李靜

（皖江職業(yè)教育中心學(xué)校,安徽馬鞍山，243000）

0 引言

電工電子技術(shù)課程是相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容包含了基本電路、歐姆定律、基爾霍夫定律、戴維南定理、三相交流電路，發(fā)電機與電動機等等內(nèi)容[1,2]。而課程中的某些例題或生產(chǎn)實際中的電路模型往往無法建立其數(shù)學(xué)模型，因此有必要采取其他方式進(jìn)行模型計算與預(yù)估[3]。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，隨之產(chǎn)生的仿真技術(shù)得到了飛速發(fā)展，如基于有限單元法的結(jié)構(gòu)仿真，基于虛擬儀器的界面仿真，基于圖形化模塊的電路仿真等。在電工電子仿真及教研方面，許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。沈旭東等針對《電路基礎(chǔ)分析》課程概念多、理論性和實踐性強且理解起來抽象等特點，提出了可利用Multisim仿真軟件進(jìn)行教學(xué)改革的方法，方法將Multisim軟件仿真技術(shù)融入到課堂教學(xué)中，通過仿真演示+學(xué)生動手操作等方式使課堂教學(xué)和仿真技術(shù)相結(jié)合，以使學(xué)生能夠加深對課堂內(nèi)容的理解。郭瓊基于Multisim仿真計算了電工電子中的難點部分：晶體管放大電路。分析了放大電路的開環(huán)差模增益、輸入偏移電壓、共模抑制比、增益帶寬積等特性，幫助了學(xué)生理解晶體管放大電路理論。

電工電子技術(shù)課程中，經(jīng)常遇到等效電阻的計算問題，而有些等效電阻電路過于復(fù)雜，學(xué)生往往無法建立其數(shù)學(xué)模型，造成求解困難。由上述分析可知，可采用過Multisim電子電路仿真軟件解決復(fù)雜等效電阻電路的等效電阻求解問題。

1 基于Multisim電子電路仿真方法

Multisim電子電路仿真軟件是一個比較系統(tǒng)且完整的電子電路設(shè)計與仿真計算系統(tǒng)，系統(tǒng)提供了大量的元器件數(shù)據(jù)庫，并通過圖形化接口模式，集成了數(shù)模Spice仿真功能，VHDL設(shè)計接口，F(xiàn)PGA綜合以及RF設(shè)計功能等，并擁有強大的后處理模塊。Multisim通過圖形化接口設(shè)計模式將電路中的具體模型隱藏到了底層，用戶不必過于考慮具體元器件的底層程序，而只需通過設(shè)置調(diào)用參數(shù)調(diào)用模塊即可?？赏瓿蓮脑韴D設(shè)計輸入、電路仿真分析到電路功能測試等的一系列工作。當(dāng)改變電路連接或改變元件參數(shù)時，可方便地觀察到各種變化對電路性能的影響。在Multisim中可利用子電路簡化復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計，增加電路的可讀性、縮短電路設(shè)計周期。創(chuàng)建子電路的工作的步驟包括：選擇、創(chuàng)建、調(diào)用、修改等。

如圖1所示的本文將用到的Multisim元器件：直流電源、電阻、萬用表以及接地等元器件。圖中的直流電源電壓為12V，元器件編號為V2；萬用表編號為XMM2，萬用表的正負(fù)兩極可連接在電路的兩端，且可反接；電阻模型的阻值為100歐姆，編號為R9；接地符號與電子電路課程中的地一致；在萬用表中可選擇表的類型是電壓表、電流表、歐姆表和分貝表，圖示顯示了萬用表中的電流表。在課堂教學(xué)或課下擴展學(xué)習(xí)時，教師可通過Multisim軟件手把手教會學(xué)生如何使用Multisim中的元器件以及元器件參數(shù)的設(shè)置方法，以提高學(xué)生技能。

圖1 Multisim直流電源、電阻等部分元器件圖示

2 等效電阻模型的仿真計算

通過Multisim軟件搭建田字形電阻電路仿真模型如圖2所示。電路中直流電源的電壓為12V，電阻的阻值均為100歐姆，電路中共有8個電阻，電流表連接在電路的電源與電阻電路端，通過觀察電流表的數(shù)值，可通過歐姆定律間接知曉電路的等效電阻大小。

圖2 田字形電阻電路Multisim仿真模型

點擊軟件的仿真運行按鈕，電路進(jìn)入仿真模式，仿真計算得到電流表讀書為-180mA，通過歐姆定律可得電阻電路的等效電阻為200/3=66.7歐姆，通過改變R2的阻值觀察電流表讀數(shù)及等效電阻變化如圖3所示。

圖3 電流值與等效電阻隨R2的變化情況

由圖3可知電路的總電流與等效電阻隨R2電阻阻值的變化而變化，在R2的電阻值較小時，等效電阻的變化較大，并隨著R2的增大，等效電阻的阻值逐漸增大，但增長速度卻一直減小，表明當(dāng)R2增大到一定值后，R2對電路等效電阻的作用就越來越低，直至幾乎沒有影響，同時電路的總電流也基本趨于穩(wěn)定，電路中的電流變化范圍為：150.968 mA ～284.18 mA，因此等效電阻的變化范圍為：42.2268 Ω ～79.4870Ω。如果想要知曉R2阻值較小時的等效電阻與電流變化情況，可在R2阻值為0 ～100歐姆之間細(xì)化仿真點，因此可以得到更加光滑的變化曲線，從而更加充分地分析電路性能情況等。通過Multisim仿真方法，可知曉對田字形等輔助電路的等效電阻計算，以及當(dāng)電路中某些電阻發(fā)生變化時，觀測等效電阻及總電流的變化情況。

3 結(jié)束語

復(fù)雜電路的等效電路往往較難建立其數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解，因此可采用基于Multisim仿真軟件的仿真計算方法。本文接收了Multisim的基本知識及其直流電源等仿真模型，通過對田字形電路的仿真得到了其等效電阻值，以及隨之電路中某個電阻變化而變化的等效電阻值及總電流變化情況，可為基于Multisim的等效電阻仿真求解提供參考。