王天宇

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在當(dāng)今的電子電路設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用非常廣泛，但是對中職學(xué)生來說，這部分知識綜合性強，理解較困難。Multisim仿真軟件的虛擬電子工作平臺，讓書本上靜止的元器件動起來，可以有效地解決專業(yè)知識的枯燥性，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生樂于動手勤于實踐的習(xí)慣。以直流穩(wěn)壓電源電路的教學(xué)為例，探究Multisim 12在中職專業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? Multisim 12;仿真教學(xué);直流穩(wěn)壓電源

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）21-0200-02

在這個信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，教育教學(xué)也緊跟著時代的步伐，積極探索各種信息技術(shù)手段的應(yīng)用與完善。中職學(xué)校電類課程需要學(xué)生具有理論與實踐相結(jié)合的能力，要求學(xué)生系統(tǒng)掌握一系列課程內(nèi)容，運用掌握的知識解決實際問題，培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。但是，由于中職學(xué)生的基礎(chǔ)比較薄弱，可以掌握的知識具有很大局限性，而一些專業(yè)基礎(chǔ)課程需要學(xué)生掌握基本的元件識別與檢測，基本電子電路的搭建與調(diào)試，對于學(xué)生來說，難度較大。而實踐教學(xué)又涉及教學(xué)場地、實驗耗材、成本等問題，所以迫切需要一種既可以培養(yǎng)學(xué)生將理論運用到實踐中的能力，又可以節(jié)約時間與教學(xué)成本的教學(xué)方法與手段。

Multisim仿真軟件的引入，可以讓枯燥的電路生動化，讓靜止的電路抽象化，彌補實驗教學(xué)的不足，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動動手、創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。

一、Multisim 12在教學(xué)中的作用

Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的一款EDA工具軟件。它可以對模擬或數(shù)字電路進行仿真分析，不需要構(gòu)造實際的物理電路，也不需要實際的測試儀器，利用Multisim軟件本身具有的電子工作平臺與龐大的虛擬儀器儀表元件庫，就可以探究出電路的基本工作性能。Multisim軟件經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，最早是加拿大Interactive Image Technologies（簡稱IIT）公司推出的EWB（Electronics Workbench，電子工作臺），后來經(jīng)過不斷升級與發(fā)展，目前已經(jīng)由美國NI公司推出了Multisim 14版本。本文所使用的是Multisim 12版本。

Multisim 12具有龐大的元件模型庫和虛擬儀器儀表庫，并且大部分虛擬儀器儀表的界面與參數(shù)設(shè)置與真實的儀器儀表基本相同，可以模擬實驗室進行電路的調(diào)試與設(shè)計。如圖1所示為Agilent萬用表參數(shù)設(shè)置界面，幾乎完全模擬了真實的Agilent萬用表。

在教育教學(xué)中，可以充分利用Multisim 12的圖形化界面，為學(xué)生演示電路的搭建過程與電路的調(diào)試過程。在實際電路調(diào)試過程中，有些學(xué)生會擔(dān)心電路連接錯誤等原因?qū)е略p壞，從而不敢嘗試?yán)蠋煕]有教過的操作方法，或者有些學(xué)生因為沒有完全理解電路，隨意接入測試儀器，導(dǎo)致電路元件損壞或測試儀器損壞。運用Multisim 12軟件就可以大大減少上述情況的發(fā)生，學(xué)生可以利用軟件進行電路的搭建，運用虛擬儀器儀表進行電路仿真調(diào)試，提高學(xué)生的動手能力，活躍學(xué)生的思維，加深理論知識的理解。

二、直流穩(wěn)壓電源電路的仿真設(shè)計教學(xué)

直流穩(wěn)壓電源的作用是將220V的交流電轉(zhuǎn)換成一定幅值的穩(wěn)定直流電。直流穩(wěn)壓電源電路原理圖[1]如圖2所示。

在常規(guī)教學(xué)中，學(xué)生初見直流穩(wěn)壓電源電路會感覺電路復(fù)雜，難以理解，從而產(chǎn)生逃避厭煩心理。而Multisim 12軟件的加入，可以讓學(xué)生做主，逐步搭建電路，進而分析測試電路特性。整個教學(xué)過程，分為三步：首先，原理圖分析;其次，電路搭建;最后，電路仿真與分析。

（三）原理圖分析

直流穩(wěn)壓電源原理圖可以分為三部分：變壓器、整流濾波、三端穩(wěn)壓，如圖3所示。

變壓器的主要作用是按一定比例將22OV的交流電轉(zhuǎn)換成另一幅值的交流電。在本文中，變壓器的匝數(shù)比為10∶1，則變壓器二次繞組的輸出電壓應(yīng)為22V（AC）。整流濾波電路可以分為整流和濾波兩部分。整流的作用為將大小和方向都變化的交流電轉(zhuǎn)換成單一方向的脈動直流電，濾波的作用為將脈動的直流電轉(zhuǎn)換成平滑的直流電[2]。三端穩(wěn)壓電路的作用是輸出穩(wěn)定的直流電，本文選用的是LM7805三端穩(wěn)壓器，可以穩(wěn)定輸出+5V直流電。

教師在進行直流穩(wěn)壓電源原理圖講解時，更多的是將教材上的知識點與結(jié)論直接告訴學(xué)生，學(xué)生只要記住這些知識點，就可以運用到實際問題中去。但事實是這樣嗎？許多學(xué)生只是當(dāng)下記住了這些所謂的重點知識，等到考試結(jié)束或者畢業(yè)了之后，因為對這些知識并沒有一個感性認識，就會將這些知識忘記。所以，Multisim 12軟件的應(yīng)用就顯得非常重要。

（二）電路搭建

根據(jù)直流穩(wěn)壓電源電路原理圖，從元件庫調(diào)選出需要的元器件，搭建電路。在電路的搭建過程中，由于學(xué)生已經(jīng)掌握了直流穩(wěn)壓電源電路的基本理論知識，對原理圖中各元器件的作用有所了解，因此電路的搭建可以加深學(xué)生對原理圖的理解與認識。

利用Multisim 12搭建電路看似簡單，學(xué)生的錯誤率還是比較高的。比如，本文中選擇的三端穩(wěn)壓器是LM7805，一些學(xué)生粗心大意會選擇LM7815，導(dǎo)致仿真結(jié)果錯誤。如果在實際電路中出現(xiàn)這種情況，也許會使該直流穩(wěn)壓電源電路輸出端接的芯片或者器件損壞。那么電路搭建正確與否或者此電路性能如何，就要進入下一步仿真測試來一探究竟。

（三）電路仿真與分析

在虛擬儀器儀表欄找到4通道示波器，接入電路，如圖4所示，示波器的A、B、C通道分別測試輸入電壓波形、整流濾波后波形與輸出電壓波形。為了清楚展示每一路的測試波形，可以將通道A、B、C設(shè)置為不同顏色。

雙擊示波器圖標(biāo)，進行示波器參數(shù)設(shè)置。X軸表示時間，默認為10ms/div，可以不用修改，Y軸表示幅值，通道A設(shè)置為200V/div，通道B設(shè)置為50V/div，通道C設(shè)置為5V/div。設(shè)置完成后，開始仿真，示波器的波形顯示區(qū)出現(xiàn)三個不同顏色的波形，如圖5所示。

移動示波器游標(biāo)，可以讀取各個波形的最大值，如輸入電壓的最大值為308V，這符合教材上的知識點交流電壓源的最大值與有效值之間的關(guān)系為Umax=Urms。輸出電壓為5.003V，符合LM7805的輸出電壓值。

通過修改電路參數(shù)，比如將濾波電容C1舍去，觀察測量電壓波形，如圖6所示。教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。由于整流后的濾波電容容量太小，整流濾波后輸入LM7805的電壓仍然是脈動的直流電，導(dǎo)致LM7805在一小段時間內(nèi)無法工作，使得輸出電壓會出現(xiàn)類似方波的波形。

又如將濾波電容C1參數(shù)設(shè)置為1F，觀察測量電壓波形，如圖7所示。由于濾波電容C1容量過大，導(dǎo)致電容C1的充電時間過長，整流濾波后輸入LM7805的電壓需要很長一段時間才能達到穩(wěn)定值，所以會出現(xiàn)如圖示仿真波形。

利用仿真結(jié)果，學(xué)生可以領(lǐng)會到在整流濾波電路中，濾波電容的參數(shù)選擇是非常重要的。另外，還可以對負載R1的參數(shù)進行設(shè)置，觀察電路在空載、輕載、滿載等狀態(tài)下的仿真波形。通過Multisim 12軟件對直流穩(wěn)壓電源電路的仿真測試分析，讓學(xué)生在動態(tài)過程中學(xué)習(xí)，讓書本上靜止的電路活起來，開動腦筋發(fā)散思維，提高學(xué)習(xí)效率，優(yōu)化學(xué)習(xí)成效。

三、結(jié)束語

中職類學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與對知識的掌握有一定的局限性，但他們是畢業(yè)了就要走上工作崗位投入生產(chǎn)實踐中去的人群，如何用有效且簡單的方法培養(yǎng)他們理論與實踐相結(jié)合的動手能力與操作能力呢？Multisim仿真軟件從教學(xué)與實踐方面實現(xiàn)了真正的可持續(xù)發(fā)展，它將龐大復(fù)雜的實驗室搬至計算機屏幕，在實踐操作過程中法成本低、風(fēng)險小、功能全、效率高，所取得的學(xué)習(xí)或訓(xùn)練效果有助于真實實驗環(huán)境[3]。在教學(xué)過程中引入Multisim仿真軟件，可以加深學(xué)生對專業(yè)理論知識的感性認識，克服學(xué)生對書本上概念、公式等固定知識的學(xué)習(xí)恐懼，做到在學(xué)中做、在做中學(xué)，學(xué)生對電路進行仿真分析之后再回到理論學(xué)習(xí)中去，既鞏固了專業(yè)知識，又培養(yǎng)了發(fā)散思維與創(chuàng)造能力，更給學(xué)生帶來了理論知識學(xué)習(xí)所沒有的成就感。

參考文獻：

[1]趙永杰，王國玉.Multisim 10電路仿真技術(shù)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2]郭赟.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].5版.北京：中國勞動社會保障出版社，2014.

[3]林一蘇.Multisim在模電教學(xué)中的適用性分析[J].科教文匯（旬刊），2014（22）：189-190.