EDA软件MultiSim在电工电子技术实验教学中的应用

EDA软件MultiSim在电工电子技术实验教学中的应用

扬柳林陈军灵

（广西大学电气工程学院，广西，南宁，530004）

摘要：文章对MultiSim仿真软件进行了介绍，探讨了其在电工电子技术实验教学中的应用，利用该虚拟电子实验台辅助实验教学，可以克服传统实验中的一些不足，使实验教学更加方便、灵活、直观，能取得更好的教学效果。

关键词：电子设计自动化（EDA）；虚拟电子实验台；MultiSim；仿真

中图分类号：G642.423

0引言

在科学技术日新月异的背景下，随着教育改革的深入，如何实现教育技术现代化、教学手段现代化已经成为我国教育改革所面临的一个重要课题。目前，在电工电子技术实验教学方面，国内多数高校仍主要采用实物元器件进行硬件连线测试，大多数采用面包板或者各种现成的实验箱。这种传统的实验方式由于受实验室条件的限制，在给学生开设一些扩展型、设计型以及综合型实验时将会遇到困难，特别是新器件，新设备价格昂贵，一般院校的电子学实验室更是无法承受。

随着电子设计自动化（EDA）技术的发展，开创了利用“虚拟仪器”、“虚拟器件”在计算机上进行电子电路设计和实验的新方法。目前，在这类仿真软件中，“虚拟电子实验台”——MultiSim较为优秀，其应用逐步得到推广。这种新型的虚拟电子实验技术，在创建实验电路时，元器件和测试仪器均可以直接从屏幕图形中选取，而且软件中的测试仪器的图形与实物外形基本相似。利用MultiSim仿真软件进行电工电子技术实验教学，不仅可以弥补实验仪器、元器件短缺以及规格不符合要求等因素，还能利用软件中提供的各种分析方法，帮助学生更快、更好地掌握教学内容，加深对概念、原理的理解，并能熟悉常用的电工电子仪器的测量方法，进一步培养学生的综合能力和创新能力。

1虚拟电子实验台MultiSim简介

Multisim是加拿大Interactive Image Technologies公司出品的电路模拟软件，V5以前的版本称为Electronics Workbench，从V6开始改为Multisim。在教育界比较流行的Multisim 2001版属于V6版本，目前Multisim的最新版本是V8。Multisim从V5到V6的功能有很大的扩充，特别是增加了VHDL和Verilog HDL模块，使它成为真正的“数模\VHDL\ Verilog”的混合电路模拟软件。

Multisim的主要功能和特点：

●Multisim具有直观、方便的操作界面，创建电路、选用元器件和虚拟测试仪器等均可直接从屏幕图形中选取，而且提供的虚拟测试仪器非常齐全，其外观与实物外形基本相似，操作这些虚拟设备如同操作真实的设备一样。

●Multisim极大地扩充了元件数据库，特别是大量新增的与现实元件对应的元件模型，增强了仿真电路的实用性，同时还可以新建或扩充已经有的元件库，建库所需的原器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到。

●Multisim具有较为完善的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳定分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法。此外，还可以对被仿真电路中的元件设置各种故障，以便观察到故障情况下的电路工作状态。

2 用MultiSim 进行虚拟实验的方法

2.1 构造和测试电路分为以下几个步骤：

⑴ 根据实验内容从元件库选择元件放到工作区；

⑵ 将工作区中的元件按照电路布局进行放置，用导线将元件连接起来，并设置好元件参数和模型；

⑶ 在电路中需要观测的节点放置、连接电压、电流表计和示波器、信号发生器等观测仪器；

⑷ 根据测试要求设定仪器参数，进行电路仿真、观测。

2.2 电路仿真运行

电路创建完毕，点击“运行”开关后，就可以从示波器等测试仪器上读得电路中被测数据。整个仿真运行过程可分成以下几个步骤：

⑴ 数据输入：将已创建的电路图结构、元器件数据读入，选择分析方法；

⑵ 参数设置：检查输入数据的结构和性质，以及电路中的阐述内容，对参数进行设置； ⑶ 电路分析：对输入信号进行分析，形成电路的数据值解，并将所得数据送至输出级； ⑷ 数据输出：从测试仪器如示波器或万用表等上获得仿真运行的结果。也可以从“分析”栏中的“分析显示图”看到测量、分析的波形图。

3 MultiSim 在电工电子实验教学中的应用举例

3.1 RLC 串联电路的响应与状态轨迹观测（电工电路仿真实验）

二阶RLC 串联电路在电工电路中较为常见，但用传统的方法讲授、观测该电路的响应 过程是比较抽象、复杂的，而使用Multisim 对其过渡过程进行仿真分析，就可以很方便地研究其过阻尼、临界阻尼和欠阻尼三种状态下的响应曲线和状态轨迹。

如图1所示，在Multisim 工作区搭建实验电路，并设置好相关参数。图中函数发生器 输出方波信号，Hz f 600 。用示波器观测电容两端电压，通过键盘上的“a ”键，可以实时改变可调电阻R1值，从而得到三种不同状态的响应曲线，如图2所示。

图1

为了观测该电路的状态轨迹，需按图3搭建实验电路。图中，函数发生器输出方波信号， Hz f 600=；示波器置于双踪工作方式，将电容两端电压送入示波器的A 端子，电感电流送入示波器的B 端子，则从屏幕上就可以显示出其状态轨迹，原理与显示李萨育图形一样。 为获得电感电流，加接了取样电阻R3，将电流量转变为成正比的电压量。由于电阻R3的引进，电容电压值比实际值偏大，但由于电容的阻抗3R Z C >>，所以电阻R3带来的影响可以忽略不计。改变可调电阻R2值，便可观察振荡与非振荡情况下的状态轨迹，如图4所示。

图3 （a ） 临界阻尼 （b ） 欠阻尼 （c ） 过阻尼

图2 二阶RLC 串联电路三种状态的响应曲线 （a ） 临界阻尼 （b ） 欠阻尼 （c ） 过阻尼

图4 二阶RLC 串联电路三种状态的状态轨迹

3.2 晶体管输出特性曲线测试(电子电路仿真实验)

晶体管输出特性曲线是描述晶体管各极电流与各极电压关系的曲线，对于了解晶体管性能和晶体管电路分析是非常有用的。传统的晶体管输出特性曲线测试实验，比较繁琐，现利用MultiSim 强大的仿真分析、数据后期处理功能，则可以方便、快捷地测绘出晶体管输出特性曲线。

如图5所示，在MultiSim 工作区中创

建测试电路。点击Simulate 菜单中的

Analyses 下的DC Sweep Analyses 功能，出

现图6所示对话框，按图中参数进行设置，

并将vv1# branch 作为output variables 。设

置完毕，点击对话框上的Simulate ，得到图8所示晶体管输出特性曲线。但该曲线与习惯表示方法不同，纵坐标数据为负数，因此，

再利用Multisim 的后处理功能（Postprocess ），将测试曲线进行简单的数学运算，即输出数据取反，便可得到习惯表示法。具体参数设置如图7对话框所示。重画后的晶体管输出特性曲线如图9所示。

图5 晶体管测试电路图

图6 DC Sweep Analyses 对话框设置

图7 Postprocess 对话框设置

4 结论

从以上列举的仿真试验中，可以看出，用MultiSim 进行电工电子虚拟实验非常方便， 现象直观，结果精确。这对电工电子技术实验教学是一种很好的辅助手段。并且，还为学生进行综合性、创造性实验提供了一个广阔空间。随着MultiSim 应用的推广和深入，其必将在电子工程、信息工程、电气工程、自动控制等领域的辅助教学中发挥重要作用。

参考文献：

[1] Interactive Image Technology Ltd ，Multisim V7 User Guide [M]，Canada ，2003．

[2] 郑步生，吴渭，Multisim2001电路设计及仿真入门与应用[M]，北京：电子工业出版社，2002．

[3] 康光华，电子技术基础（模拟部分），北京：高等教育出版社．

图8 晶体管测试曲线 图9 晶体管输出特性曲线