Multisim在一階RC電路響應中的應用

張暉　劉晶　高玲

摘要 一階RC電路的暫態過程非常短暫，利用仿真軟件Multisim來演示一階RC電路的響應，可以直觀地觀察變化過程以及時間參數對暫態過程時間長短的影響，增加了教學信息量，提高了教學效果，并且進一步驗證了仿真的結果和理論分析值的吻合度。

關鍵詞 Multisim 一階RC電路 教學效果

中圖分類號：TM133 文獻標識碼：A

在一階RC電路響應中，動態電路的暫態過程是十分短暫的單次變化過程，通常在教學中都是以理論講解為主，涉及到的瞬態變化波形，一般無法直接呈現給學生，如果利用仿真電路來展示瞬態過程的變化以及參數對于過渡過程時間長短的影響，將有助于激發學生的興趣并加深理解。

1 仿真軟件Multisim介紹

Multisim是EWB軟件的升級版本。軟件里的所有元器件都是經過高度仿真而成，與實際結果幾乎完全相同。軟件具有以下特點：元器件庫豐富、電路分析功能強大、具有windows風格的界面。

傳統電子技術理論教學，由于條件限制，導致理論與實驗相分離，達不到最佳教學效果。隨著社會的發展，運用多媒體教學已經成為必然趨勢。

2 RC電路的響應

零輸入響應：一階電路僅有一個動態元件，如果在換路瞬間動態元件已儲存有能量，那么即使電路中無外加激勵電源，電路中的動態元件將通過電路放電，在電路中產生響應，即零輸入響應。

對于圖1所示電路，當開關S閉合在1端時，電源通過R對C充電，電路達穩定狀態，電容儲存有能量，電容電壓值恒定為6 V，當開關S閉合在2端時，C通過R放電，在電路中產生響應， 即零輸入響應，電壓從6V按指數規律變為0V。

利用Multisim進行仿真，從圖2（a）上可以很明顯地看出，暫態過程是按照指數規律進行衰減的，電路中已經給出了元件的參數，R=500 ，C=10 F，=RC=5ms。 點的電壓是電源電壓6V的36.8%約等于2.2V。示波器的紅色指針為暫態過程的起始時刻，藍色指針為 點時刻，可以看出，在時間經過了 ，即5ms時，電容電壓完成了總變化量的63.2%，電容電壓約為2.2V。

將C由10 F變化到20 F，計算得到=10ms，點電壓仍然是2.2V。從圖2（b）中可以看出，時間經過10ms，電容電壓才衰減為2.2V，也就是經過10ms，電容電壓才完成總變化量的63.2%。

零狀態響應：當動態電路初始儲能為零時，僅由外加激勵產生的響應就是零狀態響應。對于圖1所示的電路，若電容的初始儲能為零，當開關S 閉合到1端時，電容通過R充電，響應由外加激勵產生，即零狀態響應， 仿真波形如圖3所示。從圖3可以看出，時間經過了，即5ms時，電容電壓完成了總變化量的63.2%，即6V的63.2%，約為3.8V。

全響應：當一個非零初始狀態的電路受到激勵時，電路的響應稱為全響應。對于線性電路，全響應是零輸入響應和零狀態響應之和。如圖1所示，反復按下空格鍵使開關反復切換，通過示波器就可觀察到電容電壓全響應波形如圖4所示。

在教學中電路使用Multisim軟件對電路進行仿真，讓學生通過觀察仿真波形，加以分析、總結，為了進一步講解時間常數對響應速度的影響，可以改變參數R 或C，從而改變時間常數，觀察波形，得出結論。

3 結束語

在傳統的教學方法中，容易出現教學效率不高、教學效果不夠理想等問題。運用仿真實驗，將理論和實踐相結合，可以極大地提升學習效率和教學效果。

參考文獻

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