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基于Multisim平台的电工电子实验设计

发表于:2022-10-23 20:20:03 来源:网友投稿

zoޛ)j馓.جc.جc.جo˥+学习和工作的助手,能够完整的做到捕捉原理图,电路原型设计,仿真模拟实验和测试。

一、Multisim平台在电工电子实验中应用的优势

Multisim软件主要有以下功能,根据要求构建模拟电路,利用软件模拟电子电工器件和仪表,使得软件运行与仪器运行一致,方便工程师科学建立模型和方案,它提供品类繁多的元器件库,也可以自己开发一些元器件,元器件的参数也与多数厂家保持一致。Multisim软件具有功能齐全的模拟测试仪器仪表,例如字信号发生器、逻辑分析仪器、频谱分析、万用表、示波器等,也有科学的电路分析能力,可以准确的进行时域和频域分析、零极点分析、灵敏度分析、傅立叶分析等。同时能够测试和演示电路运行,灵活设置一些电路模式,例如开路、闭路和漏电等。除了基本仿真功能,Multisim软件还可以得到所有仿真数据,以便进行数据分析。

Multisim软件在电工电子实验中具备很多优势,第一,可以提高实验效率,不用像传统实验配置很多仪器,增加实验时间和成本。第二,节省高校实验室的建设成本,对于工科院校,实验设备大多昂贵,给学校带来不小的财政压力,许多先进的实验设备因资金不足无法采购,学生更是不能及时验证自己的想法,Multisim软件具备多种仪器功能,利用软件可以代替设备,弥补了实验设备的不足。第三,传统实验的调试工作需要耗费很大精力,而仿真模拟只需要鼠标操作即可,随时调整电子电路的设计方案,大大增加了实验的可扩展性和创新性。第四,Multisim软件作为一种仿真软件需要Windows操作平台即可,因此除了实验室,任何地点都可以进行实验,方便学生学习。第五,掌握Multisim软件对以后的工作也有很大帮助,在目前高校缺乏实习和实践方法的条件下,是一种快速提高学生动手能力的实验工具,学生使用Multisim仿真除了能够完成学习任务之外,还可以利用该软件设计一些工业产品,全面提高个人能力。因此,基于Multisim平台的电工电子实验是高校所必需的,对于提高学生的各方面能力意义重大。

二、基于Multisim平台的电工电子实验设计

(一)基于Multisim软件的电压电流定律仿真

基于Multisim软件的模拟实验,首先设计合理的实验方案,弄清自己的实验目的,电压电流定律是最基础的电学知识,利用Multisim软件可以轻松实现仿真模拟验证,该实验目的是验证电流电压定律,所以要设计一个并联电路图,每个支路都要设置一个电流表或者万用表,测量电流和电压。然后根据这个目的完成电路模型。并联电路中,总电流等于支路电流和,图2I3是I1和I2电流之和,如公式(1)所示。而图3验证了并联电路电压定律,支路电压是相同的,V3是V4和V5的和,如公式(2)所示。从中可以看到,实验数据满足电流电压定律,说明模型合理。通过仿真实验,我们从数据关系上深入理解电压电流定律,对于学习更高深的电工电子知识十分重要。

(二)信号两级放大仿真实验

表1 基于Multisim软件的信号两级放大仿真实验数据

根据实验目的,首先设计的信号两级放大电路原理图,如图4所示。我们采用了两级阻容耦合放大器,阻容耦合的多级放大电路的所有工作点之间是相互独立的,可根据实验情况和具体作用进行调整,但是两级阻容耦合放大器只能用于交流电信号,无法放大直流电信号,本文实验将输出的静态的工作点设置在负载线的中点位置,在每个阶段都尽量获取最大的电压,并尽量使信号不失真,让放大器一直处于稳定状态,信号经过两级阻容耦合放大器后,每一次都会将信号倍增,然后再作为输出信号等待进一步倍增。最后总的放大倍数等于所有阶段放大倍数的积,而各个阶段的放大倍数实质上受到信号频率的影响,测试发现,信号频率的波段都会引起倍增幅度的减小,这些都是因为存在耦合电容,晶体管极间等效电容等。通过Multisim仿真,调试和实验,我们得到了如下数据。第一级阻容耦合放大的各部分电压值分别是10.5V,0.6V,0V,第一级阻容耦合放大的各部分电压值分别是7.2V,2.3V,1.6V。第一级放大倍数是32.3倍,第二级放大倍数是3602.9倍,因此可以总结出两级信号放大的作用。基于Multisim软件可以让学生随时调整放大倍数,用于不同的元件设计和仿真,对于学生创新和电工电子实践有巨大帮助。

(三)Multisim仿真在其他电子电工实验中的应用

除上述实例之外,Multisim软件还可以用于设计两级电压并联正反馈的放大电路,分析是否产生了反馈放大倍数。利用74LS290计数器和两个电压信号制作数字时钟。利用自行振荡和显示器轮流显示电路的方法制作流水灯等。可以看出,Multisim仿真平台可以完成很多验证性实验、开发性实验和创新性实验,无论学习和科研都是不可或缺的仿真工具,因此高校电子电工实验课程改革要引入这一软件并认真教学,使学生掌握好这一工具的使用。

通过仿真实验模拟分析,我们可以看到基于Multisim平台的电工电子实验有利于提高学生的创新能力、思考能力、动手能力和设计能力,Multisim软件可以随时调整电路上各个元件的参数、电路的线路位置以及设计方案,学生能够将所学知识利用Multisim软件实现并进行验证性分析,使得理论迅速可以落实到实践上,帮助学生快速掌握所学知识。

【参考文献】

[1] 张志友.Multisim在电工电子课程教学中的典型应用[J].实验技术与管理,2012,29(4)

[2] 孙彤.Multisim仿真在电工电子理实一体化课程中的应用[J].中国科技纵横,2014(1)

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[5] 郑长波.Multisim仿真软件对提高电子技术教学质量的影响[J].电子世界,2014(16)

【作者简介】柯宝桦,女,广西柳州人,柳州铁道职业技术学院实验师,研究方向:电工电子实验。

(责编 丁 梦)

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