電工技術(shù)Multisim作用

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1Multisim10簡介及特點(diǎn)

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(tái)的仿真工具,可以設(shè)計(jì)、測(cè)試、仿真和演示各種電子電路,包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字、電路、射頻電路及微控制器和接口電路等。可以對(duì)被仿真的電路中元器件設(shè)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(jìn)行仿真時(shí),軟件還能存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)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(chǔ)測(cè)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(xì)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(shí)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(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法,以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法相比,具有如下特點(diǎn):設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行,可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn),修改調(diào)試方便。設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀器儀表齊全,可以完成各種類型的電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)?？煞奖愕貙?duì)電路參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和分析。因此,特別適合課堂教學(xué)。

2使用Multisim10進(jìn)行仿真的步驟

(1)打開Multismi10,首先進(jìn)行簡單的設(shè)置。選擇Options|GlobalPreferences菜單命令打開參數(shù)設(shè)置喜好選擇(GlobalPreferences)窗口,可以進(jìn)行各種選擇設(shè)置。創(chuàng)建電路。1)選擇電路元件,選擇元件時(shí)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(biāo)拖動(dòng)著該元件,將其拖動(dòng)到要放置的位置,再次單擊,即放到當(dāng)前位置上。雙擊該元件,彈出一個(gè)虛擬元件設(shè)置對(duì)話框,可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。2)元件的連接,單擊要連接的元件的引腳一端,當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)小黑點(diǎn)時(shí),拖動(dòng)光標(biāo)至另一元件的引腳處并單擊,系統(tǒng)就會(huì)用導(dǎo)線自動(dòng)將兩個(gè)引腳連接起來。電路中可以使用多個(gè)接地符號(hào),但至少要使用一個(gè)接地符號(hào),因?yàn)闆]有接地符號(hào)的電路不能通過仿真。3)放置要使用的儀表并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。與使用實(shí)際儀表非常相似,放置儀表后要進(jìn)行測(cè)試線的連接。按以上方法連接、設(shè)置完電路后,將電路保存。4)調(diào)試、仿真。單擊仿真開關(guān)或單擊Simulate菜單的RUN,調(diào)節(jié)儀表設(shè)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(xiàng)來實(shí)現(xiàn),點(diǎn)擊設(shè)計(jì)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(duì)分析的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行各種運(yùn)算處理,可以將已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電路傳輸?shù)讲季€軟件進(jìn)行PCB設(shè)計(jì),也可以導(dǎo)出各種電路數(shù)據(jù)[2]。

3Multisim仿真在《電工技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用

在電工技術(shù)中,動(dòng)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(xué)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(xué)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(duì)于過渡過程時(shí)間長短的影響,將有助于激發(fā)學(xué)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(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用[3]。在Multisim環(huán)境中創(chuàng)建一階RC電路。零輸入響應(yīng):一階電路僅有一個(gè)動(dòng)態(tài)元件,如果在換路瞬間動(dòng)態(tài)元件已儲(chǔ)存有能量,那么即使電路中無外加激勵(lì)電源,電路中的動(dòng)態(tài)元件將通過電路放電,在電路中產(chǎn)生響應(yīng),即零輸入響應(yīng)。對(duì)于圖1所示電路,當(dāng)開關(guān)J1閉合時(shí),電容通過R1充電,電路達(dá)穩(wěn)定狀態(tài),電容儲(chǔ)存有能量,電容電壓值恒定為8V,如圖2前半段波形所示。當(dāng)開關(guān)J1打開時(shí),電容通過R2放電,在電路中產(chǎn)生響應(yīng),即零輸入響應(yīng),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(yīng):當(dāng)動(dòng)態(tài)電路初始儲(chǔ)能為零時(shí),僅由外加激勵(lì)產(chǎn)生的響應(yīng)就是零狀態(tài)響應(yīng)。對(duì)于圖1所示的電路,若電容的初始儲(chǔ)能為零,即開關(guān)斷開。當(dāng)開關(guān)J1閉合時(shí)電容通過R1充電,響應(yīng)由外加激勵(lì)產(chǎn)生,即零狀態(tài)響應(yīng)。全響應(yīng):當(dāng)一個(gè)非零初始狀態(tài)的電路受到激勵(lì)時(shí),電路的響應(yīng)稱為全響應(yīng)。對(duì)于線性電路,全響應(yīng)是零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)之和。電容電壓全響應(yīng)電路如圖4所示,反復(fù)按下空格鍵使開關(guān)反復(fù)切換,通過示波器XSC2就可觀察到電容電壓全響應(yīng)波形。在教學(xué)中電路直接使用Multisim軟件創(chuàng)建,先引入零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的概念,然后進(jìn)行仿真讓學(xué)生觀察波形的變化,加深對(duì)概念的理解,再講解全響應(yīng)的概念,并對(duì)電路進(jìn)行仿真,讓學(xué)生通過觀察仿真波形,加以分析、總結(jié),得到全響應(yīng)是零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)之和的結(jié)論。為了進(jìn)一步講解時(shí)間常數(shù)對(duì)響應(yīng)速度的影響,可分別改變參數(shù)R和C改變時(shí)間常數(shù),觀察波形,得出結(jié)論。

4結(jié)束語

教學(xué)實(shí)踐證明,將仿真軟件進(jìn)入電工技術(shù)的課堂教學(xué)中,可以把抽象的理論知識(shí)通過實(shí)驗(yàn)形象化,許多實(shí)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(qiáng)課堂教學(xué)的直觀性和生動(dòng)性,加深學(xué)生對(duì)概念、原理的理解,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,提高教學(xué)效果。