MultiSim8在含受控源電路教學(xué)中的應(yīng)用

1、MultiSim 8 在含受控源電路教學(xué)中的應(yīng)用Application of MultiSim 8 in Controlled Source Circuit TeachingJIN Gui1,NI Ping2(1.Third Military Medical University,Chongqing,400030,China;2.School of Biomedical Engineering,Third Military Medical University,Chongqing,400030,China):The popular international electronic circui

2、t 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 a

3、ccurately 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;virtu

4、al instrument0 引 言MultiSim 是一款將電子電路設(shè)計(jì)及其測(cè)試分析相集成的電 路設(shè)計(jì)仿真軟件 1 。它具備信號(hào)源、基本元器件、模擬數(shù)字集 成電路、指示器件、控制部件、機(jī)電部件等各類元器件 , 可以對(duì) 各類電路進(jìn)行仿真，并且提供？T ?多種虛擬儀器（如示波器、萬用 表、信號(hào)發(fā)生器、波特圖圖示儀、功率表等 ）, 以及 18 種仿真分 析功能 （ 如直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、 噪聲分析、直流掃描分析等 ） 。由于元件庫中有若干個(gè)與實(shí)際元 件相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)性仿真元件模型 , 配合強(qiáng)大的仿真分析 , 使結(jié)果 更精確、更可靠 。在電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中 , 采用 Mul

5、tiSim 軟件設(shè)計(jì)與仿真 , 即 在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)并搭建電子電路 , 并修改電路及其元件參數(shù) , 用 虛擬儀器測(cè)試電路性能并分析原因 , 完成電子電路的設(shè)計(jì)定型 ; 仿真通過后 , 在實(shí)驗(yàn)室采用硬件電路實(shí)驗(yàn) , 并將虛擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 與硬件實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)照分析 , 通過實(shí)際電子電路的設(shè)計(jì)過 程, 培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和開發(fā)創(chuàng)新能力 3 。通過 MultiSim 仿真 , 不僅可以減少實(shí)驗(yàn)耗材的消耗 , 避免實(shí)驗(yàn)設(shè)備或儀器損壞 , 還可解決實(shí)驗(yàn)室高檔儀器和元器件不足的問題。 更重要的是大大 提高了電子電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率。 由于仿真不依賴于實(shí)驗(yàn)室具 體設(shè)備 , 具有較高的靈活性 , 未按時(shí)完成

6、實(shí)驗(yàn)的學(xué)生仍可以回宿 舍完成,或進(jìn)一步研究 4 。此外,學(xué)生還可以自己設(shè)計(jì)一些創(chuàng)造 性的電路 , 利用此軟件仿真看結(jié)果是否與設(shè)計(jì)初衷相符等 5 。1 含受控源電路在 MultiSim 8 中的仿真分析 在電路基礎(chǔ) 的電路分析章節(jié)中 ,介紹了四種受控源 , 它們 是與獨(dú)立源對(duì)偶的理想化元件 , 是構(gòu)成晶體管和電子管等電子器 件的小信號(hào)電路模型的基本元件 , 它們分別為電壓控電壓源 (VCVS)、電壓控電流源(VCCS)、電流控電流源(CCCS和電流控電 壓源(CCVS這四種受控源也廣泛應(yīng)用于各種電路中，使電路分析更加復(fù)雜 6 。學(xué)生在解這類電路習(xí)題時(shí) , 在沒有正確答案的指 導(dǎo)下 , 往往費(fèi)時(shí)費(fèi)

7、力 , 在驗(yàn)證線性電路的疊加定理、 替代定理、 戴 維寧定理、 特勒根定理時(shí) , 不需要解題過程 , 只需要電路最后各支 路的電流電壓值 , 手工計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力。這些情況下 , 用 MultiSim 軟件中的直流工作點(diǎn)分析方法可以快速方便地得出結(jié)果 , 提高了 電路分析的效率。 含受控源電路的仿真分析需要注意四種受控源 符號(hào)以及每種符號(hào)中受控支路和控制支路中電壓或電流的方向 , 四種受控源符號(hào)與課本上不一致 , 一旦方向連接錯(cuò)誤 , 導(dǎo)致仿真 結(jié)果錯(cuò)誤。1.1 電壓控電流源 (VCCS)在電路工作區(qū)建立含電壓控電流源的電路如 ？T ?1(b)所示。圖1(a)是1(b)在教材中的電路圖?？梢娫?M

8、ultiSim 中,VCCS的 符號(hào)發(fā)生了變化。VCC血于器件庫SourcesCONTROLLED_CURRENT_SeURCTAGE_CONTROLLED CURRENT_SOUR。 CE圖 1 含電壓控電流源的電路點(diǎn)擊菜單 Simulate f Analyses f DC Operation Point, 打 開直流工作點(diǎn)分析對(duì)話框 , 然后選取輸出的直流仿真量 , 最后點(diǎn) 擊工作窗口中的“ Simulate ”, 便可得到電路的直流仿真結(jié)果如 圖 2 所示。圖 2 電路直流仿真結(jié)果從仿真結(jié)果看,1節(jié)點(diǎn)和2節(jié)點(diǎn)電壓分別為10 V和5 V,電壓 源 V1 電流為 -12.5 V, 與計(jì)算結(jié)果

9、完全一致。在這里要注意的是 MultiSim中VCCS空制電壓和受控電流的方向，控制電壓兩端接 到電路中控制電壓的兩端 , 方向一致 , 受控電流的方向是從正端 流入，負(fù)端流出，接法參照?qǐng)D1。如果圖1(b)中VCCS受控電流方 向接反，則導(dǎo)致受控電流反向，造成錯(cuò)誤的結(jié)果。另外,VCCS控制 電壓支路雖然接到 1,2 節(jié)點(diǎn), 但此支路中沒有電流 , 因?yàn)槭芸卦?的控制支路 , 要么短路 , 要么開路 , 此處是電壓 , 應(yīng)為開路。在 MultiSim 中, 因?yàn)榭紤]連接方便 , 故符號(hào)設(shè)計(jì)成這樣 , 用電流表接 到這條支路中 , 確實(shí)沒有電流。1.2 電流控電壓源 (CCVS)建立含電流控電壓源

10、的電路如圖3(b)所示。？T ?3(a)是3(b)在教材中的電路圖。注意 CCVS勺符號(hào)發(fā)生了變化,CCVS位于器 件庫 SourcesfCONTROLLED_ VOLTAGE _SOfURCCUERRENT _CONTROLLED_ VOLTAGE _SOURCE圖 3 含電流控電壓源的電路圖同樣操作得到電路的直流仿真結(jié)果與實(shí)際計(jì)算的結(jié)果完全一致，不再給出圖示。需要注意的是在MultiSim中CCVS符號(hào)的接法,參考圖3(a)和(b),受控電壓源在電路中的接法與教材中方 向一致?？刂齐娏髦方臃ú煌?, 如圖 3(b) 所示 , 控制部分串聯(lián) 在控制電流 ix 所在的支路 , 且控制部分 I

11、 的方向是從正端流入 , 負(fù)端流出 , 也就是說 ix 從正端流入負(fù)端流出。 控制電流部分是短 路的,用電壓表連接到節(jié)點(diǎn)4,2,測(cè)得電壓為0。CCVS勺參數(shù)電壓 電流比即等效電阻可以改變，此電路中為4 Q。1.3 電流控制電流源 (CCCS)建立含電流控電流源的電路如圖4(a)所示。？T ?4(b)是4(a)在教材中的電路圖。注意比較CCCS MultiSim與教材中的符號(hào)。同樣操作得到電路的直流仿真結(jié)果與計(jì)算得到的結(jié)果完全一致 , 不再給出圖示。在MultiSim 中,CCCS的控制電流部分接在電路控制電流支 路中,方向是正端流入,負(fù)端流出,注意?T ?1(a)中,控制部分I 串聯(lián)到控制電流

12、 i 的支路中 ,i 方向是從節(jié)點(diǎn) 2 到 4。受控電流部 分依照原理圖并在 R1 兩端, 受控電流方向也是由“ +”到“ - ”。 圖(a)中CCCS勺參數(shù)即電流的比值可以任意設(shè)定，此電路中是2 A/A。電壓控制電壓源比較簡(jiǎn)單，不再舉例。圖 4 含電流控制電流源的電路2 結(jié)語在 MultiSim 中進(jìn)行含受控源電路的仿真分析 , 關(guān)鍵在于四 種受控源符號(hào)的接法 , 只要按照前面介紹的方法去確定受控源電 流、電壓方向 , 連接電路圖 , 最后都能得到正確的結(jié)果。 在含有多 個(gè)受控源電路中，分別把？卜扛鍪蕓卦唇雍?,都能正確仿真。在教 學(xué)中利用 MultiSim 軟件進(jìn)行輔助教學(xué) , 收到了令人滿意的效果。 廣大學(xué)生對(duì)電路原理這門課產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣 , 能夠通過使 用此軟件理解課程中的基本概念、完成作業(yè)、檢查作業(yè) 7 。相 信在模擬電子技術(shù)以及數(shù)字電路課程中 , 該軟件的應(yīng)用將發(fā)揮更 大的作用。 運(yùn)用 Mu