MultiSim,8在含受控源电路教学中的应用

摘 要:介绍国际上流行的电子电路辅助设计、分析软件Multisim 8,以及其运用于电子线路实验带来的巨大优势。由于受控源一直是电路分析中的一个难点,在此采用Multisim 8软件对电路基础中含受控源电路进行仿真分析,并给出仿真结果,很好地解决了这一难题。实验证明该软件可以方便准确地分析含受控源的复杂电路。此软件引入课堂,极大地促进了学生对电子技术课程的学习兴趣,经教学实践验证,收到了良好的教学效果。

关键词:MultiSim;受控源;电子电路辅助设计;虚拟仪器

中图分类号:G710文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2010)06-065-02

Application of MultiSim 8 in Controlled Source Circuit Teaching

JIN Gui1,NI Ping2

(1.Third Military Medical University,Chongqing,400030,China;

2.School of Biomedical Engineering,Third Military Medical University,Chongqing,400030,China)

Abstract:The popular international electronic circuit design,analysis software Multisim8 and its great advantages when it applies to the circuit experiments are introduced.Method to simulation of the controlled source circuit in course of circuit principle and the results of simulation are provided.The results prove that the software can easily and accurately analyze complex circuits consist of controlled sources.The application of this software in the classroom boosts the interest of students in learning of electronic technology course and generates good teaching results.

Keywords:MultiSim;controlled source;electronic circuit aided design;virtual instrument

0 引 言

MultiSim是一款将电子电路设计及其测试分析相集成的电路设计仿真软件[1]。它具备信号源、基本元器件、模拟数字集成电路、指示器件、控制部件、机电部件等各类元器件,可以对各类电路进行仿真,并且提供十多种虚拟仪器(如示波器、万用表、信号发生器、波特图图示仪、功率表等),以及18种仿真分析功能(如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、直流扫描分析等)。由于元件库中有若干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型, 配合强大的仿真分析,使结果更精确、更可靠 。

在电子电路实验教学中,采用MultiSim软件设计与仿真,即在计算机上设计并搭建电子电路,并修改电路及其元件参数,用虚拟仪器测试电路性能并分析原因,完成电子电路的设计定型;仿真通过后,在实验室采用硬件电路实验,并将虚拟实验的结果与硬件实验的结果进行对照分析, 通过实际电子电路的设计过程,培养学生的综合分析能力和开发创新能力[3]。通过MultiSim仿真,不仅可以减少实验耗材的消耗,避免实验设备或仪器损坏,还可解决实验室高档仪器和元器件不足的问题。更重要的是大大提高了电子电路设计的质量与效率。由于仿真不依赖于实验室具体设备,具有较高的灵活性,未按时完成实验的学生仍可以回宿舍完成,或进一步研究[4]。此外,学生还可以自己设计一些创造性的电路,利用此软件仿真看结果是否与设计初衷相符等[5]。

1 含受控源电路在MultiSim 8中的仿真分析

在《电路基础》的电路分析章节中,介绍了四种受控源,它们是与独立源对偶的理想化元件,是构成晶体管和电子管等电子器件的小信号电路模型的基本元件,它们分别为电压控电压源(VCVS)、电压控电流源(VCCS)、电流控电流源(CCCS)和电流控电压源(CCVS)。这四种受控源也广泛应用于各种电路中,使电路分析更加复杂[6]。学生在解这类电路习题时,在没有正确答案的指导下,往往费时费力,在验证线性电路的叠加定理、替代定理、戴维宁定理、特勒根定理时,不需要解题过程,只需要电路最后各支路的电流电压值,手工计算费时费力。这些情况下,用MultiSim软件中的直流工作点分析方法可以快速方便地得出结果,提高了电路分析的效率。含受控源电路的仿真分析需要注意四种受控源符号以及每种符号中受控支路和控制支路中电压或电流的方向,四种受控源符号与课本上不一致,一旦方向连接错误,导致仿真结果错误。

1.1 电压控电流源(VCCS)

在电路工作区建立含电压控电流源的电路如图1(b)所示。图1(a)是1(b)在教材中的电路图。可见在MultiSim中,VCCS的符号发生了变化。VCCS位于器件库Sources→CONTROLLED_CURRENT_SOURCE→VOLTAGE_CONTROLLED_CURRENT_SOURCE。

图1 含电压控电流源的电路

点击菜单Simulate →Analyses →DC Operation Point,打开直流工作点分析对话框,然后选取输出的直流仿真量,最后点击工作窗口中的“Simulate”,便可得到电路的直流仿真结果如图2所示。

图2 电路直流仿真结果

从仿真结果看,1节点和2节点电压分别为10 V和5 V,电压源V1电流为-12.5 V,与计算结果完全一致。在这里要注意的是MultiSim中VCCS控制电压和受控电流的方向,控制电压两端接到电路中控制电压的两端,方向一致,受控电流的方向是从正端流入,负端流出,接法参照图1。如果图1(b)中VCCS受控电流方向接反,则导致受控电流反向,造成错误的结果。另外,VCCS控制电压支路虽然接到1,2节点,但此支路中没有电流,因为受控源的控制支路,要么短路,要么开路,此处是电压,应为开路。在MultiSim中,因为考虑连接方便,故符号设计成这样,用电流表接到这条支路中,确实没有电流。

1.2 电流控电压源(CCVS)

建立含电流控电压源的电路如图3(b)所示。图3(a)是3(b)在教材中的电路图。注意CCVS的符号发生了变化,CCVS位于器件库Sources→CONTROLLED_ VOLTAGE _SOURCE→CURRENT _CONTROLLED_ VOLTAGE _SOURCE。

图3 含电流控电压源的电路图

同样操作得到电路的直流仿真结果与实际计算的结果完全一致,不再给出图示。需要注意的是在MultiSim中CCVS符号的接法,参考图3(a)和(b),受控电压源在电路中的接法与教材中方向一致。控制电流支路接法不同,如图3(b)所示,控制部分串联在控制电流ix所在的支路,且控制部分I的方向是从正端流入,负端流出,也就是说ix从正端流入负端流出。控制电流部分是短路的,用电压表连接到节点4,2,测得电压为0。CCVS的参数电压电流比即等效电阻可以改变,此电路中为4 Ω。

1.3 电流控制电流源(CCCS)

建立含电流控电流源的电路如图4(a)所示。图4(b)是4(a)在教材中的电路图。注意比较CCCS在MultiSim与教材中的符号。

同样操作得到电路的直流仿真结果与计算得到的结果完全一致,不再给出图示。

在MultiSim中,CCCS的控制电流部分接在电路控制电流支路中,方向是正端流入,负端流出,注意图1(a)中,控制部分I串联到控制电流i的支路中,i方向是从节点2到4。受控电流部分依照原理图并在R1两端,受控电流方向也是由“+”到“-”。图(a)中CCCS的参数即电流的比值可以任意设定,此电路中是2 A/A。电压控制电压源比较简单,不再举例。

图4 含电流控制电流源的电路

2 结 语

在MultiSim中进行含受控源电路的仿真分析,关键在于四种受控源符号的接法,只要按照前面介绍的方法去确定受控源电流、电压方向,连接电路图,最后都能得到正确的结果。在含有多个受控源电路中,分别把每个受控源接好,都能正确仿真。在教学中利用MultiSim软件进行辅助教学,收到了令人满意的效果。广大学生对电路原理这门课产生了浓厚的学习兴趣,能够通过使用此软件理解课程中的基本概念、完成作业、检查作业[7]。相信在模拟电子技术以及数字电路课程中,该软件的应用将发挥更大的作用。运用Multisim软件进行仿真设计,不仅可以提高模拟实验教学的质量以及学生们的实验兴趣;同时还能解决传统实验教学中存在着的设备紧张、仪器陈旧等问题;同时对于开发学生的学习潜能、拓展设计内容和思维空间有着很大的帮助[8]。因此,把MultiSim软件引入高校课堂,可以帮助电类和非电类专业的学生快速掌握电子电路的基本知识,提高分析与设计电子电路的能力[9]。

参考文献

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[9]彭晗.Multisim 10.0仿真技术在《模拟电路与数字电路》教学中应用研究[J].中国高新技术企业,2008(4):95,100.

[10]彭延峰,刘习春,彭志华.用Multisim分析二阶低通滤波器电路[J].现代电子技术,2008,31(17):156-158.