電路仿真軟件范文

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電子設計正朝向自動化方向發(fā)展，使電路設計教學中開始采用一些虛擬設備，通過仿真分析使原本抽象的教學內(nèi)容更為直觀。電工電子實驗教學中引入了電路仿真軟件，可以使電路設計更為直觀，且有助于教師在教學中針對設計電路進行分析，以提高學生對設計電路的理解能力。

1 Multisim 仿真軟件是電子類課程教學中的常用軟件

在眾多的電路仿真軟件中，Multisim 仿真軟件是較為常用的，主要在于其操作方便，且電路的仿真分析能力很強。具體操作中，Multisim 仿真軟件可以在Windows基礎上配備虛擬測量儀器，將電路原理圖輸入軟件操作平臺上，就可以啟動仿真軟件進行仿真教學了。很多開設電子類課程的學校都逐步引進了Multisim 仿真軟件，仿真電路在電腦顯示器上清晰地呈現(xiàn)出來，不僅激發(fā)了學生的學習興趣，而且還讓學生的實踐操作能力得到了訓練，大大地提高了電工電子教學效率。

2 Multisim軟件簡述

Multisim軟件是Electronics Workbench（簡稱：EWB）的升級版。作為仿真設計軟件，主要用于電子電路的設計，其仿真功能是非常強大的。目前所普遍使用的Multisim軟件為Multisim 12.0，與其他的仿真軟件相比，Multisim的功能性更強，在虛擬操作中，軟件可以提供電路元器件達幾千個，還可以提供各種電路設計中所使用的虛擬儀器，包括信號發(fā)生器、萬用表以及示波器等等，而且這些電路元件和虛擬儀器的圖形與實物具有很高的相似性。操作功能上，Multisim軟件可以對所設計的電子電路進行演示，對電子電路的操作情況進行測試，且能夠設計所需要類型的電路諸如，數(shù)字電路、基礎電路、射頻電路、微控制器電路、接口電路等等。設計者在進行電路設計的時候，可以將Multisim所提供的虛擬元器件利用起來進行電路設計，并將所選擇的各種設備連接起來。電路就通過計算機繪制出來。當電路設計完畢之后，還要對各種元器件的參數(shù)進行確定，還要測試元器件的性能指標。從電子類課程教學的角度而言，由于Multisim操作簡單，學生在短時間內(nèi)就可以進行基本操作。由于操作簡單且仿真軟件所涉及的電路直觀性較強，因此而在電子類教學中廣泛使用。

3 電工電子試驗中電路仿真軟件的應用

3.1 學生應用Multisim 軟件繪制電路仿真圖

電工電子試驗教學中，以試驗教學為主，將理論教學內(nèi)容融入到實驗教學中，以提高學生的理論應用能力。學生應用Multisim 軟件繪制電路仿真圖，在計算機上啟動Multisim 軟件，根據(jù)試驗內(nèi)容將實驗電路繪制出來之后，選擇所需要的虛擬電子元器件配備到電路中，并進行仿真操作和測試，將實驗結果記錄下來。對電路的仿真測試合格之后，學生課可以利用實物將與虛擬電路相同的實際電路構建起來，對電路進行調(diào)試，并將調(diào)試結果詳細地記錄下來。在實驗操作總，還要仔細觀察實際電路的運行狀態(tài)，以及所獲得的運行結果，采用對比分析法對虛擬電路的方針結果與實物運行中所獲得的結果進行比照。由于虛擬仿真電路所連接的元器件以及各種儀器設備都是處于理想運行狀態(tài)，因而虛擬電路和實際電路的運行結果會存在一定的誤差。如果誤差范圍沒有超過規(guī)定的范圍，這個試驗操作所獲得的結果就是有效的。在電工電子試驗中，采用電路仿真軟件進行仿真操作，實現(xiàn)了電子類課程的理論教學與實際教學的有效結合，而且還使試驗結果更為清晰，加之學生親自參與虛擬仿真試驗，學生對相關理論知識通過試驗得到了驗證，不僅可以提高電工電子實驗教學的質量，還使學生的學習積極性被激發(fā)起來。

3.2 Multisim 軟件仿真試驗的動態(tài)觀測

對Multisim 軟件仿真試驗進行動態(tài)觀測，以流水燈實驗為例。

使用Multisim 軟件所設計的電路為自行振蕩電路和顯示器對各種電路輪流顯示。按照規(guī)定的設計內(nèi)容，流水燈電路設計需要使用的器具包括四位二進制計數(shù)器、譯碼器、LM555、發(fā)光二極管顯示器8個。其中，四位二進制計數(shù)器是將74IS163連接成為二進制的計數(shù)形式。使用指示燈監(jiān)測其對74IS163的計數(shù)進行檢測。將三個指示燈接入到地址控制端，使能端都處于使能狀態(tài)。輸出端所連接的是發(fā)光二極管顯示器，共8個，都連接在LED顯示管的負極上。當進行仿真調(diào)試的時候，可以看出三個指示燈都按照三位二進制數(shù)進行計數(shù)發(fā)光。與此同時，還將LED顯示管依次點亮。當兩邊的燈都亮起來的時候，就現(xiàn)實譯碼器5處于低電平狀體的時候，所連接的發(fā)光二極管就會亮起來，這就可以證明電路設計是有效的。

4 總結

綜上所述，計算機技術的發(fā)展，人們的生產(chǎn)生活方式都發(fā)生了變化。為了促進教學與實踐有效結合，一些學校在電工電子實驗教學中使用了電路仿真軟件，以使學生可以在實驗室模式實驗，不僅可以激發(fā)學生的學習積極性，還能夠激發(fā)學生對知識探索的興趣。Multisim軟件是電子類實驗教學中的常用工具，由于操作簡單，學生能夠利用軟件自主設計電路，由此而使得學生的操作能力得以增強。

參考文獻

[1]吳根忠，李劍清.基于 Multisim的電工學虛擬實驗教學[J].實驗室科學，2011，14（03）：19-21.

[2]姜鳳利，樸在林，王義明，等.電工與電子技術課程網(wǎng)絡教學研究與實踐[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報（社科版），2013，15（02）：196-199.

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關鍵詞：機電一體化 教學 仿真 PROTEUS

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）08（a）-0135-02

“機電一體化技術”課程是機械制造及其自動化和機械電子工程等專業(yè)的一門專業(yè)必修課，因此，學好該課程能為學生畢業(yè)后擇業(yè)打下良好基礎。而該課程的微機控制部分和檢測部分是以單片微機（MCU）接口技術為核心的實踐性很強的學習環(huán)節(jié)，因此，本課程需重點強化人機、機電、計測等環(huán)節(jié)的實踐教學內(nèi)容，結合仿真軟件能夠使學生充分掌握單片微機接口系統(tǒng)的電路設計和仿真方法，是提高機電專業(yè)教學質量和培養(yǎng)機電工程開發(fā)型人才的一個重要內(nèi)容。

1 課程教學環(huán)節(jié)中存在的問題

目前，涉及“機電一體化技術”課程中微機接口控制方面的核心教學環(huán)節(jié)是接口電路設計與程序設計，微機控制系統(tǒng)設計內(nèi)容貫穿于課堂教學、課程實驗、課程設計及畢業(yè)設計等教學環(huán)節(jié)中。而在這幾個方面都不同程度存在一些問題。

1.1 課堂理論教學

在課堂教學中，主要介紹微機系統(tǒng)中的片內(nèi)資源及典型接口電路。傳統(tǒng)教學中，機電專業(yè)學生一開始接觸這些知識點時，知識體系抽象，學習起來不好理解、費力，而且單片微機內(nèi)部資源的應用、接口和程序運行過程等沒有有效直觀的展示和表現(xiàn)，仍然停留在云里霧里的階段，甚至有些學生在學習完該內(nèi)容后，還不知道各類中斷服務程序是如何被執(zhí)行，其主要原因是缺乏有效的演示方法。

1.2 課程實驗與課程設計

在課程實驗和課程設計中實踐環(huán)節(jié)，大多數(shù)學校都會采用單片機實驗箱（臺）來完成實驗內(nèi)容，并且主要完成一些驗證性實驗，實驗過程單一，主要的硬件連接以及主程序都是現(xiàn)成的，學生要完成的任務就是：上電后做一些簡單連線，下載固件程序，記錄實現(xiàn)結果。學生完成若干實驗后，對電路實驗中所使用的硬件電路，芯片間的關系以及程序流程內(nèi)容并不怎么了解，并沒深入掌握其本質內(nèi)容，所以當學生初次接觸實驗箱（臺）時，一旦接錯線或電路出現(xiàn)問題時，非常容易造成實驗設備的損壞。另外，在使用單片機實驗箱（臺）時，一旦出現(xiàn)不能遠行的實驗問題，原因查找更為困難。由于實驗箱（臺）系統(tǒng)比較復雜，維護也很困難，難以對損壞的部件維修，只能更換設備，會帶來費用上的增加。

1.3 畢業(yè)設計

常規(guī)的畢業(yè)設計流程是：對機電系統(tǒng)進行總體規(guī)劃和設計，并按照自己的設計方向（如機械結構部分、電控系統(tǒng)部分、系統(tǒng)控制軟件部分）細化設計內(nèi)容。對于電控系統(tǒng)設計方向題目，一般根據(jù)機電系統(tǒng)的各個功能模塊，首先設計出整體理論電路原理圖，并以該電路為參考，購買元器件；其次，按照電路原理圖在面包板上進行電路搭建，最后，把寫好的程序用編程器下載到單片微機實驗板上運行調(diào)試。在實際操作過程中，由于學生電路設計和實踐經(jīng)驗很少，會出現(xiàn)各種各樣的問題，如電路設計的缺陷、電路搭建過程中出現(xiàn)的漏焊、錯焊以及元器件的故障問題，都會給設計過程帶來很大的麻煩，因此，有必要尋找一種簡單有效的工具來解決這些問題，PROTEUS仿真軟件的出現(xiàn)能夠為畢業(yè)設計過程帶來有效的幫助。

2 PROTEUS仿真軟件

伴隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，各種仿真系統(tǒng)為實際應用系統(tǒng)的設計與開發(fā)提供了有力的保證，極大的節(jié)約了人力和物力。在以往的MCS51系列、PIC系列、ARM系列單片微機學習、單片微機系統(tǒng)的設計開發(fā)中，常用的軟件主要有Keil C51、Wave 等相應的專用開發(fā)軟件。對于Keil C51軟件來說，主要是進行MCS51單片微機控制軟件的編譯調(diào)試，Wave可以進行軟件仿真，也可以在系統(tǒng)板上調(diào)試，并需要有相應的仿真器而且需要先設計出系統(tǒng)目標板才行。而能仿真微處理器的軟件PROTEUS，是目前能夠很好的進行單片微機及器件仿真的工具。

PROTEUS仿真軟件的功能特點如下：

（1）符合單片微機軟件仿真系統(tǒng)的標準，可以仿真的單片微機包括目前常見的MCS51系列、MicroChip PIC系列、AVR系列和ARM7等。并支持微機系統(tǒng)開發(fā)過程中所使用的大量存儲器件和和接口芯片。

（2）仿真基于PROTEUS，能進行模擬電路分析、數(shù)字電路仿真、混合信號分析及頻率信號分析等電路分析。

（3）提供虛擬示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、計數(shù)器、電表及虛擬終端等虛擬儀器儀表供選用，方便對仿真電路的虛擬測試分析。

（4）利用該軟件還可以方便的進行電路原理圖（SCH）的繪制和印刷電路板（PCB）的設計。

（5）PROTEUS能和Keil C51無縫集成，實現(xiàn)直接聯(lián)調(diào)，在程序設計的過程中將程序虛擬下載到仿真電路中進行運行狀態(tài)的測試和結果分析。

3 PROTEUS在單片微機教學中的應用[2]

3.1 仿真工具在機電一體化課程微機控制教學環(huán)節(jié)的意義

針對以往教學環(huán)節(jié)中的各類問題，仿真工具為實踐教學提供了一個有效的輔助手段。借助PROTEUS可以對MCU和其電路進行有效的功能及過程仿真，并帶有豐富的資源庫，學生可以實現(xiàn)更多的實驗項目，改變傳統(tǒng)實驗項目的局限性。并且PROTEUS能夠替代硬件實驗板和仿真器實現(xiàn)“軟硬件聯(lián)機”調(diào)試，到仿真結果與預期設計結果一致時，便可以購置硬件，進行硬件電路搭建調(diào)試。采用這種設計和開發(fā)方式效率高，控制電路調(diào)整便捷，不需要購置額外大量的實驗材料，就能夠完成前期大量的預實驗過程和測試過程，可以極大的拓展學生的設計創(chuàng)新能力。

3.2 PROTEUS虛擬實驗室引入機電課程的課堂教學

在機電一體化技術課程的接口設計環(huán)節(jié)中：

第一，應先采用PROTEUS進行實例演示，增強教學生動性和直觀性。教師可以提前制作好一些典型的應用系統(tǒng)，如流水燈電路（對應戶外建筑物的霓虹燈控制電路）、交通信號燈控制電路及戶外LED顯示屏控制電路、LCD顯示電路（對應各類智能儀器儀表中的顯示控制電路）、步進電機控制電路等，并進行現(xiàn)場實驗演示。讓學生對微機及接口系統(tǒng)有一個直觀認識，明白局部系統(tǒng)和完整的控制系統(tǒng)的含義，清楚微機在機電系統(tǒng)中的作用和應用情況。

第二，利用PROTEUS快速明確微機系統(tǒng)中的基本概念，并掌握微機系統(tǒng)控制體系的難點，例如：MCS51系列單片微機中的P3口作為準雙向口的概念，如何應用是較難掌握的一個問題；中斷如何產(chǎn)生并進行終端響應的概念；八段LED顯示器的位選和線選如何區(qū)別；串行通信如何實現(xiàn)等接口設計過程中的重點和難點，均可借助PROTEUS進行演示，并且在演示過程中，可以用不同（紅藍）顏色顯示芯片引腳狀態(tài)變化的功能，可以通過單步調(diào)試的方法觀察微機接口各引腳電平變化情況，通過改變程序內(nèi)容或指令，觀察運行效果，從而掌握各程序語句含義，最終實現(xiàn)學生的有效快速掌握。

第三，實驗過程中也可借助信號發(fā)生器、波形發(fā)生器、虛擬示波器、虛擬分析儀、發(fā)光管、電壓電流表、LCD與LED顯示器、虛擬串口、虛擬計數(shù)器對實驗進行控制信號的輸入、運行過程中的實時檢測和狀態(tài)顯示，很直觀判斷和了解不同電路的作用。

第四，在機電一體化課程接口設計的實驗環(huán)節(jié)，借助PROTEUS仿真軟件提供的豐富仿真器件資源，打破學生每次實驗時只能用到實驗箱（臺）的固定模塊、實驗項目簡單、實驗過程單調(diào)且實驗內(nèi)容少的局面，使學生深入了解接口電路的硬件原理及設計步驟，創(chuàng)造了更多的分析問題、解決問題的機會，提高了學生做實驗的興趣，并且學生的機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計能力得到很好的鍛煉。

3.3 機電專業(yè)學生的課程設計和畢業(yè)設計環(huán)節(jié)綜合能力提升

學生的課程設計環(huán)節(jié)，學生應根據(jù)實驗室現(xiàn)有硬件實驗條件，利用PROTEUS進行電路原理圖的設計與仿真，并在相應的硬件電路上進行進一步實驗，仿真程序在現(xiàn)有實驗環(huán)境下運行，驗證實物效果；借助此環(huán)節(jié)，系統(tǒng)和熟練掌握PROTEUS各個功能。在進行畢業(yè)設計時，導師可以讓學生根據(jù)畢業(yè)設計題目，規(guī)劃和設計機電系統(tǒng)或微機控制的總體結構，在師生之間共同討論方案可行性之后，由學生進行后期的詳細設計，這將最大限度的培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新意識。在詳細設計環(huán)節(jié)，學生采用PROTEUS進行電路原理圖設計，編制測試程序、系統(tǒng)控制程序并調(diào)試，等各項仿真目標實現(xiàn)后再購置器件進行電路焊接和系統(tǒng)調(diào)試。采用這種形式可以降低因方案不正確或電路搭接錯誤而造成硬件投入，提高學生實驗能力和開發(fā)能力。

4 結語

將PROTEUS軟件引入機電一體化技術課程的各個實踐教學環(huán)節(jié)中，提高了學生的實驗興趣和創(chuàng)新能力，提高了教學效率，對學生實踐能力的培養(yǎng)具有現(xiàn)實意義。而且由于其仿真過程直觀，操作靈活，必將收到良好的教學效果，為機電一體化技術接口設計教學環(huán)節(jié)提供了良好的實驗平臺。

參考文獻

[1] 代啟化.基于PROTEUS的電路設計與仿真[J].現(xiàn)代電子技術，2006，234（19）：82-84.

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關鍵詞：電路維修教學；Mulitisim 10軟件；故障仿真

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）25-5924-02

應用電子技術專業(yè)實踐教學中，電路維修是難度較大的實踐教學項目，如何開展維修教學一直是實踐性教學需要解決的難題。筆者通過對Multisim10仿真軟件的學習與研究，利用Multisim 10軟件中的故障設置功能，簡單方便地設置、模擬電子電路故障，學生通過虛擬仿真方式維修電路，進而進入實際維修過程，能夠快速掌握電路維修知識與技能。

1 掌握電子電路維修技術的重要性

維修是指設備技術狀態(tài)劣化或發(fā)生故障后，為恢復其功能而進行的技術活動，是理論知識與實踐技能高度結合的工作，通過檢測、代換、試誤等技術手段，分析判斷故障產(chǎn)生的原因并替換損壞的元件，從而解決問題的過程。 通過電子電路維修過程，學生能夠學習掌握相關電路的理論知識與實踐技能：

1） 掌握各種電子元器件的測量與檢測技術，熟悉常用電子測量儀器的使用。

2） 加深對模擬電子電路、數(shù)字電路理論的理解。

3） 掌握電路分析能力、維修方法，提高維修的技能水平。

4） 培養(yǎng)學生自主學習能力，鍛煉克服困難的品質，為未來的發(fā)展夯實基礎。

2 電子電路維修實踐的困難

2.1 電路故障復雜多樣

電路故障產(chǎn)生原因多種多樣，一種元器件的損壞會出現(xiàn)不同的故障現(xiàn)象，同一故障現(xiàn)象也可能由不同元件引起。探究未知的問題對于職業(yè)院校的學生來講是個不小的挑戰(zhàn)。

2.2 在實物電路中模擬電路故障比較困難。

要學習維修技術，必須在電路中設置的故障，引導學生運用所學習的知識和技能，使用儀器，通過儀器測量檢測，判斷故障產(chǎn)生的原因。教師要為眾多學生的實訓電路設置故障，工作強度大，教學中設置的故障應明確、安全、隱蔽，對于教師能力要求也比較高，在實踐教學中較難實現(xiàn)。

2.3 教學成本高效率低

為了培養(yǎng)學生的維修能力，教師必須為每個學生準備相應的電路產(chǎn)品，而且需要設置多種各種不同的故障。由于學生沒有任何維修經(jīng)驗，必然的會犯不少錯誤，維修過程中會造成電路板、元器件損壞報廢，影響以后維修實踐教學開展。

3 應用multisim 10電子仿真軟件破解維修教學難題

Multisim 10是美國國家儀器有限公司推出電子仿真軟件，具有強大的SPICE仿真和原理圖捕獲、電路分析、仿真儀器測試等功能。通過應用該仿真軟件模擬維修過程，學生學習電路維修的方法、步驟，培養(yǎng)理論分析能力、儀表的應用能力。在經(jīng)過軟件仿真訓練后，再用實物電路維修訓練，能夠較好的解決維修教學中的難題。

下面通過串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路展示軟件仿真維修的過程。

3.1 繪制電路原理圖

通仿真軟件繪制串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路如圖，在電路中安裝虛擬萬用表用于電路工作室讀數(shù)。串聯(lián)穩(wěn)壓電路由整流、濾波、調(diào)整、取樣等單元電路組成。

3.2 電路仿真

按下電路仿真按鈕

通過測量的數(shù)據(jù)，學生可以了解到實際電路正常情況下的電壓及其變化規(guī)律。

3.3 故障設置

軟件可以設定元件的四種狀態(tài)，三種故障模式，“Open”表示元件相關電極之間開路，“Short”表示元件相關電極之間短路，“Leakage”表示元件相關電極之間漏電（有電阻），“None”表示元件正常無故障。故障設置步驟：雙擊需要設置故障的元件，本電路選擇Q3，打開故障設置界面。在工具欄中選擇“Fault”，元件出現(xiàn)四種狀態(tài)選項。

3.3.1 設置短路性故障

選擇“Short”同時鉤選B、E電極，表示三極管Q3的B、E極兩極短路，設置完畢退出故障設置狀態(tài)。按下仿真按鈕，出現(xiàn)故障現(xiàn)象，電位器為50%時電路輸出為14.06V，而且輸出電壓在電位器RP變化時不變化。附表中記錄了四只虛擬萬用表的電壓值。

數(shù)據(jù)分析：通過表2的數(shù)據(jù)分析，輸出電壓基本不隨RP變化而變化，一直為14V，基準電壓基本不變化，比較表1中電路正常工作時的電壓數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Q3的B、E極電壓VBE=0，不正常，正常應該為0.6V左右，說明三極管Q3的B、E極短路。電路故障是由于Q3的B、E極短路引起的，Q3不工作，使得Q3對調(diào)整管Q1的基極沒有分流作用，Q1飽和導通，輸入端電壓通過Q1的C、E極直接加到輸出端，使得輸出端電壓升高而且一直不變化。將Q3的B、E極設置正常后電路恢復正常。

3.3.2 設置開路性故障

選擇“Open”同時選擇B、E電極，表示三極管Q3的B、E極兩極開路，設置完畢退出故障設置狀態(tài)。按下仿真按鈕，出現(xiàn)故障現(xiàn)象，電位器50%時電路輸出為14.09V，而且輸出電壓不隨電位器RP變化而變化。附表中記錄四只虛擬萬用表的電壓值。

數(shù)據(jù)分析：通過表2的數(shù)據(jù)分析，輸出電壓基本不隨RP變化而變化，一直為14V，基準電壓基本不變化，比較表1電路正常工作時的電壓數(shù)據(jù)，取樣管Q3的B極電壓從低到高變化，基準電壓基本不變化， Q3的B、E極電壓VBE不能保持放大狀態(tài)的0.6V電壓，而且VBE之間的電壓值大于0.7V，不正常，表明三極管Q3的B、E兩極之間開路。Q3不工作，使得Q3對調(diào)整管Q1的基極沒有分流作用，Q1飽和導通，輸入端電壓通過Q1的C、E極直接加到輸出端，使得輸出端電壓升高而且一直不變化。將Q3的B、E極設置正常后電路恢復正常。

4 結論

我們看到同一元件的不同類型的故障，雖然故障現(xiàn)象一致，但是卻有著不同的工作機理，特別是關鍵點電壓有諸多不同。通過這兩例簡單故障的仿真維修過程，學生能夠更好地了解電路工作原理，提高維修能力。

5 結束語

Multisim10 軟件功能強大，除了電路設計，還有故障仿真功能。在維修實踐教學中通過故障模擬仿真，結合虛擬儀表測量的數(shù)據(jù)，運用所學電子電路的理論知識，比較直觀地分析判斷故障產(chǎn)生原因，通過掌握故障電路電壓變化的規(guī)律，能夠解決實際維修問題。當然，在維修實踐教學中不能一味依賴仿真教學，輕視實操訓練。實踐證明，仿真與實操訓練課時比例為7：3時，實踐成本下降、教學效果明顯。虛擬仿真維修教學作為應用電子技術專業(yè)電路維修教學手段值得在職業(yè)院校推廣。

參考文獻：

[1] 董佳輝.Multisim 9在電子電路故障診斷中的應用[J].機電設備，2009（4）.

[2] 錢月花.使用Multisim 進行電子電路故障診斷[J].沙洲職業(yè)工學院學報，2009（2）.

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Application of Multisim in high?frequency electronic circuit teaching

MIAO Qian， YU Zhi?yong， HOU Hong?qing， LI Yan?ling， ZHANG Hui， JIANG Qin?bo， XU Hui

（The Second Artillery Engineering University， Xi’an 710025， China）

Abstract： In view of the problems existing in the teaching of “High?frequency Electronic Circuit”， such as abstract， boring， and low participation enthusiasm of students， the traditional teaching was reformed and the Multisim simulation software was introduced into the teaching of “High?frequency Electronic Circuit”. The simulation examples for single detuning amplitude discriminator circuit were enumerated. Through continuous change of circuit component parameters， the characteristics of detuning waveforms， normal detection of diode envelope detector and inert distortion phenomenon were compared and analysed. The simulation experiments show the simulation results can be revealed intuitively and vividly， which can enhance perceptual knowledge of the students， and deepen understanding of students for the circuit concepts and principles. It is proven through practice that the teaching method is helpful for mobilizing the initiative learning enthusiasm of the students and can improve the teaching effect obviously.

0 引 言

高頻電子線路是通信工程、電子工程專業(yè)一門必修的工程技術基礎課程，理論性、實踐性、工程性較強。傳統(tǒng)的教學更多注重理論知識的講解，學生很難掌握。為了提高高頻電子線路的教學質量，改善教學效果，提高學生的分析和解決問題的能力，有必要將電路仿真軟件引入課堂。Multisim 軟件具有豐富的仿真分析能力，可以設計、測試和演示各種電子電路，為電子線路設計人員在計算機上完成電路的功能設計、邏輯設計、性能分析等創(chuàng)設了良好的平臺[1]。

本文以單失諧振幅鑒頻電路為例，闡述了Multisim仿真軟件在高頻電子線路課程中的應用，把抽象的問題通過仿真簡單化、形象化，使學生更容易接受。

1 單失諧振幅鑒頻器工作原理

振幅鑒頻器的基本原理是把等幅調(diào)頻波通過頻率?幅度線性變換網(wǎng)絡，變換成振幅與頻率都隨調(diào)制信號而變化的[FM-AM]波，然后通過包絡檢波器根據(jù)[FM-AM]波的包絡變化，還原出原調(diào)制信號。它的電路模型如圖1所示。

最簡單的振幅鑒頻器是單失諧回路振幅鑒頻器，原理電路和波形如圖2所示。電路中的頻率?幅度變換器就是[LC]并聯(lián)諧振回路。

圖1 振幅鑒頻電路模型

圖2 原理電路和波形圖

如果把并聯(lián)諧振回路的諧振頻率[fp]選得高于[FM]波的載波頻率[fo]時，對[FM]信號而言，將工作在并聯(lián)諧振回路的感性失諧區(qū)。工作在感性失諧區(qū)的并聯(lián)諧振回路，其幅頻特性曲線有一段以載頻[fo]為中心的傾斜區(qū)，如圖3所示。

圖3 幅頻特性曲線

當FM波的電流流過回路時，由于對不同的瞬時頻率，回路失諧阻抗大小不同，因此LC回路的端電壓是一調(diào)頻?調(diào)幅波，其振幅uFM?AM將隨FM波的瞬時頻偏[Δf（t）]而變化。當[f（t）>fo]時，回路失諧小，回路輸出電壓振幅uFM?AM大；當[f（t）

2 單失諧振幅鑒頻電路實現(xiàn)

圖4是單失諧振幅鑒頻電路。V1是幅值為6 V，中心頻率為1.2 kHz，調(diào)制信號頻率為100 Hz的輸入調(diào)頻波。[L1]和[C1]組成并聯(lián)諧振回路，實現(xiàn)頻率到幅度的線性變化。VD，[R]和[C]組成二極管峰值包絡檢波器，完成對FM?AM波的檢波。XSC1和XSC2是示波器，其中XSC1用來觀察輸入等幅調(diào)頻波和諧振回路輸出FM?AM波的波形，XSC2用來觀察FM?AM波和二極管包絡檢波輸出的波形。

圖4 單失諧振幅鑒頻電路

3 單失諧振幅鑒頻電路仿真分析

3.1 頻率?幅度變換分析

要實現(xiàn)頻率?幅度的變換，[L1]，[C1]組成的諧振回路應處于失諧狀態(tài)，那么就要求諧振回路的諧振頻率小于或者大于輸入調(diào)頻波的中心頻率1.2 kHz。

（1） 感性失諧分析

當[L1]=102 μF，[C1]=98 μF時，并聯(lián)諧振回路諧振頻率為1.59 kHz，大于輸入調(diào)頻波的中心頻率，諧振回路感性失諧，調(diào)頻波經(jīng)過并聯(lián)諧振回路輸出為FM?AM波，在示波器XSC1可以觀察到FM?AM波形如圖5所示，上面波形是輸入調(diào)頻波，下面波形是經(jīng)調(diào)頻?幅度變換的FM?AM波，實現(xiàn)了頻率到幅度的線性變換。

（2） 容性失諧分析

當[L1]=200 μF，[C1]=230 μF時，并聯(lián)諧振回路諧振頻率為0.74 kHz，小于輸入調(diào)頻波的中心頻率，諧振回路容性失諧，調(diào)頻波經(jīng)過并聯(lián)諧振回路輸出為FM?AM波，在示波器XSC1可以觀察到FM?AM波形如圖6所示，上面波形是輸入調(diào)頻波，下面波形是經(jīng)調(diào)頻?調(diào)幅變換的FM?AM波，實現(xiàn)了頻率到幅度的線性變換。

圖5 輸入調(diào)頻波和感性失諧輸出波形

圖6 輸入調(diào)頻波和容性失諧輸出波形

3.2 包絡檢波輸出

以感性失諧為例，當[R]=10 kΩ，[C]=50 nF時，在示波器XSC2觀察二極管包絡檢波器輸出波形如圖7所示。當[R]=10 kΩ，[C]=100 nF時，檢波器輸出波形如圖8所示。

圖7 C=50 nF時檢波輸出波形

圖8 C=100 nF時檢波輸出波形

從圖7和圖8波形的輸出可以看出，此時電路雖然都能夠檢波出FM?AM的包絡信號，但隨著逐步增加[C]的值時，輸出信號的高頻波紋變小，更加接近光滑曲線。繼續(xù)增大[C]的值，設[C]為600 nF，900 nF，檢波器輸出波形如圖9和圖10所示，可以看出，當逐步增加[C]時，二極管包絡檢波器產(chǎn)生惰性失真。[C]增大的越大，惰性失真越明顯。對比分析見表1（R=10 kΩ）。

表1 包絡檢波器仿真輸出對比表

通過仿真結果可以看出：

（1） 諧振回路在感性失諧和容性失諧時輸出的FM?AM波波形的異同，雖然都實現(xiàn)了頻率到幅度的變化，但是諧振回路感性失諧時，F(xiàn)M?AM波的幅值變化和頻率變化一致，即頻率高，幅值大；頻率低，幅值小；容性失諧時，F(xiàn)M?AM波的幅值變化和頻率變化不一致，即頻率高，幅值小；頻率低，幅值大。

（2） 利用二極管的單向導電特性和檢波負載[C]的充放電過程實現(xiàn)檢波，所以[C]的選擇很重要。[C]過大，則會產(chǎn)生惰性失真。[C]太小，高頻波紋大。

圖9 C=600 nF時檢波輸出波形

圖10 C=900 nF時檢波輸出波形

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【關鍵詞】Proteus；集成電路；仿真

Proteus是一款集單片機和SPICE分析于一體的電子仿真軟件，功能非常強大，可以同時滿足電類各個專業(yè)課的教學，Proteus仿真軟件7.5版的元器件庫中包含了CD4000系列、74系列大部分數(shù)字集成電路及LM系列等幾百種模擬集成電路，非常適合用于集成電路應用課程的實踐教學。為此，筆者分析了Proteus仿真軟件在課堂教學、實訓、課程設計等各個方面的實踐教學應用情況。

1.Proteus在課堂教學中的應用

目前適合高職院校集成電路應用課程教學的教材相對較少，加上集成電路種類繁多，我們在實際教學中以集成電路廠家給定的datasheet文件為基礎自編實訓教材，選取的幾十種常用集成電路中大部分在Proteus元件庫中有仿真模型，可以搭建電路進行仿真演示，如NE555、LM324、OP27、LM386、LM317、MC34063、LM3914、LM331等。在集成電路應用教學中，最核心的是集成電路的功能演示。在以往沒有使用Proteus軟件的情況下，教師只能使用PPT等多媒體手段，針對電路的原理和功能進行枯燥的講解。使用Proteus軟件后，借助軟件的可操作性及過程的動態(tài)顯示，可以通過變換電路形式、設置輸入信號參數(shù)、調(diào)用虛擬儀表進行測量等人機互動功能來增加學生的興趣和對知識的理解。

如在講述NE555集成電路的多諧振蕩功能時，我們并不急于按照圖1來講述NE555的內(nèi)部結構和功能，而是使用Proteus搭建如圖2所示的電路，使用電壓探針監(jiān)視充放電電容C1上的電壓，觀察第3腳上的電平顏色變化，可以很清楚的看到當電容C1上的電壓升到4V時，Q從高電平變成低電平，電容上的電壓開始變?yōu)橄陆担旊娙萆系碾妷合陆档?V時，Q從低電平變成高電平，電容上的電壓開始變?yōu)樯仙绱朔磸托纬烧袷帯Ｍㄟ^計時還能發(fā)現(xiàn)，振蕩的周期大概為20多秒，基本與理論上的公式符合。在觀察了仿真現(xiàn)象和驗證了公式之后，再來理解圖1所示的NE555內(nèi)部結構和功能就容易的多。

在對圖2使用Proteus進行仿真時，還可以清晰看到電容C1被NE555控制進行反復的充電和放電，充放電的轉換電壓正好為2V和4V，也就是1/3VCC和2/3VCC。這樣通過軟件仿真可以輕松理解NE555電路的特點，而不需要去花很多時間來剖析繁瑣的內(nèi)部模塊和結構。對于其他集成電路的教學，也是直接通過電路圖來仿真就可以輕松掌握其引腳的功能。

Proteus軟件在仿真時，是以動畫的形式顯示的，同時也可以使用仿真軟件上幀進按鍵，每按一下前進一幀。在講解和演示時可以在停頓的時間里做更多的穿插講解，也增加了學生的理解。

2.Proteus在實訓教學中的應用實踐

傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品設計過程中，從選定題目開始，首先要確定集成電路型號和使用的方案，之后開始設計電路圖，購買元器件，進行PCB打樣，最后進行焊接調(diào)試[1]，整個過程中還需要使用到若干儀器、儀表和工具。如沒有達到設計功能，整個過程或者部分環(huán)節(jié)就可能需要反復進行。采用PROTEUS軟件后，只需要搭建完整的電路圖就可進行功能測試和評估，還可以通過調(diào)整元器件參數(shù)使整個電路性能更佳。這樣就無需多次購買電子元器件、PCB打樣和焊接調(diào)試等費時費力的工作，等仿真結束并確定了元器件和電路圖后，一次性完成元器件購買、PCB制作和焊接調(diào)試的工作。

例如，如圖3所示的在三運放差分放大器的實訓中，根據(jù)理論計算和圖中電阻阻值設置，VO=2.1（V2-V1），使用軟件仿真時給定V2=0.2V，V1=0.1V，則通過虛擬測量VO正好為2.1V。通常利用軟件仿真得到正確的結果并不容易，調(diào)試結束之后，大部分學生均能取得下列認識：

（1）測量可知運放的輸入端電流基本為0，即運放的虛斷概念；

（2）測量可知運放的輸入的+、-兩端的電壓差基本為0，即運放的虛短概念；

（3）運放通常需要給正負雙電源才能正常工作，而且電源極性不能搞反；

（4）運放輸出的電壓值不可能超出電源范圍；

（5）仿真電路圖中運放的各輸出點電壓都能通過理論計算得到，而且誤差不大。

（6）如將運放更換為LM324運放，將得到的VO將不再是2.1V，誤差比較大，可見OP27的精度比LM324高，原因是其輸入失調(diào)電壓才10uV，而LM324的2mV。

3.Proteus在課程設計中的應用實踐

在學習A/D變換集成電路時，作為本課程的課程設計項目之一，我們選擇使用ICL7107集成電路來制作一個LED數(shù)字電壓計。傳統(tǒng)的做法是老師給定完整的電路圖，學生用1-2周的時間在實驗板上焊接調(diào)試完成，其中A/D變換的原理、電路的原理及作用等的講解和分析還是要使用黑板或者PPT來完成，大部分學生很難理解，實訓時只能按圖接線，出了問題找老師解決，完全不能在理解原理的基礎上根據(jù)故障現(xiàn)象進行分析和判斷，更不能獨立消除故障。

在使用Proteus軟件后，可以很方便地按照電路的模塊進行功能演示、原理解說和故障的分析判斷。如圖4的電路，可以使用Ptoteus演示出雙積分A/D變換器將電壓轉換成時間間隔的過程，在仿真的過程中，學生理解了積分電阻和積分電容所起的作用。又如圖5的電路，可以演示出ICL7107所需要的負電壓的產(chǎn)生過程。學生在電腦上仿真成功后，對照仿真電路圖進行焊接，然后再根據(jù)仿真的現(xiàn)象對焊接完的電路板進行調(diào)試，如出現(xiàn)故障，也能借助仿真軟件的虛擬儀表來進行測試，幫助進行最終的故障分析和定位。

4.Proteus軟件在實踐教學中的特點

Proteus軟件在集成電路應用課程中起到了很好的作用，最突出的特點是學生的積極主動性有了顯著的提高，作為一個電子仿真軟件，Proteus對其他電類課程也可以起到較好的輔助教學作用，主要的優(yōu)點如下：

（1）可以達到學生自主學習為主的目的。原則上只要有電腦就可以學習，學生課后也能在自己的電腦上進行學習，虛擬的元器件和儀器儀表也不可能被損壞，學生也不會怕觸電怕短路，能做到大膽嘗試，增強獨立解決問題的能力，減少學習的依耐性[2]。

（2）解決學校實踐條件不足的問題。利用學校已有的機房輕易實現(xiàn)一人一機的實踐環(huán)境。傳統(tǒng)實驗室需要元器件、電源、萬用表、示波器、常用工具等硬件設施，容易損壞，難于管理，仿真教學和學習相對容易的多。

（3）設計性實驗替代驗證性實驗。傳統(tǒng)的實訓受到已有元器件的限制，實訓往往按部就班，不能開發(fā)學生的主觀能動性，不利于培養(yǎng)產(chǎn)品研發(fā)和設計的能力，仿真軟件的使用可以使學生在虛擬的環(huán)境中充分發(fā)揮自己的想象，設計出不同的電路方案。

5.結束語

Proteus仿真軟件為集成電路應用等電子類課程的教學提供了比較方便的途徑，解決了很多傳統(tǒng)時間教學無法解決的問題，但它畢竟是虛擬的環(huán)境，只能作為教學的補充，要讓學生真正學習到電路的設計、生產(chǎn)、調(diào)試和維修方面的技能，還需要多動手接觸實際的電路實物，否則哪怕用的再多，也只能是紙上談兵，不能完全使用虛擬的仿真來替代實際的實驗和實訓。

參考文獻

[1]吳小花，吳先球.Proteus電路設計與仿真在教學中的實踐[J].計算機系統(tǒng)應用2010，19（2）.

[2]陶洪，錢馳波.仿真軟件Proteus在《數(shù)字電子應用》課程教學中的應用[J].常州信息職業(yè)技術學院學報，2009，8（1）.

作者簡介：

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關鍵詞：電工基礎；教學實踐；多媒體；電路仿真

中圖分類號：TP37文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)06-1410-04

Fundamentals of Electrical Engineering Courses with Multimedia

WANG Zhong

(Electronicl Industrial School of Changsha City，Changsha 410116，China)

Abstract: Through the electrical exploration of many years of teaching practice, the writer summed up how to improve the quality of teaching by changing from traditional teaching mode to modern teaching mode.

Key words: Fundamentals of electrical engineering; practice teaching; multimedia; circuit simulation

《電工基礎》是職業(yè)學校電類專業(yè)開設的一門專業(yè)基礎課，理論性較強。由于職業(yè)學校的學生基礎普遍較差，學習感覺難度大，容易產(chǎn)生厭學情緒。《電工基礎》課程學得不好，直接影響到其他專業(yè)課程的學習。所以在教學過程中，教師要改進教學方法，把以往的單向授課方法（學生被動接受，不主動參與教學活動）改為互動教學法，要使傳統(tǒng)的以教師、課堂、書本為中心的教學方式轉變?yōu)橐詫W生、實踐、交流為中心的教學方式，使學生從被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，這是從事教學的教師應該重視并認真進行探討和實踐的問題。本人認為要學好《電工基礎》，要將多教學手段相結合，才能更好的達到教學目的。

1動畫軟件的運用

電工基礎課程中有些教學內(nèi)容比較抽象，并且理論性的內(nèi)容較多，我們可以用Flash等軟件制作一些動畫課件，穿插在教學過程中，這樣能給枯燥的學習中注入一些新鮮內(nèi)容，豐富學生的課堂生活。比如：在講授電容器這一章節(jié)知識前，為了使同學們對電容器這一基本電子器件有更深刻的印象，使用COOL3D軟件制作片頭動態(tài)文字，用FLASH、3DMAX軟件制作各種有動態(tài)效果的電容器動畫，再結合電容器的教學錄像片制作的CAI課件作為背景知識進行介紹。在課堂教學的導入階段，學生們一下子就被精美的動畫所吸引，激起了他們想深入了解電容器結構與工作原理的欲望，在此學習動機的支配下，學生們在整堂課過程中，積極思考，踴躍發(fā)言。相信通過觀看電容器精美動畫給同學們留下的課堂記憶以及電容器知識會讓同學們回味無窮。再如，在《三相交流電》這一章節(jié)的講解時，除了用交流發(fā)電機模型、實物微型交流發(fā)機發(fā)電、示波器觀看交流電的波形外，為了使學生對轉子轉到某個位置交流發(fā)電機發(fā)出交流電對應的波形，可以制作交流電機發(fā)電的CAI課件用于教學中，通過課件的展示，再運用物理知識分析推證出三相交流電的電壓、電動勢、電流的按正弦規(guī)律。這樣，不僅使學生對三相交流電產(chǎn)生的宏觀機理有清楚的認識，更加深了對交流電產(chǎn)生的微觀過程。采用現(xiàn)代媒體進行教學，形象、生動、直觀，擴充了教學內(nèi)容，優(yōu)化了教育傳播過程，提高了教學效果。如圖1至圖4。

圖1 Flash三相發(fā)電機

2電路仿真軟件的運用

電路實驗是電工基礎課程中一個重要的教學環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學生動手能力、分析和解決問題的能力。我們在實驗教學中必須重視電路仿真技術的應用。電路仿真，就是設計好的電路圖通過仿真軟件進行實時模擬，模擬出實際功能，然后通過其分析改進，從而實現(xiàn)電路的優(yōu)化設計。電路仿真是EDA（電子設計自動化）的一部分。現(xiàn)在比較常用的電路仿真軟件有：Multisim系列，Pro? tel99等。

2.1 Multisim仿真軟件

Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以EWB為基礎的仿真工具，適用于模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)到Multisim11.0，其特點是：1）直觀的圖形界面。整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的。2）豐富的元器件。提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件，同時能方便的對元件各種參數(shù)進行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件。3）強大的仿真能力。以SPICE3F5和Xspice的內(nèi)核作為仿真的引擎，通過Electronic workbench帶有的增強設計功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進行優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VH? DL仿真、電路向導等功能。

例：LC串聯(lián)諧振回路特性的Multisim9仿真測試

在Multisim9中構建LC串聯(lián)諧振回路諧振測試電路，如圖5所示。XSC1為雙蹤示波器，B端接電容，J1為手動開關。雙擊XSC1，設置示波器，按下仿真開關按鈕進行仿真。反復按動空格鍵，可得到仿真結果，如圖6所示。可以看出，當開關從電源打向電阻時，回路處于自由諧振狀態(tài)，振幅逐漸變小。重新設置示波器時間軸，計算出自由振蕩頻率值。如圖7所示。

同時可以對LC串聯(lián)諧振電路的幅頻特性、相頻特性進行仿真測試。如圖8、9、10所示。

圖8 LC串聯(lián)諧振回路測試圖

2.2 Protel99

目前一些電子CAD軟件也都內(nèi)嵌了電路仿真測試功能，如在國內(nèi)具有廣泛用戶的Protel99電子線路CAD軟件包內(nèi)就集成了與PSPICE兼容的電路仿真功能。Protel99電路仿真功能強，操作方便、直觀，對錯誤的設置或操作都會及時給出提示信息，它不僅是電子線路設計工程師的好幫手，也是電子線路初學者的好工具。通過Protel99電路仿真功能可加深理解有關電子線路的工作原理，對學好電工基礎、模擬電子線路、數(shù)字脈沖電路等課程大有幫助。

圖11

例如，對圖11所示的并聯(lián)諧振電路，利用AC小信號分析觀察并聯(lián)諧振曲線將非常方便、直觀，如圖形控制所示（其中AC小信號分析參數(shù)為：Start Frequency=1Hz,Stop Frequency=1Mhz,Test Points=1000）。

圖12

觀察AC小信號分析波形：在AC小信號分析中，既可以直觀地看到輸出信號振幅隨頻率的變化而變化（圖12），也可以觀察到輸出信號相位隨頻率的變化而變化。例如，單擊波形觀察窗口下的“AC Small Analysis”按鈕，將鼠標移到波形窗口內(nèi)，單擊待觀察的

輸出信號，然后單擊右鍵，指向并選擇“View Single Cell”，觀察單個信號，再單擊鼠標右鍵，指向并單擊“Scaling...”（刻度），在“Scaling Setup”窗口內(nèi)，將Y軸設為“Phase In Degrees”,即可觀察到相頻特性。

Protel99 SE是一款實用的電路設計軟件，其仿真功能沒有Multisim強大和快捷。它在仿真一些非線性電路、觸發(fā)器電路的直流或瞬態(tài)特性時，常出現(xiàn)解的不收斂現(xiàn)象，需要設置仿真的初始狀態(tài)。在設計和實踐過程中，兩種軟件各有所長，可以揚長避短，靈活運用。

現(xiàn)代教育技術作為一種全新教學方式，已經(jīng)普遍得到了教師尤其是學生的喜愛。通過眾多創(chuàng)新型教師運用多媒體技術輔助課堂教學，將促進課堂教學模式的進一步優(yōu)化，激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質量，為培養(yǎng)實用型技能人才奠定良好的基礎。

參考文獻：

篇7

1引言

EWB是加拿大 Interactive Image Technology 公司九十年代初推出的用于電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件，雖然目前有升級軟件Multisim以及其他眾多的EDA軟件，相對而言，EWB是個較小巧的軟件，只有16M，功能單一，就是進行模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真，但它的仿真功能十分強大，可以幾乎100%地仿真出真實電路的結果，而且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉換器等工具，它的器件庫中則包含了許多大公司的晶體管元器件、集成電路和數(shù)字門電路芯片，器件庫中沒有的元器件，還可以由外部模塊導入。所以非常適合教學，并且目前還有很多電路工作者也還在使用EWB來進行電路仿真。

2 EWB的主要組成

EWB系統(tǒng)的組成如同一個實際的電子實驗室，主要由以下幾個部分組成：元器件欄、電路工作區(qū)、仿真電源開關、電路描述區(qū)等。

元器件欄中用于存放各種元器件和測試儀器，用戶可以根據(jù)需要調(diào)用其中的元器件和測試儀器。

電路工作區(qū)是工作界面的中心區(qū)域，它就象實驗室的工作平臺，可以將元器件欄中的各種元器件和測試儀器移到工作區(qū)，在工作區(qū)中搭接設計電路。連接并接好測試儀器后，單擊仿真電源開關，就可以對電路進行仿真測試。打開測試儀器，可以觀察測試結果。

3 雙邊帶調(diào)制及同步檢波構建

根據(jù)雙邊帶調(diào)制和同步檢波的原理，在EWB仿真平臺中畫出其仿真電路，如圖1所示，其中信號S1與S2通過A1完成相乘組成雙邊帶調(diào)制電路，并通過A1輸出，然后與信號S3通過A2相乘以及低通濾波器R1、C1組成同步檢波器。可以通過幾個關鍵點觀察仿真波形，如B1點為雙邊帶調(diào)制后的波形、B2點為同步檢波器低通濾波前的波形，D點為完成同步檢波后的波形。例如D和B1點的仿真波形如圖2所示。通過這樣的仿真很形象、很直觀的演示了雙邊帶調(diào)制和同步檢波的過程。

篇8

關鍵詞：Saber仿真軟件；負載測試；直流電子負載

Saber軟件多用于電路仿真模擬中，其主要包括繪制電路圖與電路仿真模擬，最終的模擬結果均可于SaberScope中查找。但移相全橋DC/DC變換器具備十分鮮明的特點，其用于大功率多電飛機電源系統(tǒng)中十分關鍵，而多電飛機可提高使用電力，并可有效降低液壓與氣動，此種改變使得多電飛機優(yōu)勢更高。多電飛機對電力要求不斷增加，其應具備適當?shù)呐潆姟⑥D換系統(tǒng)，以確保相關系統(tǒng)有序運轉。因此，探討基于Saber仿真軟件的直流電子負載設計，對直流電子負載設計有著極大現(xiàn)實意義。

1 電子負載設計

1.1 電子負載設計要求與測試方法

Saber仿真軟件具備極為強大的功能，其可快速仿真各種電路軟件，且多用來仿真開關電源時域，亦或者是相應的頻域，從而形成適宜的混合系統(tǒng)，實現(xiàn)各種仿真。Saber可兼容許多仿真，再于不同層面處理其間存在的問題。直流電子負載設計可有效控制模擬量，之后則以相關編程對相關器件施以建模與實時仿真，從而挺高仿真速度。

1.2 系統(tǒng)方案論證與設計

直流電子負載構成電路可分為三種，包括恒流、恒壓、恒阻這三種，此三種電路將運算放大器及相應的反饋網(wǎng)絡結合而成，通常均是以單片機來控制。設計核心為電路反饋網(wǎng)絡中的場效應，局部單片機可被有效控制。電子負載系統(tǒng)控制程序亦是非常關鍵，其可實現(xiàn)各種信息輸入程序，并能夠有效顯示信息；其間數(shù)據(jù)采集均是于相關程序中轉換，從而保證各個程序有序運轉。恒流工作模式可以分流電阻實現(xiàn)采壓，之后則根據(jù)實際情況將其放大，且進行詳細的比較，從而將各種數(shù)據(jù)及時反饋，要合理調(diào)節(jié)分流電阻中存在的電壓，則可保證恒流穩(wěn)定運行。采壓之后則和設定的電壓互相比較，且及時將相關模塊有效整合，保證硬件設計有效簡化，恒阻模塊均可以單獨電路確保恒阻。此種方式的電路集成度偏高，相關硬件電路均可作為功能實現(xiàn)的基礎，從而有效提高其可靠性。

2 電路仿真

2.1 恒流恒壓模塊設計實現(xiàn)

光耦中的各項連接工作很重要，其間包括工作模塊與控制模塊，線性光耦合器可構成光耦反饋電路，要根據(jù)實際情況調(diào)整電流，保證電壓安全穩(wěn)定，之后以光耦隔離保證各個模塊不干擾運作。二極管可有效控制運放管腳中存在的電壓，要盡可能使其起到保護作用。電路往往是非常復雜的，仿真電路中以線性可調(diào)電壓源，并以此替代早期的控制模塊，從而嚴格測試電源信號，這時便可提高仿真速度。恒定電壓工作下的電子負載流入負載電流控制十分關鍵，應嚴格控制其負載電壓，保證其負載電壓增加至設定值。系統(tǒng)監(jiān)測電路采壓完成后，要將其與設定電壓嚴格比較，從而將信息反饋于對應控制電路中。監(jiān)測電路采樣電壓降低后，會被送進比較器中，再與相關結果分析比較，且反饋于工作電路控制負載電壓中。

2.2 恒組電路模塊設計實現(xiàn)

電阻工作模式下的電子負載應以負載電阻與輸入電壓確定，保證負載電流與輸入電壓為正比，比值設定負載電阻設定值務必嚴格保持。恒阻電路均是獨立的，其運轉均是以開關轉換實現(xiàn)的。通常Saber中不存在電位器，要根據(jù)實際情況改變電阻，保證仿真以2個電阻串聯(lián)實現(xiàn)。恒阻電路可有效改變相關元器件的輸入電壓，并獲得相應的電阻恒定數(shù)據(jù)。

2.3 過載報警、保護模塊設計實現(xiàn)

通常為了保證電路正常運轉，并根據(jù)實際情況設計出對應的電子負載過載，以此來保護電路運行。要嚴格采樣，并設置相應的閾值，確保單片機控制電源的輸入及時斷開，這時系統(tǒng)則被迫停機。

3 電路模塊高級仿真

3.1 蒙特卡羅分析

此分析是于模型參數(shù)值浮動范圍之內(nèi)，并隨即取樣，嚴格檢驗器件參數(shù)，確保其數(shù)值浮動于相應的范圍內(nèi)。要及時更換電路，以恒壓流模塊替換，若電子負載中未施以隔離，從而保證其運轉安全可靠。但是通常設計對象十分復雜，具體應用中根本達不到相應的效果。以光耦隔離電路之后，系統(tǒng)可靠性降低，不過設計務必確保于規(guī)定范圍中。

3.2 電應力分析

電子負載應具備極高的電路穩(wěn)定性，因其均于高電壓與高電流情況下，這時則應深層次分析其間電應力，獲得準確的工作參數(shù)，盡可能保證相關參數(shù)不超過元器件實際承受力。并全面分析其間實際負荷，保證電阻功率大于13.3W；保證IRF540負荷可達到96%，盡管其于額定范圍內(nèi)，及時更換MOS管以確保電力穩(wěn)定運行。

4 結束語

電路系統(tǒng)可靠性為電路設計的關鍵內(nèi)容，亦是測試耗時最多的工作，Saber軟件多用于電路仿真模擬中，以Saber仿真分析電路設計中的諸多參數(shù)，從而獲得電路實時變化結果，降低其間重復環(huán)節(jié)。基于Saber仿真方案設計中的直流電子負載進行嚴格的定型試驗，從而合理縮減軟件研制時間，這時便節(jié)省了開發(fā)費用。文章分析了電子負載設計，探討了電路仿真，對電路模塊高級仿真進行了相關分析，為基于saber仿真軟件的直流電子負載設計提供參考依據(jù)。

參考文獻

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[2]李方圓，李曉.基于saber軟件開關電路的仿真[J].電子世界，2013（09）.

[3]劉家鑫.簡介HXD3機車電傳動系統(tǒng)及saber仿真軟件[J].變頻器世界，2012（08）.

[4]周凱，那日沙，王旭東.Saber在電力電子技術仿真中的應用[J].實驗技術與管理，2015（03）.

[5]周雪芳，錢勝.仿真軟件在《微波技術與天線》實驗中的應用[J].實驗科學與技術，2013（11）.

篇9

【關鍵詞】Multisim;電工電子教學;虛擬實驗;計算機仿真分析

社會在發(fā)展，科技在進步，電子技術的重要性更加突出，因此學好電子技術是職中生的當務之急，是學生立足社會之本。電子技術課程的理論性、技術性、應用性都非常強，傳統(tǒng)的教育教學方法，只能讓學生感到課程的枯燥無味，抽象難懂，久而久之便喪失了學習的積極性。為了提高學生的學習效率，提高教師的教學水平，讓學生真正掌握理解電子技術的本質精髓，我通過對Multisim仿真軟件的研究，積極大膽的探索新的教育教學方法，極大的提高了學生的學習興趣，提高了學生的專業(yè)技能水平和教師的教學水平。現(xiàn)在我根據(jù)自己的教學實踐，總結以下經(jīng)驗：

一、建立健全學生“自信心”體系，提倡“學以致用”的教育理念。

中職生一般都是中考落榜的學生，在學習上常常感覺自卑，認為自己各方面都比較差，甚至有種破罐子破摔的想法，對學習沒有任何興趣，甚至產(chǎn)生強烈的抵觸情緒。教師要扭轉學生這種思想，就應在教學中多講解、多演示，使學生能夠一看就懂、一想就通、一做就會，教師應利用學生的好奇心，恰到好處的講解電子技術，建立健全學生的自信心。Multisim 11.0仿真軟件操作簡單，元件庫龐大，學生只需要按照電路原理圖在元件庫中找出元件并對電路進行編輯接線，很容易完成電路仿真實驗，當學生看到示波器的波形圖不斷變化時，會產(chǎn)生極大的興趣，這時教師抓住機會，詳細的對電路原理進行講解能產(chǎn)生事半功倍的教學效果。

二、Multisim電路仿真軟件能快速、方便、形象的揭示了電路本質，提高了學生接受電子知識的接受能力。

例如在講解三極管單管放大電路中，利用傳統(tǒng)方式講解，教師要詳細講解三極管的靜態(tài)工作點，以及三極管的放大條件，抽象、難懂、不易理解，學生很快失去學習興趣，但是如果運用Multisim仿真軟件，效果將完全不同：

（1）首先教師布置教學任務，指導學生繪制圖（A）三極管單管放大電路，學生在用仿真軟件繪圖的時候，首先需要了解元件的整體布局，無形中加深了對原理圖的理解。

圖（A） 三極管單管放大電路

（2）學生在完成原理圖繪制以后，點擊仿真按鈕，得到圖（B）三極管單管放大電路輸入輸出波形圖結果。

（3）學生根據(jù)波形圖的仿真結果產(chǎn)生疑問：為何輸出波形比輸入波形放大好多倍。

（4）教師抓住疑問，根據(jù)仿真結果詳細講述三極管單管放大的電路原理，這時學生都能集中精力認真聽講，提高了教師的教學質量和學生的聽課水平。

圖（B） 三極管單管放大電路輸入輸出波形圖

圖（C） 芯片功能測試

三、將multisim仿真軟件引入教學，有利于開闊學生的視野，增加學生知識面，促進學生更好的學習電子專業(yè)的各種實驗儀器。

在電路仿真軟件中，提供了很多虛擬實用的儀器儀表設備，比如：數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、示波器、波特圖示儀、失真分析儀等儀器，學生通過在實際電路中的靈活應用，可以通過這些儀器簡單、清楚的揭示電路本質，這無形中增加了學生學習這些儀器的興趣，這時老師抓住機會，集中講解示波器、函數(shù)發(fā)生器、萬用表等儀表儀器會產(chǎn)生事半功倍的教學效果，提高教學質量。對于價格昂貴的儀器比如頻譜分析儀、安捷倫信號發(fā)生器等儀器，學校沒有能力購買，但是學生可以在仿真軟件中的儀器庫中調(diào)出并仿真應用，增加了學生的知識面，開闊了學生的視野。

四、將Multisim仿真軟件引入課堂，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性和創(chuàng)造性。

一臺PC機和一個仿真軟件就相當于一個可以移動的功能強大的電工電子實驗室，因此，這給學生提供了創(chuàng)新的技術平臺。學生根據(jù)自己學過的電路原理和元件的基本性能，可以任意搭建電路，基本可以做到只要能想到，就能做到的思想境界，不但提高了創(chuàng)新的效率，更重要的是提高了學生學以致用的能力。例如：學生在學習了數(shù)字電路74LS194芯片后，可以根據(jù)芯片的原理和74LS194芯片的真值表，發(fā)揮自己的想象自己設計電路。圖C根據(jù)74ls194的真值表，學生自己設計的測試電路，就是很好的創(chuàng)新形式。

五、仿真實驗沒有干擾信號，比真實的實驗更能反映實驗的本質，更加準確、真實、形象。

比如在收音機電路中完全不用考慮環(huán)境對芯片的影響，圖（D）同步檢波電路就是很好的證明。

圖（D） 同步檢波電路

六、Multisim電路仿真軟件既可對模擬電路和數(shù)字電路進行仿真，也可進行數(shù)模混合仿真，尤其是新增了射頻（RF）電路的仿真功能。

仿真失敗時會顯示出錯信息、提示可能出錯的原因，對于比較高端的射頻電路也做到了實時仿真實時糾錯，足見Multisim仿真軟件的功能強大，對于學生學習射頻電路奠定了良好的基礎。

七、Multisim仿真軟件對VHDL/Verilog設計輸入的仿真應用。

Multisim軟件將VHDL/Verilog的設計和仿真包含進去（選件），使得大規(guī)模可編程邏輯器件的設計和仿真與模擬電路、數(shù)字電路的設計和仿真融為一體，突破了原來大規(guī)模可編程邏輯器件無法與普通電路融為一體仿真的瓶頸。

八、Multisim仿真軟件的遠程控制功能。

Multisim軟件支持遠程控制功能，不僅可以將Multisim軟件的界面共享給其他人，使得其他人在自己的計算機上看到控制者的操作情況，而且可以將控制權交給其他人，讓其他人操作該軟件，這樣可以實現(xiàn)交互式教學，是進行電子線路教學的理想工具。

總之仿真軟件進入電工電子技術的課堂教學和實踐教學，可以把抽象的理論知識通過實驗簡單化、形象化，從而激發(fā)學生的學習興趣和主動性。通過以上教學方法的實踐運用，一個學期下來，學生不但喜歡上了電子技術，更重要的是擺脫了自卑感，重塑 了學習的自信心，學生可以以更加積極、進取的心態(tài)，不斷前進，挑戰(zhàn)未來！

參考文獻

[1]白菊蓉.Multisim在電路分析系列課程教改中的應用[J].西安郵電學院學報，2011年S1期

篇10

關鍵詞:Multisim9;單級放大電路;仿真分析;軟件;電路仿真

中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)23-0046-02

Multisim是一款先進的電路仿真分析軟件,該軟件適合于各種模擬/數(shù)字電路板的設計應用。而Multisim 9作為Multisim 2001之后的Multisim最新版本(2006年底又最新的版本Multisim10),提供了全面集成化的設計環(huán)境,完成從原理圖設計輸入、電路仿真分析到電路功能測試等工作。

一、Multisim9的特點

1.Multisim9作為一款優(yōu)秀的行業(yè)專用軟件,有如下的一些特點:(1)創(chuàng)建電路形象而且直觀。全部工作通過電腦屏幕的仿真實驗室成,所有需要的器件、測試設備都能從屏幕上選取;(2)軟件儀器外形與操作方式跟實物吻合,而且實驗仿真是實時的。除此以外,它還具有多種電路的分析手段;(3)除了作為一種實際開發(fā)的工具以外,還是一個良好的訓練工具,使得學習者能了解仿真電路的實際運行情況,鍛煉對常用電子儀器的使用。

2.除此以外,9系列從套件角度,還有一些特點:(1)使工程師在模擬過程中無需分析,便可運用數(shù)學表達式;(2)能夠應用電路向導,根據(jù)設定的參數(shù),自動產(chǎn)生電路;(3)Ultiroute9自動路由器也有所改進,能夠自動優(yōu)先發(fā)送命令。

二、Multisim 9的基本操作

1.在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫圖標,打開該元器件庫。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫對話框中選擇所需的元器件,常用元器件庫有13個:信號源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬器件庫、TTL數(shù)字集成電路庫、CMOS數(shù)字集成電路庫、其他數(shù)字器件庫、混合器件庫、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、機電器件庫等。

2.雙擊元器件,在彈出的元器件特性對話框中,可以設置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。元器件不同每個選項下將對應不同的參數(shù)。例如NPN三極管的選項為:Label ――標識 、Display――顯示、Value――數(shù)值、Pins――管腳。

3.選擇菜單Options欄下的Sheet Properties命令,每個選項下又有各自不同的對話內(nèi)容,用于設置與電路顯示方式相關的選項。電路Circuit的主要選項為:1.Show欄目的顯示控制:Labels 標簽、RefDes 元件序號、Values 值、Attributes 屬性、Pin names 管腳名字、Pin numbers 管腳數(shù)目;2.Workspace 環(huán)境Sheet size欄目實現(xiàn)圖紙大小和方向的設置;Zoom level欄目實現(xiàn)電路工作區(qū)顯示比例的控制;3.Wring 連線 Wire width欄目設置連接線的線寬;Autowire欄目控制自動連線的方式;4.PCB 電路板 PCB選項選擇與制作電路板相關的命令。

三、單級放大電路仿真分析

(一)電路仿真

啟動multisim,通過菜單欄place/component設置屬性,選擇合適的電子元器件。比如從元器件列表中選中1.5kΩ 5%電阻。在面板上合理的調(diào)整各個元器件的方向位置。并且把所有元件連接成單級放大器電路,如圖1所示:

示波器分為2個通道,每個通道有+和-,連接時只需用+即可,示波器默認的地已經(jīng)連接好的。觀察波形圖時會出現(xiàn)不知道那個波形是那個通道的,解決方法是更改連接通道的導線顏色,即:右鍵擊導線,彈出),單擊wire color,可以更改顏色,同時示波器中波形顏色也隨之改變。單擊工具欄中運行按鈕,接可以進行數(shù)據(jù)的仿真,仿真出的波形圖如圖2所示:

通過改變圖1中的滑動變阻器阻值,可以清楚地看到波形的變化。通過應用這種良好的仿真技術,能夠很好的驗證、探索單級放大電路中參數(shù)與性能的關系,而且成本低廉、操作方便,既有利于學習者試驗驗證所學知識,又有利于科研工作者開發(fā)實際的應用電路。

(二)電路分析

對此放大電路進一步可以應用軟件進行各種分析,本文以直流工作點分析為例進行分析。了解電路的直流工作點,才能進一步分析電路在交流信號作用下電路能否正常工作。求解電路的直流工作點在電路分析過程中是至關重要的。為了分析電路的交流信號是否能正常放大,必須了解電路的直流工作點設置得是否合理,所以首先應對電路得直流工作點進行分析。執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses,在列出的可操作分析類型中選擇DC Operating Point,則出現(xiàn)直流工作點分析對話框,如圖A所示。直流工作點分析對話框B。

Output用于選定需要分析的節(jié)點。左邊Variables in circuit 欄內(nèi)列出電路中各節(jié)點電壓變量和流過電源的電流變量。右邊Selected variables for 欄用于存放需要分析的節(jié)點。具體做法是先在左邊Variables in circuit 欄內(nèi)中選中需要分析的變量(可以通過鼠標拖拉進行全選),再單擊Add按鈕,相應變量則會出現(xiàn)在Selected variables for 欄中。如果Selected variables for 欄中的某個變量不需要分析,則先選中它,然后點擊Remove按鈕,該變量將會回到左邊Variables in circuit 欄中。Analysis Options 和Summary選項表示:分析的參數(shù)設置和Summary頁中排列了該分析所設置的所有參數(shù)和選項。通過檢查可以確認這些參數(shù)的設置。點擊B圖下部Simulate按鈕,測試結果如圖所示。測試結果給出電路各個節(jié)點的電壓值。根據(jù)這些電壓的大小,可以確定該電路的靜態(tài)工作點是否合理。如果不合理,可以改變電路中的某個參數(shù),利用這種方法,可以觀察電路中某個元件參數(shù)的改變對電路直流工作點的影響。

參考文獻