论文部分内容阅读
【摘要】本课题通过MULTISIM软件对模拟电子、数字电子和电力电子中仿真实验的全面系统研究，主要涉及到模电中的单极放大电路、数电中的组合逻辑电路设计与分析以及电力电子中的BUCK-BOOST等电路仿真实例，MULTISIM软件中大量的电子类元件模块和数据处理显示模块能满足复杂电子电路的设计需求，形象直观的图形化界面操作更能够简单方便地控制和调试仿真电路的控制条件，并可以通过示波器显示模块形象直观地观察仿真实验波形图，比传统电子电路实验方法更加灵活可靠和形象直观，该软件在电子类教学中的应用前景非常广阔。
【关键词】MULTISIM；仿真；模拟电子；数字电子；电力电子
1.引言
目前电子教学在大学专业教育中存在很多困境，存在教学模糊浅显、虚拟性强、系统全面化实验力度不够、学生听天书等问题，学生在学习中无法对其建立很好的感性认识，对原理理解不清，因此学习电子类课程的积极性也就不高。
MULTISIM软件易学易用，非常适合在电子类课程教学中开展综合性的设计与仿真实验，能够将课堂上抽象难懂的学习内容形象地表现在图形化界面窗口中，能够帮助学生建立很好的电子模型，有利于调动学生学习积极性和培养综合分析实验能力。
近年来，虚拟电子仿真软件在我国电子类课程教学中的应用也得到了广泛的重视，许多高等院校相继建立了自己的仿真教学实验室。电子类课程教学的一线教师也不断接触应用仿真软件并将其引入传统理论教学中进行教学辅助，各种相关教材开始大量涌现；国家教改最新目标中也明确提出要将信息化与课程进行整合，Multisim仿真软件将在电子类教学中的应用越来越普遍。
2.MULTISIM软件在模拟电子技术中的应用研究
下面以单级放大电路的实验仿真为例，来说明MULTISIM软件在模拟电子电路运用中的优越性。
2.1 根据实验要求和原理绘制仿真实验电路图，直接双击示波器就可以形象地显示电路图中任意两点的电压电流波形图，如图1所示。
由波形图可以形象直观地比较输出电压与输入电压的关系，图1可以清楚看到输出电压与输入电压相位相差180。
2.2 通过调节电路图中滑动变阻器RP，可以很方便地观察各节点电压的变化情况，如RP增大时，VB减小，VC增大，VE减小。
由以上仿真分析结果知，MULTISIM软件在模拟电路设计与仿真中大大简化了传统电子电路实验的繁琐步骤，而且可以方便添加删除元件，同时能实时仿真出实验电路的各处电压电流波形图，形象直观。
3.MULTISIM软件在数字电子技术中的应用研究
下面主要以数电中的组合逻辑电路的分析与设计为例，来说明此软件在数字电路设计中的优越性。
3.1 根据实验要求，调用所需要原件，按照实验原理连接好电路图，只需要双击逻辑转换仪即可直接查看真值表和逻辑表达式。图2为由逻辑转换仪产生的真值表和逻辑表达式。
3.2 同时还可以运用逻辑转化仪的按钮，根据真值表设计出符合条件的实验电路图。
由以上分析可知，在数字电路教学实验中，可以通过MULTISIM软件绘制实验电路连接图，根据逻辑转换仪可以直接得到真值表和逻辑表达式，而且可以通过改变各输入量的逻辑值来观察其对输出量的影响，方便快捷，直观形象。
4.MULTISIM软件在电力电子技术中的应用研究
下面主要以Buck-Boost电路仿真实验为例，从多个方面对其进行仿真分析，以此说明其在电力电子仿真实验方面的巨大优越性。
4.1 Buck-Boost仿真模型的建立及分析
为了使输出电压更稳定，可以方便地在电路中采用反馈环节，从输出端采样得到的电压与运放的负端的标准电压进行比较后，输出控制信号对Buck-Boost模块进行调节，从而自动维持输出电压稳定。
4.2 观察输出纹波电压随输入电压和负载的变化情况
随着输入直流电压（30v-300v）的升高以及负载电阻（50?-500?）的升高，输出电压在12V附近有小幅度的上升，同时输入电压的增大，输出纹波减小，实验结果和理论完全一致，仿真结果如图3和图4所示。
4.3 还可以观察外界因素如温度对输出电压的影响
在Sweep Parameter选项下选择温度扫描（Temperature），可以通过查看直流输出电压仿真波形图直观形象判断电路是否正常工作，从而对外界因素的影响可以迅速直观地作出判断。
由以上仿真结果知，MULTISIM以其强大的电路分析和仿真能力，即使在复杂的电力电子领域也能非常直观简便地仿真分析出实验所要求的各种变量的变化波形图，具有很大的优越性。
5.结论
本课题的上述各类仿真实验结果表明，MULTISIM软件在模拟电子、数字电子及电力电子领域的应用具有实验操作简单方便、仿真结果直观形象、模拟电子元件数量巨大以及强大的数据图像处理能力，用户无需编程和复杂的数学推导就可通过仿真直观地看到实验结果，而且在原有电路图的基础上易于修改和做进一步扩展等，比起传统的电子实验方法更加灵活、直观形象，对于本科生学习电子类课程起到很大的辅助和指导作用，在电力类教学中将具有良好的应用前景。
参考文献
[1]卢艳红.基于Multisim10的电子电路设计、仿真与应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[2]袁丽萍.Multisim在电子线路实验教学中的应用[J].现代电子技术，2009.
[3]张天瑜.基于Multisim的模拟电路课程改革研究[J]，湖北广播电视大学学报，2010.
[4]帅晓勇.基于电子线路虚拟实验教学环境促进学习迁移的策略研究[D].上海：华东师范大学，2008.
作者简介：
李志伟（1993—），男，安徽阜阳人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。
魏聪（1992—），女，湖北孝感人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。
黄珂（1991—），男，湖北武汉人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。
章雪（1991—），女，回族，湖北武汉人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。
【关键词】MULTISIM；仿真；模拟电子；数字电子；电力电子
1.引言
目前电子教学在大学专业教育中存在很多困境，存在教学模糊浅显、虚拟性强、系统全面化实验力度不够、学生听天书等问题，学生在学习中无法对其建立很好的感性认识，对原理理解不清，因此学习电子类课程的积极性也就不高。
MULTISIM软件易学易用，非常适合在电子类课程教学中开展综合性的设计与仿真实验，能够将课堂上抽象难懂的学习内容形象地表现在图形化界面窗口中，能够帮助学生建立很好的电子模型，有利于调动学生学习积极性和培养综合分析实验能力。
近年来，虚拟电子仿真软件在我国电子类课程教学中的应用也得到了广泛的重视，许多高等院校相继建立了自己的仿真教学实验室。电子类课程教学的一线教师也不断接触应用仿真软件并将其引入传统理论教学中进行教学辅助，各种相关教材开始大量涌现；国家教改最新目标中也明确提出要将信息化与课程进行整合，Multisim仿真软件将在电子类教学中的应用越来越普遍。
2.MULTISIM软件在模拟电子技术中的应用研究
下面以单级放大电路的实验仿真为例，来说明MULTISIM软件在模拟电子电路运用中的优越性。
2.1 根据实验要求和原理绘制仿真实验电路图，直接双击示波器就可以形象地显示电路图中任意两点的电压电流波形图，如图1所示。
由波形图可以形象直观地比较输出电压与输入电压的关系，图1可以清楚看到输出电压与输入电压相位相差180。
2.2 通过调节电路图中滑动变阻器RP，可以很方便地观察各节点电压的变化情况，如RP增大时，VB减小，VC增大，VE减小。
由以上仿真分析结果知，MULTISIM软件在模拟电路设计与仿真中大大简化了传统电子电路实验的繁琐步骤，而且可以方便添加删除元件，同时能实时仿真出实验电路的各处电压电流波形图，形象直观。
3.MULTISIM软件在数字电子技术中的应用研究
下面主要以数电中的组合逻辑电路的分析与设计为例，来说明此软件在数字电路设计中的优越性。
3.1 根据实验要求，调用所需要原件，按照实验原理连接好电路图，只需要双击逻辑转换仪即可直接查看真值表和逻辑表达式。图2为由逻辑转换仪产生的真值表和逻辑表达式。
3.2 同时还可以运用逻辑转化仪的按钮，根据真值表设计出符合条件的实验电路图。
由以上分析可知，在数字电路教学实验中，可以通过MULTISIM软件绘制实验电路连接图，根据逻辑转换仪可以直接得到真值表和逻辑表达式，而且可以通过改变各输入量的逻辑值来观察其对输出量的影响，方便快捷，直观形象。
4.MULTISIM软件在电力电子技术中的应用研究
下面主要以Buck-Boost电路仿真实验为例，从多个方面对其进行仿真分析，以此说明其在电力电子仿真实验方面的巨大优越性。
4.1 Buck-Boost仿真模型的建立及分析
为了使输出电压更稳定，可以方便地在电路中采用反馈环节，从输出端采样得到的电压与运放的负端的标准电压进行比较后，输出控制信号对Buck-Boost模块进行调节，从而自动维持输出电压稳定。
4.2 观察输出纹波电压随输入电压和负载的变化情况
随着输入直流电压（30v-300v）的升高以及负载电阻（50?-500?）的升高，输出电压在12V附近有小幅度的上升，同时输入电压的增大，输出纹波减小，实验结果和理论完全一致，仿真结果如图3和图4所示。
4.3 还可以观察外界因素如温度对输出电压的影响
在Sweep Parameter选项下选择温度扫描（Temperature），可以通过查看直流输出电压仿真波形图直观形象判断电路是否正常工作，从而对外界因素的影响可以迅速直观地作出判断。
由以上仿真结果知，MULTISIM以其强大的电路分析和仿真能力，即使在复杂的电力电子领域也能非常直观简便地仿真分析出实验所要求的各种变量的变化波形图，具有很大的优越性。
5.结论
本课题的上述各类仿真实验结果表明，MULTISIM软件在模拟电子、数字电子及电力电子领域的应用具有实验操作简单方便、仿真结果直观形象、模拟电子元件数量巨大以及强大的数据图像处理能力，用户无需编程和复杂的数学推导就可通过仿真直观地看到实验结果，而且在原有电路图的基础上易于修改和做进一步扩展等，比起传统的电子实验方法更加灵活、直观形象，对于本科生学习电子类课程起到很大的辅助和指导作用，在电力类教学中将具有良好的应用前景。
参考文献
[1]卢艳红.基于Multisim10的电子电路设计、仿真与应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.
[2]袁丽萍.Multisim在电子线路实验教学中的应用[J].现代电子技术，2009.
[3]张天瑜.基于Multisim的模拟电路课程改革研究[J]，湖北广播电视大学学报，2010.
[4]帅晓勇.基于电子线路虚拟实验教学环境促进学习迁移的策略研究[D].上海：华东师范大学，2008.
作者简介：
李志伟（1993—），男，安徽阜阳人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。
魏聪（1992—），女，湖北孝感人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。
黄珂（1991—），男，湖北武汉人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。
章雪（1991—），女，回族，湖北武汉人，大学本科，现就读于武汉大学电气工程学院电气工程与自动化专业。