二甲Multisim在電路理論教學中的應用探究

賈黎善 楊嘉鵬

（新疆工程學院 新疆·烏魯木齊 830023）

0 前言

電路理論課程是高等學校電子與電氣信息類專業的重要的基礎課，是所有強電專業和弱電專業的必修課。該門課程以分析電路中的電磁現象，研究電路的基本規律及電路的分析方法為主要內容。該課程理論性強、概念原理多且抽象，是技術基礎課里難度系數較高的一門課。在大力發展應用型本科背景下，更新原有教學方法和教學手段，全面提高教學質量，培養應用型人才已勢在必行。

本文以RLC串聯電路為例，在電路理論授課中引入基于Multisim仿真設計實例，由仿真電路的搭建、幅頻特性的觀測、幅頻數據的收集、品質因數的計算等環節讓理論教學融入實驗因素，使枯燥的理論教學直觀生動，加深了對理論知識的理解和應用。

1 目前電路理論教學中存在的問題

在電路理論教學中目前仍然是重理論輕實驗，老師講得多，學生做的少。集中起來存在以下幾個問題：（1）理論脫離實際，教學內容不能很好的聯系實際應用。（2）在教學中忽略培養分析和解決實際問題的能力。（3）教與學太抽象，無法激發學生自主學習的主動性和積極性。（4）由于實驗設備、實驗課時有限，無法滿足學生對教授知識的探究、分析、驗證的要求。

Multisim作為一款以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。熟練掌握Multisim后可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。在教學中引入Multisim仿真教學環節可以很好的解決理論教學與實際動手實驗相脫節、實驗設備不足、實驗課時有限的這一老大難問題。學生通過Multisim仿真來完成理論驗證、例題習題分析和綜合設計，不僅使教學、實驗、設計一體化，而且極大地提高了學生的學習熱情和積極性。學生掌握了現代電路設計和分析手段，可以有效提高分析問題、解決問題和研究創新能力，真正的做到了變被動學習為主動學習。

2 電路理論教學中Multisim應用實例

本文以RLC串聯諧振電路為例，介紹利用Multisim仿真進行電路理論教學的具體措施和方法。

（1）搭建仿真電路。RLC串聯諧振電路是對正弦穩態電路的頻率特性作初步分析和研究的一個重要內容，在工程研究方面具有重要意義。RLC串聯電路中發生諧振的條件是Im，諧振頻率為，可以看出諧振頻率只有1個，而且僅與L、C有關，與R無關。運行Multisim并創建原理圖文件，選擇所需的元器件并設置其參數，選擇示波器、信號發生器、萬用表等測量儀器，使用鼠標調整元器件及儀表布局并連線，完成仿真電路搭建。本文所搭建的仿真電路如圖1所示：

圖1：RLC串聯諧振仿真電路圖

（2）設置諧振頻率并觀測幅頻特性。為更好的觀測波形圖，需提前設置好儀表參數。函數發生器XFG1的振幅設置為5V,諧振頻率設置為，示波器XSC1參數設置如下：通道A刻度為5 V/Div，通道B刻度為5V/Div，時基標度為50ms/Div，同時設置通道A與通道B為不同顯示顏色，通道A設置為綠色，通道B設置為紅色。運行Multisim，觀測到幅頻特性如圖2所示：

圖2：諧振時的幅頻特性

圖3：f0==13923.56HZ時的幅頻特性

圖4：f0==17923.56HZ時的幅頻特性

同學們可以直觀的看出當輸入信號U（s此處為信號發生器XFG1）的頻率與電路的固有頻率f0相同時，才能在電路中激起諧振。當輸入信號頻率偏離諧振頻率之后，輸出信號的幅度從峰值開始下降。說明 RLC串聯電路對諧振頻率的信號具有選擇性，對非諧振頻率的信號有抑制能力。

這時老師可以將已繪制好的表格展示給學生看如表1所示。如果時間充足，也可直接仿真通過讀取XMM1，XMM2，XMM3的電壓數值填表：

表1

根據表1數據可以看到發生諧振時輸出電壓U0(V)，UL(V)，UC(V)的數量關系，可進一步得到諧振電路的品質因數（讓同學們自行驗證分析品質因數的大小和意義）。

3 結語

在電路理論教學中引入基于Multisim的仿真教學環節，可以將枯燥死板的理論知識生動直觀的展現給學生，通過改變電路參數可以直觀的看到對結果的影響，在調動學生學習興趣的同時更可以加深對理論知識的理解和應用。最為關鍵的是同學們可以自己設計電路，完成電路的驗證，實現探究式學習。這對于培養學生主動分析和解決問題的能力是大有裨益的。在應用型本科發展建設的大背景下，這種教學模式對學生工程素質的培養、知識分析與應用的能力都是有深遠意義的。