Multisim10在电工电子技术实验教学中的应用

徐亚宏

[摘           要]  在电工电子技术的实验教学中使用Multisim10能够帮助学生完成知识的仿真实验验证，从而加强实验课程的有效性。这有利于学生能够用直观的方式学习，并加深其对理论知识的理解，掌握电工电子技术实验知识，从而调动学生学习电工电子技术知识的热情。

[关    键   词]  电工电子技术;Multisim10;实践教学

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）18-0172-02

受到计算机软硬件和微电子技术发展的影响，使用软件虚拟和计算机能够辅助完成设计实验电路的工作，从而对实验的过程进行仿真，这能够解决许多传统实验方法中的局限性，以更加直观的实验形式来调动学生的热情，帮助学生加深对电工电子技术实验的掌握。教师在开展电工电子技术实验中，经常会使用Multisim10作为仿真软件，在电子平台上直接搭建虚拟的实验电路和实验装置，同时利用仿真技术来演示实验的全过程，并对其进行实时的监控和检测，以此来达到预期的实验效果。

一、电工电子技术实验教学现状分析

电工电子技术属于理科专业的课程，该课程包括电工电子技术的相关概念，以及分析和设计电路的方法，学生通过该课程的学习能够有效提升电工电子专业学生的解决问题能力，培养其逐渐形成电工电子技术人员的素质水平，为该专业的学生在工作和学习中使用电工电子技术做好充分的准备工作。在科技高速发展的影响下，电工电子技术的教学工作也在持续地优化完善，并且电工电子技术课程的教学时间是有限的，包含的教学内容较多，如果教师使用传统的授课方式来完成电工电子技术的教学，就会增加学生的理解难度。此外，还有一些教师为了确保能够在有限的教学时间内讲解完所有的电工电子技术理论知识，就会压缩实验教学的时间。一些教师所设计的电工电子技术实验课程的时间只有6～8节课，学生只能在这些有限的实验课堂中完成对应知识点的验证工作，这就会导致学生无法全面理解和掌握电工电子技术所有的知识点。电工电子技术的课程属于该专业中的基础课程，因此许多的班级都会开设这门课程。然而，学校的实验室资源是有限的，教师在安排电工电子技术实验课期间就会受到客观因素的制约。在这种情况下，教师想要达到理想的教学效果就可以借助信息化手段，使用电路仿真软件来完成教学任务，这样能够以更加直观、形象的方式来呈现电工电子技术的理论知识，从而帮助学生以更加简单有效的方式对电工电子技术知识进行理解和应用。

二、Multisim10 软件简述

Multisim10 软件是一个虚拟的工作平台，用以实现电子电路的仿真和设计工作。设计工作人员可以使用Multisim10来对设计的电路实现仿真和调试。这样可以对所设计的电路进行有效的验证，以此来确保其满足设计的技术指标。此外，还可以对电路中的元器件参数进行科学的调整，从而进一步提升电路的性能。Multisim10 中也添加了和实物一致的实验面板，这有利于进一步加深学生对电路的认识，以此来调动学生学习电工电子的热情。此外，Multisim10的设计建立中具备较强的教学功能，因此教师在教学期间可以使用这一方法来完成教学任务，以此来提升教学内容的创意性[1]。

三、Multisim10 软件的功能和特点

Multisim翻译成中文就是万能仿真的意思，其实是在EWB的基础上进行升级。早在2001年，IIT公司就推出了仿真工具，后来被NI公司收购，并改名为NT Multisim。在2007年时，推出了Multisim10的版本，并增加了许多的教学功能，能够辅助教师完成相应的教学任务。Multisim10具备以下这些功能：Multisim10具备较为完备的16383个元器件;Multisim 10具备较为灵活的输入电路图的工具且操作较为简单，用户在鼠标的作用下就可以实现设计仿真电路的工作。因此，用户能够在较短的时间内掌握使用的方法;Multisim 10的仿真器具备完全交互性，使用者在操作的過程中能够随时变化电路的参数，并对仿真的结果进行观察分析，以此来研究电路在性能方面的不同;Multisim 10所提供的虚拟仪器数量较多且具有不同的种类，并且能够与实际使用的仪器外观保持一致，如在电工电子技术实验中常用的频谱分析器等;Multisim 10提供了虚拟的面板环境，在此环境中学生能够自己完成电路实验的制作工作，并且该环境的实验效果与实际的实验效果相差较小;Multisim 10能够支持MCU的仿真，在设计较为复杂的控制系统期间则更为方便，电路仿真的使用范围也有所增加;Multisim 10可以使用梯形图语言，也可以实现工业控制系统的仿真工作;Multisim 10的分析功能较为强大，用户可以使用的分析功能有24种，如交流电路的分析、傅里叶分析等，同时也可以使用仿真后处理的功能。

四、在电工电子技术实验教学中使用Multisim 10

以单相可控整流电路实验教学为例，在教学过程中，学生需要学习单相桥式全控整流和单相桥式半控整流电路的结构、工作原理、波形等内容。明确电路在不同负载影响下的工作情况，如纯电阻负载、感性负载以及带反电动势负载。通过该实验的教学需要，学生在掌握Multisim10软件的使用方法时，还能利用该软件来绘制单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路的电路图，测量其电路所输出的电压，测试整流电路的输入和输出电压波形。教师可以引导学生先进行单相桥式全控整流电路的实验。在开展实验教学之前，教师可以用提问的方式来引导学生把握实验的方向。单相桥式全控整流电路是单相整流电路中使用较多的，如果把单相半波可控整流电路中的一个晶闸管替换为四个晶闸管所构成的单相桥式全控整流电路，教师进行启发式教学的基础上来分析整流输出的电压波形和大小会发生哪些变化？ 让学生加深对这两个电路不同之处的理解。

当学生确定实验的方向后，教师可以安排实验的任务，并重点强调在使用Multisim 10进行实验的过程中所需要注意的内容。首先，学生需要在Multisim 10软件的作用下来打造仿真环境，并在此基础上来完成单相桥式全控整流电路仿真实验电路图的绘制工作。学生在使用Multisim 10软件进行实验的过程中，仿真实验的电路图中包含受控源、示波器，因此需要进行接地的处理。学生需要认真完成受控源和脉冲电压源的连线和设置工作，避免出现连线错误的情况，这样会对仿真的最终结果造成不良影响。如果在电路图中进行删除元件或者添加元件、变动连线和仪器变动等，都需要确保仿真的开关处于断开的状态。在记录波形的过程中，如果观察到正确的波形可以点击暂停按钮，避免Multisim 10软件长期处于仿真运行的状态下，这样能够有效避免死机等情况。如果需要观察多个波形，那么学生可以区别设置示波器连线的颜色，这样能够为学生观察和记录波形提供便利。学生在使用Multisim 10软件进行仿真实验的过程中，需要正确测量实验的内容，并准确记录波形以及实验过程中的数据信息[2]。

之后，教师可以让学生使用Multisim 10软件来自主探究实验内容。学生在使用Multisim 10软件进行仿真电路图的绘制工作期间，需要将电源的电压控制在220V，受控电压源为1V，脉冲的电压值设置为15V。学生需要在此数据的基础上双击示波器，开始仿真工作，并在带电阻负载情况下的单相桥式全控整流电路进行观察，记录在改变触发角的情况下，整流输出电压、电流大小和波形的变化情况。学生也可以在R1的支路上串联一个200mH的电感工作，这就要求学生需要按照正确的操作来接入电压表和电流表，并点击示波器和仿真按钮，在带电阻电感负载的情况下对单相桥式全控整流电路进行观察分析。接着学生需要对触发角进行变化，并记录当前输出电流、电压的大小和波形的变化情况[3]。

在学生完成该实验的操作后，教师需要引导学生对实验的结果和内容等进行交流分析，学生需要正确完成接入电流表和电压表的操作，并科学完成相关参数的设置。如交流电压源、电压控制电压源、脉冲电压源等。此外，学生还需要对所记录的信息进行分析研究，学生可以采用比较的方法来总结单相桥式全控整流电路在工作中的特点，并使用所学的理论知识来对不同触发角下整流输出电压平均值和整流输出电流平均值进行准确的计算，以此来对仿真的结果进行验证。学生还需要在不同触发角的情况下对整流电路的输出电压值进行对比，从而确定触发角的移相范围。除此之外，教师还要求学生对四个晶闸管中对应两端的电压波形进行观察分析，以此来帮助学生加深对于换相概念的理解，明确电感在电路中所起到的作用。单相桥式全控整流电路中使用到的晶闸管有四个，分别为两个导电的回路，两个晶闸管可以组成一个导电回路，并实现电路的控制。事实上，只需要一个晶闸管就可以实现导电回路的控制工作，可以使用二级管来替代第二个晶闸管，这样能够有效简化电路。

学生在开展单相桥式半控整流电路的实验研究期间，可以将单相桥式全控整流电路作为基础，来开展绘制仿真实验图的工作，这就为分析实验数据和波形的工作提供了诸多的便利条件，同时在进行这一实验的过程中，教师也可以采用提问的方式来帮助学生确定实验的方向，由此来展开具体的实验操作。

五、Multisim10在电工电子技术实验教学中的使用感受

学生使用 Mutisim10软件来完成仿真的实验，并且对实验的过程和结果进行分析总结，有利于帮助学生形成实验反思的习惯，并加强学生自主探究能力的训练，有利于学生加深对于电工电子技术理论知识的理解和应用。教师能够在学生使用 Multisim10软件进行仿真实验的过程中分析學生的绘图能力、仿真测试的能力、数据分析的能力等，从而有利于对学生进行综合性的客观评价，帮助学生发现自己在电工电子技术学习中的不足和问题，有利于教师开展针对性的指导，以此来进一步提升电工电子技术实验教学的整体水平[4]。

六、结语

鉴于上述分析可知，Multisim10软件在电工电子技术实验教学中的使用，有利于帮助学生对电工电子技术的理论知识进行有效应用，学生可以利用仿真的实验过程和结果来加深对于电工电子技术理论知识的理解，同时也可以打破课程时间和实验室有限的限制。 Multisim10仿真软件的应用能够让学生在课下的时间对电工电子技术进行实验练习，这能够在一定程度上提升学生的自主学习性。

参考文献：

[1]颜少波，曹磊，张亚楠.非电专业电工电子技术实验教与学过程中的探索与实践[J].新课程研究，2020（24）：39-41.

[2]王玕，王智东，张紫凡，等.基于“三性”的电工电子实验教学模式探讨[J].中国现代教育装备，2020（9）：138-140.

[3]张雪莲，李星沛，谭丽蕊.微课+虚拟仿真在电工电子技术综合实验教学中的应用[J].中国现代教育装备，2020（7）：21-23.

[4]桑林，付强，张增凤.电工与电子技术实验翻转课堂教学模式的研究[J].高教学刊，2020（9）：75-77.

编辑 鲁翠红