基于Multisim的等效电阻仿真求解方法

李静

（皖江职业教育中心学校,安徽马鞍山，243000）

0 引言

电工电子技术课程是相关专业的一门基础课程，其内容包含了基本电路、欧姆定律、基尔霍夫定律、戴维南定理、三相交流电路，发电机与电动机等等内容[1,2]。而课程中的某些例题或生产实际中的电路模型往往无法建立其数学模型，因此有必要采取其他方式进行模型计算与预估[3]。随着计算机技术的发展，随之产生的仿真技术得到了飞速发展，如基于有限单元法的结构仿真，基于虚拟仪器的界面仿真，基于图形化模块的电路仿真等。在电工电子仿真及教研方面，许多学者进行了相关研究。沈旭东等针对《电路基础分析》课程概念多、理论性和实践性强且理解起来抽象等特点，提出了可利用Multisim仿真软件进行教学改革的方法，方法将Multisim软件仿真技术融入到课堂教学中，通过仿真演示+学生动手操作等方式使课堂教学和仿真技术相结合，以使学生能够加深对课堂内容的理解。郭琼基于Multisim仿真计算了电工电子中的难点部分：晶体管放大电路。分析了放大电路的开环差模增益、输入偏移电压、共模抑制比、增益带宽积等特性，帮助了学生理解晶体管放大电路理论。

电工电子技术课程中，经常遇到等效电阻的计算问题，而有些等效电阻电路过于复杂，学生往往无法建立其数学模型，造成求解困难。由上述分析可知，可采用过Multisim电子电路仿真软件解决复杂等效电阻电路的等效电阻求解问题。

1 基于Multisim电子电路仿真方法

Multisim电子电路仿真软件是一个比较系统且完整的电子电路设计与仿真计算系统，系统提供了大量的元器件数据库，并通过图形化接口模式，集成了数模Spice仿真功能，VHDL设计接口，FPGA综合以及RF设计功能等，并拥有强大的后处理模块。Multisim通过图形化接口设计模式将电路中的具体模型隐藏到了底层，用户不必过于考虑具体元器件的底层程序，而只需通过设置调用参数调用模块即可。可完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试等的一系列工作。当改变电路连接或改变元件参数时，可方便地观察到各种变化对电路性能的影响。在Multisim中可利用子电路简化复杂系统的设计，增加电路的可读性、缩短电路设计周期。创建子电路的工作的步骤包括：选择、创建、调用、修改等。

如图1所示的本文将用到的Multisim元器件：直流电源、电阻、万用表以及接地等元器件。图中的直流电源电压为12V，元器件编号为V2；万用表编号为XMM2，万用表的正负两极可连接在电路的两端，且可反接；电阻模型的阻值为100欧姆，编号为R9；接地符号与电子电路课程中的地一致；在万用表中可选择表的类型是电压表、电流表、欧姆表和分贝表，图示显示了万用表中的电流表。在课堂教学或课下扩展学习时，教师可通过Multisim软件手把手教会学生如何使用Multisim中的元器件以及元器件参数的设置方法，以提高学生技能。

图1 Multisim直流电源、电阻等部分元器件图示

2 等效电阻模型的仿真计算

通过Multisim软件搭建田字形电阻电路仿真模型如图2所示。电路中直流电源的电压为12V，电阻的阻值均为100欧姆，电路中共有8个电阻，电流表连接在电路的电源与电阻电路端，通过观察电流表的数值，可通过欧姆定律间接知晓电路的等效电阻大小。

图2 田字形电阻电路Multisim仿真模型

点击软件的仿真运行按钮，电路进入仿真模式，仿真计算得到电流表读书为-180mA，通过欧姆定律可得电阻电路的等效电阻为200/3=66.7欧姆，通过改变R2的阻值观察电流表读数及等效电阻变化如图3所示。

图3 电流值与等效电阻随R2的变化情况

由图3可知电路的总电流与等效电阻随R2电阻阻值的变化而变化，在R2的电阻值较小时，等效电阻的变化较大，并随着R2的增大，等效电阻的阻值逐渐增大，但增长速度却一直减小，表明当R2增大到一定值后，R2对电路等效电阻的作用就越来越低，直至几乎没有影响，同时电路的总电流也基本趋于稳定，电路中的电流变化范围为：150.968 mA ～284.18 mA，因此等效电阻的变化范围为：42.2268 Ω ～79.4870Ω。如果想要知晓R2阻值较小时的等效电阻与电流变化情况，可在R2阻值为0 ～100欧姆之间细化仿真点，因此可以得到更加光滑的变化曲线，从而更加充分地分析电路性能情况等。通过Multisim仿真方法，可知晓对田字形等辅助电路的等效电阻计算，以及当电路中某些电阻发生变化时，观测等效电阻及总电流的变化情况。

3 结束语

复杂电路的等效电路往往较难建立其数学模型并进行求解，因此可采用基于Multisim仿真软件的仿真计算方法。本文接收了Multisim的基本知识及其直流电源等仿真模型，通过对田字形电路的仿真得到了其等效电阻值，以及随之电路中某个电阻变化而变化的等效电阻值及总电流变化情况，可为基于Multisim的等效电阻仿真求解提供参考。