電工技術Multisim作用

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1Multisim10簡介及特點

NIMultisim10是美國國家儀器公司(NI,NationalInstruments)推出的Multisim最新版本,是以Windows為平臺的仿真工具,可以設計、測試、仿真和演示各種電子電路,包括電工學、模擬電路、數(shù)字、電路、射頻電路及微控制器和接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分性骷O置各種故障,如開路、短路和不同程度的漏電等,從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真時,軟件還能存儲測試點的所有數(shù)據(jù),列出被仿真電路的所有元器件清單,以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。NIMultisim10具有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、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,以幫助設計人員分析電路的性能。與傳統(tǒng)的電子電路設計與實驗方法相比,具有如下特點:設計與實驗可以同步進行,可以邊設計邊實驗,修改調(diào)試方便。設計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全,可以完成各種類型的電路設計與實驗?？煞奖愕貙﹄娐穮?shù)進行測試和分析。因此,特別適合課堂教學。

2使用Multisim10進行仿真的步驟

(1)打開Multismi10,首先進行簡單的設置。選擇Options|GlobalPreferences菜單命令打開參數(shù)設置喜好選擇(GlobalPreferences)窗口,可以進行各種選擇設置。創(chuàng)建電路。1)選擇電路元件,選擇元件時單擊元件工具欄中的工具按鈕,彈出元件庫窗口,選擇需要的元件,在電路窗口中可看見鼠標拖動著該元件,將其拖動到要放置的位置,再次單擊,即放到當前位置上。雙擊該元件,彈出一個虛擬元件設置對話框,可以進行參數(shù)設置。2)元件的連接,單擊要連接的元件的引腳一端,當出現(xiàn)一個小黑點時,拖動光標至另一元件的引腳處并單擊,系統(tǒng)就會用導線自動將兩個引腳連接起來。電路中可以使用多個接地符號,但至少要使用一個接地符號,因為沒有接地符號的電路不能通過仿真。3)放置要使用的儀表并進行相應的設置。與使用實際儀表非常相似,放置儀表后要進行測試線的連接。按以上方法連接、設置完電路后,將電路保存。4)調(diào)試、仿真。單擊仿真開關或單擊Simulate菜單的RUN,調(diào)節(jié)儀表設置,觀察到合適的波形。(2)利用分析功能。Multismi10提供了18種分析方法,可以通過選擇Smiulate菜單中的Analysis命令項來實現(xiàn),點擊設計工具欄也可以彈出該電路分析菜單。(3)后處理和傳輸。后處理功能可以對分析的數(shù)據(jù)結果進行各種運算處理,可以將已經(jīng)設計好的電路傳輸?shù)讲季€軟件進行PCB設計,也可以導出各種電路數(shù)據(jù)[2]。

3Multisim仿真在《電工技術》教學中的應用

在電工技術中,動態(tài)電路的過渡過程是十分短暫的單次變化過程[1],通常在教學中都是以理論講解為主,涉及到的瞬態(tài)變化波形,一般直接呈現(xiàn)給學生,如果利用仿真電路來展示瞬態(tài)過程的變化以及參數(shù)對于過渡過程時間長短的影響,將有助于激發(fā)學生的興趣并加深理解。下面以一階RC電路為例說明multisim仿真技術在課堂教學中的應用[3]。在Multisim環(huán)境中創(chuàng)建一階RC電路。零輸入響應:一階電路僅有一個動態(tài)元件,如果在換路瞬間動態(tài)元件已儲存有能量,那么即使電路中無外加激勵電源,電路中的動態(tài)元件將通過電路放電,在電路中產(chǎn)生響應,即零輸入響應。對于圖1所示電路,當開關J1閉合時,電容通過R1充電,電路達穩(wěn)定狀態(tài),電容儲存有能量,電容電壓值恒定為8V,如圖2前半段波形所示。當開關J1打開時,電容通過R2放電,在電路中產(chǎn)生響應,即零輸入響應,仿真波形如圖2所示,后半段波形所示,電壓從8V按指數(shù)規(guī)律變?yōu)?[4]。零狀態(tài)響應:當動態(tài)電路初始儲能為零時,僅由外加激勵產(chǎn)生的響應就是零狀態(tài)響應。對于圖1所示的電路,若電容的初始儲能為零,即開關斷開。當開關J1閉合時電容通過R1充電,響應由外加激勵產(chǎn)生,即零狀態(tài)響應。全響應:當一個非零初始狀態(tài)的電路受到激勵時,電路的響應稱為全響應。對于線性電路,全響應是零輸入響應和零狀態(tài)響應之和。電容電壓全響應電路如圖4所示,反復按下空格鍵使開關反復切換,通過示波器XSC2就可觀察到電容電壓全響應波形。在教學中電路直接使用Multisim軟件創(chuàng)建,先引入零輸入響應和零狀態(tài)響應的概念,然后進行仿真讓學生觀察波形的變化,加深對概念的理解,再講解全響應的概念,并對電路進行仿真,讓學生通過觀察仿真波形,加以分析、總結,得到全響應是零輸入響應和零狀態(tài)響應之和的結論。為了進一步講解時間常數(shù)對響應速度的影響,可分別改變參數(shù)R和C改變時間常數(shù),觀察波形,得出結論。

4結束語

教學實踐證明,將仿真軟件進入電工技術的課堂教學中,可以把抽象的理論知識通過實驗形象化,許多實際中不易接觸到的儀器可以方便地從軟件中選用,能夠增強課堂教學的直觀性和生動性,加深學生對概念、原理的理解,激發(fā)學生的學習興趣和積極性,提高教學效果。