仿真软件在《电路理论》课程教学中的应用

张慧颖

吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022

仿真软件在《电路理论》课程教学中的应用

张慧颖

吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022

本文简要介绍Multisim10软件特点，说明了在该软件提供的虚拟平台上将虚拟软件引入电路理论课堂教学，不仅丰富了课堂的教学内容，使电路理论教学更为形象、灵活，及时帮助学生理解课程内容，取得了良好的教学效果。

Multisim10；电路理论；理论教学

引言

电路理论是高校工科电类的重要专业基础课，该课程不但要求学生掌握基本的分析方法，更重要的是培养学生对电路的分析、设计及其应用，为电专业学生后续课程打下坚实的基础。由于该课程自身存在内容繁多、理论性强、抽象性强，要做到理论联系实际，对于电类大学一年级的学生来说无疑增加了该课程的难度。如何将该门课程讲好，做到复杂的知识简单化，抽象的知识形象化，提高教学效果发挥学生的学习主动性，培养学生勇于创新的精神，本人在课堂上引入美国NI公司Multisim10软件，通过软件的演示与仿真，帮助学生理解课堂内容，变抽象理论为感性认识，弥补课堂理论教学的不足。

1 Multisim10软件的主要特点

Multisim10是美国NI公司推出的Multisim新版本。它是一个完整的设计工具系统，提供了一个庞大的元件数据库，并提供原理图输入接口、全部的数模SPICE仿真功能、VHDL/Verilog设计接口与仿真功能、FPGA/CPLD综合、RF射频设计功能和后处理功能，还可以进行从原理图到PCB布线工具包的无缝数据传输。

Multisim10用软件仿真的方法虚拟真实的实验环境，提供了数千种元器件供实验使用，同时也可以创建或扩展已有的元器件库，而且该软件的虚拟测试仪器/仪表种类齐全，因为该软件可以完成较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析等各种电路分析方法，该软件还可以设计、测试和演示各种电子电路[1]。

2 Multisim10仿真软件在教学中的应用

Multisim10软件具有强大的元器件库，提供了较强的仿真分析能力，不仅能替代实验室中的许多传统仪器，界面友好，操作方便，运行环境逼真，用户可以比在实验室更加灵活的实验环境中搭建实验，实现了“虚拟实验室”的要求。

2.1 Multisim10在三相电路中的应用

三相电路是由三相电源、三相负载和三相输电线组成。三相电路在联接方式上有Y-Y，Y-△，△-Y， △-△四种，根据电源和负载的对称程度又分为对称三相电路和不对称三相电路。对于三相电路的这部分知识存在抽象性而且与实际生活息息相关，在课堂上仅凭借教师的讲解，学生理解起来存在很大的困难，因此可以通过Multisim10仿真教学，将复杂问题形象化，使学生一目了然。

设计电路如图1所示，通过开关J1、J2的断开和闭合实现三相四线制、三相三线制电路的对称和非对称情况。当开关J1、J2闭合时，构成的是对称的三相四线制电路[2][5]。

图1 对称三相四线制仿真电路

从仿真电路可以看出，每个小灯泡上的电压为119.97V左右，达到了其额定电压，小灯泡正常工作；由于是Y-Y联接方式，由电压表U1，U4，U5，U6，U8，U10可以看出线电压与相电压满足倍的关系，验证了理论推导出的结论。由U9电压表及U11电流表测出，中线上的电压等于0，电流近似等于0，这说明对于对称的三相电路存在这样的特点：电源中点与负载中点两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。这样便可将三相电路的计算化为单相电路的计算[4]。

当J1闭合，J2打开时构成的是对称三相三线制电路，仿真电路如图2所示，可以看出对称的三相四线制和三相三线制的工作状态是一致的。

图2 对称三相三线制仿真电路

当J1打开，J2闭合时，构成的电路是非对称三相四线制电路，此时由仿真电路图可以看出X1小灯由于开关J1断开而不亮，中线上存在中线电压大小为9.167nV，中线电流大小为0.833A，X2、X3灯的电压为119.97V。这说明：对于三相四线制电路如果中线上阻抗约为0时，可强使电源中点与负载中点等电位，使各相负载保持独立性，各相工作状态互不影响，但是值得注意的是，中性线电流不为0。

图3 非对称三相四线制仿真电路

当J1、J2打开时，构成的电路是非对称三相三线制电路，由仿真电路图4可以看出存在中线电压U01=60V，UX2=UX3=103.902V，没有达到负载小灯的额定工作电压120V，因此造成小灯的工作状态不正常[3]。

图4 非对称三相三线制仿真电路

在学习三相电路时，学生普遍感到难以理解，引入虚拟实验十分接近实物，从直观上加深了学生对三相电路知识的理解。

2.2 Multisim10在RLC串联电路中的应用

图5 RLC串联谐振电路

由图5可以看出，在上述电路中L和C的选取恰好使电路发生了串联谐振。发生串联谐振时，L、C相当于短路，而都不等于零，但两者模相等且反相，相互抵消，由此电阻上获得最大电压约为电源电压。调出库中提供的波特图示仪对设计的电路进行幅频特性和相频特性分析，分析测试图分别如图6、图7所示。

图6 RLC串联谐振幅频特性测试

图7 RLC串联谐振相频特性测试

3 结语

Multisim10易学易懂，将其引入电路理论课堂教学，提高了学生的学习兴趣，可以丰富传统的理论授课内容，弥补PPT教学和板书授课所带来的不足，进而提高课堂学习效率，同时可以做到理论和实验相结合，有助于学生理解课本中的抽象内容。另外学生还可以利用Multisim10充足的元件资源和虚拟仪器进行实验设计，拓展实践领域，也有利于开发学生的学习潜能，培养学生的综合分析能力，提高学生的综合设计能力和创新能力，因此将Multisim10软件在电路理论教学改革中起着越来越重要的作用。

[1 ]赵威威. 基于NI Multisim10的仿真研究[J].电脑与信息技术,2008,16（6）:82-84.

[2 ]邱光源.电路[M].北京:高等教育出版社,2006

[3]盛桂珍,蔡长青.基于Multisim10的新型教学方法的研究[J].长春工程学院学报,2011,12(3):90-92

[4]陈希有,李冠林,刘蕴红,董维杰.虚拟实验在“电路理论”教学中的应用[J].电气电子教学学报,2010,32(6):72-76

[5]张新喜,许军,王新忠.Multisim10电路仿真及应用[M].北京:机械工业出版社,2010

TM132

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.164

张慧颖（1982-），女，吉林市人，吉林化工学院信息与控制工程学院，讲师，主要从事电路理论、电子技术等方面教学与应用。