴展已有的元器件庫，而且該軟件的虛擬測試儀器/儀表種類齊全，因為該軟件可以完成較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析等各種電路分析方法，該軟件還可以設計、測試和演示各種電子電路[1]。

2 Multisim10仿真軟件在教學中的應用

Multisim10軟件具有強大的元器件庫，提供了較強的仿真分析能力，不僅能替代實驗室中的許多傳統(tǒng)儀器，界面友好，操作方便，運行環(huán)境逼真，用戶可以比在實驗室更加靈活的實驗環(huán)境中搭建實驗，實現(xiàn)了“虛擬實驗室”的要求。

2.1 Multisim10在三相電路中的應用

三相電路是由三相電源、三相負載和三相輸電線組成。三相電路在聯(lián)接方式上有Y-Y，Y-△，△-Y， △-△四種，根據電源和負載的對稱程度又分為對稱三相電路和不對稱三相電路。對于三相電路的這部分知識存在抽象性而且與實際生活息息相關，在課堂上僅憑借教師的講解，學生理解起來存在很大的困難，因此可以通過Multisim10仿真教學，將復雜問題形象化，使學生一目了然。

設計電路如圖1所示，通過開關J1、J2的斷開和閉合實現(xiàn)三相四線制、三相三線制電路的對稱和非對稱情況。當開關J1、J2閉合時，構成的是對稱的三相四線制電路[2][5]。

圖1 對稱三相四線制仿真電路

從仿真電路可以看出，每個小燈泡上的電壓為119.97V左右，達到了其額定電壓，小燈泡正常工作；由于是Y-Y聯(lián)接方式，由電壓表U1，U4，U5，U6，U8，U10可以看出線電壓與相電壓滿足倍的關系，驗證了理論推導出的結論。由U9電壓表及U11電流表測出，中線上的電壓等于0，電流近似等于0，這說明對于對稱的三相電路存在這樣的特點：電源中點與負載中點兩點等電位，可將其短路，且其中電流為零。這樣便可將三相電路的計算化為單相電路的計算[4]。

當J1閉合，J2打開時構成的是對稱三相三線制電路，仿真電路如圖2所示，可以看出對稱的三相四線制和三相三線制的工作狀態(tài)是一致的。

圖2 對稱三相三線制仿真電路

當J1打開，J2閉合時，構成的電路是非對稱三相四線制電路，此時由仿真電路圖可以看出X1小燈由于開關J1斷開而不亮，中線上存在中線電壓大小為9.167nV，中線電流大小為0.833A，X2、X3燈的電壓為119.97V。這說明：對于三相四線制電路如果中線上阻抗約為0時，可強使電源中點與負載中點等電位，使各相負載保持獨立性，各相工作狀態(tài)互不影響，但是值得注意的是，中性線電流不為0。

圖3 非對稱三相四線制仿真電路

當J1、J2打開時，構成的電路是非對稱三相三線制電路，由仿真電路圖4可以看出存在中線電壓U01=60V，UX2=UX3=103.902V，沒有達到負載小燈的額定工作電壓120V，因此造成小燈的工作狀態(tài)不正常[3]。

圖4 非對稱三相三線制仿真電路

在學習三相電路時，學生普遍感到難以理解，引入虛擬實驗十分接近實物，從直觀上加深了學生對三相電路知識的理解。

2.2 Multisim10在RLC串聯(lián)電路中的應用

圖5 RLC串聯(lián)諧振電路

由圖5可以看出，在上述電路中L和C的選取恰好使電路發(fā)生了串聯(lián)諧振。發(fā)生串聯(lián)諧振時，L、C相當于短路，而都不等于零，但兩者模相等且反相，相互抵消，由此電阻上獲得最大電壓約為電源電壓。調出庫中提供的波特圖示儀對設計的電路進行幅頻特性和相頻特性分析，分析測試圖分別如圖6、圖7所示。

圖6 RLC串聯(lián)諧振幅頻特性測試

圖7 RLC串聯(lián)諧振相頻特性測試

3 結語

Multisim10易學易懂，將其引入電路理論課堂教學，提高了學生的學習興趣，可以豐富傳統(tǒng)的理論授課內容，彌補PPT教學和板書授課所帶來的不足，進而提高課堂學習效率，同時可以做到理論和實驗相結合，有助于學生理解課本中的抽象內容。另外學生還可以利用Multisim10充足的元件資源和虛擬儀器進行實驗設計，拓展實踐領域，也有利于開發(fā)學生的學習潛能，培養(yǎng)學生的綜合分析能力，提高學生的綜合設計能力和創(chuàng)新能力，因此將Multisim10軟件在電路理論教學改革中起著越來越重要的作用。

[1 ]趙威威. 基于NI Multisim10的仿真研究[J].電腦與信息技術,2008,16（6）:82-84.

[2 ]邱光源.電路[M].北京:高等教育出版社,2006

[3]盛桂珍,蔡長青.基于Multisim10的新型教學方法的研究[J].長春工程學院學報,2011,12(3):90-92

[4]陳希有,李冠林,劉蘊紅,董維杰.虛擬實驗在“電路理論”教學中的應用[J].電氣電子教學學報,2010,32(6):72-76

[5]張新喜,許軍,王新忠.Multisim10電路仿真及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010

TM132

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.164

張慧穎（1982-），女，吉林市人，吉林化工學院信息與控制工程學院，講師，主要從事電路理論、電子技術等方面教學與應用。