电工课程仿真实验设计论文范文

1基于Multisim的电工及工业电子学仿真实验设计

分别以电工及工业电子学课程中典型电路为设计实例，利用Multisim设计仿真实验教学案例，通过仿真实验提高学生对理论知识的理解能力以及学习积极性，使学生真正做到变被动学习为主动学习。

1.1基尔霍夫电流和电压定律的仿真验证基尔霍夫定律是电路理论中最基本的定律之一，也是最重要的定律之一，它阐明了电路整体结构的规律，应用极为广泛，对该定律掌握的好坏直接影响后续电路知识的学习。该部分内容的仿真实验以验证为主，利用Multisim仿真基尔霍夫定律，绘制具体电路，验证理论教学中的结论。在Multisim环境中设计的验证基尔霍夫电流定律的电路如图1所示。由图1可知：I1＋I2＝I3，I3＋I4＝I2，从仿真实验的角度验证了基尔霍夫电流定律，帮助学生理解电路结点电流代数和等于零，以及电流的正负问题。学生在学习基尔霍夫电压定律时，对回路方向和电位降以及电位升之间的关系问题容易理解错误。为此，通过Multisim仿真实验可以直观地观察到测试结果（见图2）。

1.2晶体三极管放大电路仿真分析晶体三极管放大电路的静态工作点分析和动态性能分析是电子学课程中一个重点内容，尤其是小信号放大电路动态性能分析，在实际中应用十分广泛。结合Multisim对共发射极分压式偏置电路进行仿真，使学生能够直观地理解信号放大的原理，以及静态工作点设置与信号失真的关系。在Multisim环境中设计的晶体三极管放大电路如图3所示。为了使三极管能够完成正常的信号放大，需要设置合理的静态工作点。调节R7＝136kΩ，使Vb＝2．42V，Vc＝7．41V，Ve＝1．79V。此时，在输入端输入一个正弦信号，输出端将输出一个放大的信号（见图4（a））。图中，示波器上半部分显示的为输入信号波形，下半部分显示的波形为输出波形。调节R7＝13．6kΩ，输出端信号将出现饱和失真（见图4（b））；调节R7＝340kΩ，则由于静态工作点过低，输出端信号将出现截止失真（见图4（c））。

1.3运算放大器的电路仿真验证运算放大器在实际的电路设计中应用十分广泛。运算放大器可以用来设计信号调理电路，完成比例、积分、微分、滤波以及信号发生器等功能［10］。掌握了运算放大器的使用，可以方便地设计各种控制电路。本文以LM324为例设计仿真实验。

1.3.1反向比例放大器仿真分析反向比例放大器是基本的放大电路，通过仿真实验可以更好地理解负反馈以及放大器的“虚短”和“虚断”概念。利用Multisim绘制反相放大电路如图5所示。为了验证电路的性能，输入频率为500Hz、峰值为99．72mV的正弦信号，输出信号峰峰值为1．98V，输入和输出相位差为π，信号幅度之比约为10。值得注意的是，运算放大器的开环增益有上万倍，但由于引入了深度负反馈，放大器的增益只与外接的元件数有关。

1.3.2有源滤波电路仿真分析滤波器就是一种选频电路，它能够从含有各种频率成分的信号中选出有用的信号。利用运算放大器可以设计各种滤波器，这里仅对有源低通滤波器进行验证，通过Multisim仿真一种Sallen－Key电路结构的滤波器的原理（见图6（a））。由图6（b）可知，在增益达到－2．728dB时，fc＝10．879kHz。在0～10kHz范围内的频率对应增益约为0dB，并且增益稳定，符合理论设计要求。

1.3.3运算放大器构成信号发生器仿真分析运算放大器工作在开环或者是正反馈情况下，可以构成信号发生器。该电路采用维恩电桥振荡电路，通过引入正反馈产生一个正弦信号，电路如图7所示。运放反相端接反相差动放大电路，同相端接维恩电桥，电路振荡时产生频率为f＝1／（2πRC）的正弦信号。

1.4555定时器电路仿真分析555时基电路是一种模拟／数字混合集成电路，在外部配上适当阻容元件，可以方便地构成脉冲产生、整形和变换电路，如多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器、自动控制电路、频率变换电路等。555定时器电路除了产生常见的正弦波、矩形波外，还可以产生三角波、锯齿波等。矩形波是其他信号的基础，例如，若矩形波信号加在积分运算电路的输入端，则输出可得三角波；改变积分电路正向积分和反向积分时间常数，使某一方向的积分常数趋于零，则可获得锯齿波。

2结束语

基于Multisim软件的电工及工业电子学仿真实验可以作为实物实验的补充。Multisim仿真实验突破了实物实验的时间和空间限制，提高了学生实验的自主性，不仅为学生进行实物实验奠定了基础，而且提高了学生对实验误差的分析能力。通过引入仿真软件，使电工及工业电子学课程实验按照“方案设计—软件仿真—电路设计与制作—系统调试”这一工程实践的流程进行，提高了实验教学质量，对培养学生综合素质起到了积极的促进作用。

作者：王尔申李轩王相海，庞涛单位：沈阳航空航天大学电子信息工程学院