1Multisim10簡介及特點
NIMultisim10是美國國家儀器公司(NI,NationalInstruments)推出的Multisim最新版本,是以Windows為平臺的仿真工具,可以設計、測試、仿真和演示各種電子電路,包括電工學、模擬電路、數字、電路、射頻電路及微控制器和接口電路等。可以對被仿真的電路中元器件設置各種故障,如開路、短路和不同程度的漏電等,從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真時,軟件還能存儲測試點的所有數據,列出被仿真電路的所有元器件清單,以及存儲測試儀器的工作狀態、顯示波形和具體數據等。NIMultisim10具有詳細的電路分析功能,可以完成電路的瞬態分析和穩態分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法,以幫助設計人員分析電路的性能。與傳統的電子電路設計與實驗方法相比,具有如下特點:設計與實驗可以同步進行,可以邊設計邊實驗,修改調試方便。設計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全,可以完成各種類型的電路設計與實驗。可方便地對電路參數進行測試和分析。因此,特別適合課堂教學。
2使用Multisim10進行仿真的步驟
(1)打開Multismi10,首先進行簡單的設置。選擇Options|GlobalPreferences菜單命令打開參數設置喜好選擇(GlobalPreferences)窗口,可以進行各種選擇設置。創建電路。1)選擇電路元件,選擇元件時單擊元件工具欄中的工具按鈕,彈出元件庫窗口,選擇需要的元件,在電路窗口中可看見鼠標拖動著該元件,將其拖動到要放置的位置,再次單擊,即放到當前位置上。雙擊該元件,彈出一個虛擬元件設置對話框,可以進行參數設置
2)元件的連接,單擊要連接的元件的引腳一端,當出現一個小黑點時,拖動光標至另一元件的引腳處并單擊,系統就會用導線自動將兩個引腳連接起來。電路中可以使用多個接地符號,但至少要使用一個接地符號,因為沒有接地符號的電路不能通過仿真。
3)放置要使用的.儀表并進行相應的設置。與使用實際儀表非常相似,放置儀表后要進行測試線的連接。按以上方法連接、設置完電路后,將電路保存。
4)調試、仿真。單擊仿真開關或單擊Simulate菜單的RUN,調節儀表設置,觀察到合適的波形。
(1)利用分析功能。Multismi10提供了18種分析方法,可以通過選擇Smiulate菜單中的Analysis命令項來實現,點擊設計工具欄也可以彈出該電路分析菜單。
(2)后處理和傳輸。后處理功能可以對分析的數據結果進行各種運算處理,可以將已經設計好的電路傳輸到布線軟件進行PCB設計,也可以導出各種電路數據。
3Multisim仿真在《電工技術》教學中的應用
在電工技術中,動態電路的過渡過程是十分短暫的單次變化過程[1],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。下面以一階RC電路為例說明Multisim仿真技術在課堂教學中的應用[3]。在Multisim環境中創建一階RC電路。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J1閉合時,電容通過R1充電,電路達穩定狀態,電容儲存有能量,電容電壓值恒定為8V,如圖2前半段波形所示。當開關J1打開時,電容通過R2放電,在電路中產生響應,即零輸入響應,仿真波形如圖2所示,后半段波形所示,電壓從8V按指數規律變為0[4]。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,即開關斷開。當開關J1閉合時電容通過R1充電,響應由外加激勵產生,即零狀態響應。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。電容電壓全響應電路如圖4所示,反復按下空格鍵使開關反復切換,通過示波器XSC2就可觀察到電容電壓全響應波形。在教學中電路直接使用Multisim軟件創建,先引入零輸入響應和零狀態響應的概念,然后進行仿真讓學生觀察波形的變化,加深對概念的理解,再講解全響應的概念,并對電路進行仿真,讓學生通過觀察仿真波形,加以分析、總結,得到全響應是零輸入響應和零狀態響應之和的結論。為了進一步講解時間常數對響應速度的影響,可分別改變參數R和C改變時間常數,觀察波形,得出結論。
4結束語
教學實踐證明,將仿真軟件進入電工技術的課堂教學中,可以把抽象的理論知識通過實驗形象化,許多實際中不易接觸到的儀器可以方便地從軟件中選用,能夠增強課堂教學的直觀性和生動性,加深學生對概念、原理的理解,激發學生的學習興趣和積極性,提高教學效果。
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