基于Multisim平台的电工电子实验设计

【摘 要】电工电子实验是高校学生掌握电学知识的重要手段，而基于Multisim平台的电工电子实验设计能够提高学生对于知识的掌握程度；分析了Multisim平台的应用优势，结合实例说明Multisim平台能够改善教学效果。

【关键词】Multisim平台 电工电子实验 实例分析

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）03C-0149-02

电子电工实验是高校工科电工电子教学的重要实践课程，该实验可以提升学生对于基础知识和原理的掌握能力，并能初步培养学生的创新能力。随着计算机技术的发展，越来越多的仿真软件开始应用到电子电工实验中，不断改善教学水平和效果。例如Multisim平台，Pspice等软件，已经广泛应用于电子工程设计。Multisim可以自主架设电路原理图，并进行仿真，得到预想方案的测试结果，根据结果可以调整和改进自己的方案，是电子工程师学习和工作的助手，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】

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[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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[4] 叶赛风，刘金平.基于Multisim应用型本科的电工电子实训改革研究[J].教育教学论坛，2014（14）

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【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）