Multisim仿真在电工电子实验中的应用

王 磊

（南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院，江苏 南京 210023）

电工电子技术实验是一项具有风险性的实验，为了有效降低实验的风险，保证实验人员的安全，人们开始引入仿真技术进行模拟电工电子技术实验。随着社会的发展和科技的进步，计算机技术也在不断地发展，仿真技术日益娴熟，但同时人们对电工电子实验教学质量的要求越来越高。在这种背景下，Multisim仿真软件成为了电子工程设计的必备工具，通过利用Multisim仿真软件来进行电工电子技术实验，不但可以有效的弥补实验仪器元件短缺、规格不符合要求等问题，同时还能利用软件里提供的各种不同的分析方法，更加有效地掌握教学内容，加深对概念和原理的理解，除此之外，应用Multisim仿真软件来进行电工电子技术实验还有助于熟练掌握电工电子仪器的测量方法，进一步加深综合能力的培养和创新能力的提高。在各大高等院校中，电工电子实验是电子学科中非常重要的内容，电工电子实验的开展目的是进一步深化学生课堂理论知识，提高学生动手能力与实践能力。通过科学、全面的实验来提高学生的综合素质水平，从而实现国家培养复合型人才的根本目标。随着素质教育进一步的深入推广，电工电子实验在电子教学中发挥愈发重要的作用。现如今加强对电工电子实验教学的研究已成为了时代发展的必然选择。

1 Multisim仿真软件

Multisim软件是美国国家仪器（NI）有限公司在加拿大最初的软件设计的基础上对Multisim软件的操作系统进行改造操作系统而形成的实用性非常强的仿真工具[1]。它包含了电路硬件描述语言输入以及电路原理图的图形输入，具有非常强大的仿真分析能力，在实验中充分发挥Multisim仿真软件的功能，完全可以胜任实验模拟电路板的设计工作，且在应用方面具有多种优势[2]，例如，可以为电工电子实验非常好地解决仿真分析过程中会出现的问题。Multisim仿真软件除了超强的仿真能力以及分析能力还拥有强大的语言转换功能。虽然Multisim仿真软件只有224个字符，但是它可以根据不同国家区域的语言需求提供不同的语言转换。例如，可以把英语转换为中文、日文和法语等，各个国家和区域的语言。这些语言转换功能可以很好地为我国电工电子技术实验提供便利。Multisim仿真软件是一个具备有强大功能的软件，运用领域也极为广泛，但Multisim仿真软件的使用平台有局限性，只能通过Windows进行操作，不过它拥有本身软件自带的选项，不需要与Windows平台选项共用。Multisim仿真软件在Windows平台的界面操作上，与常规的EDA软件相似，可大致划分为菜单栏和工具栏等。Multisim仿真软件在电工电子技术实验过程中的操作步骤与一般的仿真技术大致相同。电工电子技术实验最重要的步骤在于电路图，电路图是进行实验结果确认的关键点，因此在实验过程中，首先是对电路图进行确认，然后从Multisim仿真软件的元件库中调试出实验需要的元器件，把Multisim仿真软件调试出来的元器件与实验电路图进行连接，建立出实验所需要的模拟电路仿真[3]，最后根据电工电子技术的实验需求针对性地对Multisim仿真软件里的各个分析功能做进一步的调试，从而顺利达到实验所需要的电路测试状态。根据Multisim仿真软件的软件组成研究来看，Multisim仿真软件包含了各种分析功能，可以为各种不同的应用需求提供丰富的仿真分析计算。

2 Multisim仿真软件在实验过程中的优势分析

2.1 Multisim仿真软件显示的图形界面具有直观性

该仿真软件上手操作非常方便，其创建的电路界面图形具有可视化的功能，Multisim仿真软件可以根据电路图的需求进行针对性绘制，还可以利用拖曳的方式来选取电路仿真时所需要的测试仪器以及元器件，同时还可以在计算机屏幕上输出实验结果。

2.2 丰富的元器件

Multisim仿真软件拥有主流元器件超过17 000多种，可以提供各种各样的元器件。对各种不同的元器件参数进行编辑和修改，同时还能够利用模拟生成器以及代码模式和创建模型等功能，创建新的元器件。

2.3 仿真功能强大

Multisim仿真软件有着超强的仿真模式，可以通过利用SPICE3F5软件或Xspice软件的内核来作为自己启动的引擎，然后充分结合Electronic workbench软件中附带的增强设计功能进一步优化数字和混合模式仿真性，从而达到实验的需求，其中包括VHDL仿真、RF仿真、SPICE仿真以及电路向导等功能。

2.4 测试仪器的丰富性

在PCB设计中，Multisim可以提供22种虚拟仪器用来对电路动作进行测量，如频谱仪、示波器、万用表、失真度仪以及函数发生器和逻辑分析仪等，这些仪器的设置以及使用与真实的一样[4]。除了Multisim提供的默认仪器还可以创建LabⅥEw的自定义仪器，让图形环境可以更灵活地进行测试、测量以及控制应用程序的仪器。

3 Multisim仿真软件在实验过程中的具体应用分析

3.1 Multisim仿真软件在实验中的具体应用方法

利用Multisim仿真软件进行模拟实验是为了能够在一定的安全环境且成本低的情况下更好地锻炼学生的动手操作能力和电工电子的操作思维能力。让他们学会自己提出设计方案并完成设计，在正式进入电工电子技术的模拟实验时，学生首先必须先制作出一个科学合理的实验设计方案，同时要确认方案设计的目标，不断地修改完善原理图，以便于能够及时进行仿真调试和参数的修改，从而更高效地完成实验需要的电力模型建设。在实验需要的基本步骤工作完成之后，根据实验步骤对实验的技术指标进行检验，检验的标准是需要满足实验的相关技术指标要求，当符合检验标准后，再进行实验。综上所述，仿真模拟实验的整个程序需要在Multisim仿真软件的辅助下完成虚拟电路模型以及专业软件构建，然后通过实验的需求，制定合理的计划并对其内容进行设计和调整，不断完善实验内容设计的全过程。所以，在这样的方式下，我们可以利用Multisim仿真的特点对有反馈和无反馈进行分析。

3.2 Multisim仿真软件在实验中有反馈和无反馈的分析

通过利用Multisim仿真软件进行模拟电路实验过程，加入电压串联负反馈后，经过实验的数据分析可以得知当CD Operating Point为U（4）、U（5）、U（7）、U（8）、U（9）、U（11）时的静态工作点。其中，当CD Operating Point为U（4）时，其对应的U/V为1.3164；为U（5）时，对应的是3.5463；为U（7）时，对应的是7.2367；为U（8）时，对应的是3.4693；为U（9）时，对应的是5.42679；为U（11）时，对应的是0.5289。根据以上的工作点数据来看，可知此时的Multisim仿真电路实验中的电路正处于一个放大的形态。通过示波器的功能分析其输出和输入的波形情况，发现波形大致是一样的，放大电路电压的放大倍数是9.5。由此可以对电路的频率做一个针对性的分析，根据中频段的电压数据来看，放大倍数为18.99 db。

3.2.1 实验过程中有反馈的分析

具体的实验活动内容是以流水灯来进行的，在正式进入流水灯模拟实验之前，事前准备好的内容有显示电路以及显示器，四位二进制计数器、二级光显示器以及译码器等实验设备[5]。同时，还要合理规划好自动振荡的实验计划。正式进入流水灯实验之后，电路的应用是必不可少的，电路的功能在实验中有着很重要的影响，其中电路的功能包含了定时器、示波器等。定时器对电路的正常运行起着很关键的作用，通过定时器的计数方式可以帮助实验进行适当的调试，更好地协助流水灯实验中指示灯连接状态的检测，提高流水灯实验中判断技术的准确性；而示波器可以为整个实验过程中的波形走势变化情况提供监督的作用；对于地址控制设备进行准确连接，不仅可以最大限度让控制设备处于一个很长时间段都可以使用的状态，还可以使电路与显示负电极之间的连接顺利进行。在流水灯实验过程中，要严格遵守实验步骤，对流水灯的电路情况进行多次仿真调试和参数修整，在其调试和修整的过程中要不断的观察其电路的点亮状态。通过在实验中对流水灯点亮的状态观察来看，由此可以得出流水灯是按照排序的顺序依次被点亮的，且灯亮未曾出现电力不足导致闪烁的情况发生。经过对流水灯的电路问题检测后，下一步就是对LED灯进行电路实验，根据LED灯电路实验得出的结果，再与流水灯电路实验结果进行对比，从而得出不同指示灯的亮度情况。在进行两种不同指示灯的电路实验时，示波器和振荡变形情况的记录都要正常进行。然后通过比较这些不同指示灯的实验结果，对其设计结果进行判断，更好地为后期的实验设计方案提供可靠的数据。在实验过程中，除了要对有反馈的结果进行分析之外还需要对实验过程中出现的负反馈结果进行有效分析，但无论是展开哪一种分析，都要严格按照实验的要求来进行，才能得到Multisim仿真软件在实验中的真实运用情况。通过对Multisim仿真软件功能的进一步了解之后还可以扩大Multisim仿真的应用范围。

3.2.2 实验过程中无反馈的分析

在进行电工电路的实验中，针对性地对电压串联负反馈的电路情况进行具体试验，并对RW1和RW2不断调试，使其静态工作点能够得到深度优化。此外在静态工作点的基础上进行动态分析。在正式进入动态分析之前，需根据实验的具体实施步骤按要求完成，将Multisim仿真软件以及示波器依次打开，示波器有两种调节方式，分别为竖向调节和水平调节，一般情况下的实验都会一起打开这两个调节方式，以便于为实验的情况进行动态分析。在实验中通过示波器输入和输入的波形走势分析，得知示波器的两个波形都是一样的，综上可知电压串联负反馈的电压倍数为123倍。

4 结束语

综上所述可知，利用Multisim仿真软件进行电工电子技术的模拟实验，除了充分发挥其强大的功能优势，还可以更好地提高电工电子技术实验过程中仿真效果的真实性。同时，采用Multisim仿真软件进行实验还能在一定程度上减少资源的浪费，从而有效降低实验成本，促进资源的合理利用，大大降低电工电子技术实验的风险性，提高实验的效率，且通过强大的仿真功能促使理论和实践完美结合，使学生能够在理论知识的强化同时提升他们的动手能力，从而更好地促进学生综合素质能力的提高。仿真模拟实验不仅可以有效地加强知识的掌握能力和对基础理论知识的理解，还能锻炼操作者的实践动手能力。充分运用Multisim仿真软件进行模拟实验并发挥其作用，对实验的质量以及技术提高有着重要的促进作用。