Multisim在一阶RC电路响应中的应用

张晖　刘晶　高玲

摘要 一阶RC电路的暂态过程非常短暂，利用仿真软件Multisim来演示一阶RC电路的响应，可以直观地观察变化过程以及时间参数对暂态过程时间长短的影响，增加了教学信息量，提高了教学效果，并且进一步验证了仿真的结果和理论分析值的吻合度。

关键词 Multisim 一阶RC电路 教学效果

中图分类号：TM133 文献标识码：A

在一阶RC电路响应中，动态电路的暂态过程是十分短暂的单次变化过程，通常在教学中都是以理论讲解为主，涉及到的瞬态变化波形，一般无法直接呈现给学生，如果利用仿真电路来展示瞬态过程的变化以及参数对于过渡过程时间长短的影响，将有助于激发学生的兴趣并加深理解。

1 仿真软件Multisim介绍

Multisim是EWB软件的升级版本。软件里的所有元器件都是经过高度仿真而成，与实际结果几乎完全相同。软件具有以下特点：元器件库丰富、电路分析功能强大、具有windows风格的界面。

传统电子技术理论教学，由于条件限制，导致理论与实验相分离，达不到最佳教学效果。随着社会的发展，运用多媒体教学已经成为必然趋势。

2 RC电路的响应

零输入响应：一阶电路仅有一个动态元件，如果在换路瞬间动态元件已储存有能量，那么即使电路中无外加激励电源，电路中的动态元件将通过电路放电，在电路中产生响应，即零输入响应。

对于图1所示电路，当开关S闭合在1端时，电源通过R对C充电，电路达稳定状态，电容储存有能量，电容电压值恒定为6 V，当开关S闭合在2端时，C通过R放电，在电路中产生响应， 即零输入响应，电压从6V按指数规律变为0V。

利用Multisim进行仿真，从图2（a）上可以很明显地看出，暂态过程是按照指数规律进行衰减的，电路中已经给出了元件的参数，R=500 ，C=10 F，=RC=5ms。 点的电压是电源电压6V的36.8%约等于2.2V。示波器的红色指针为暂态过程的起始时刻，蓝色指针为 点时刻，可以看出，在时间经过了 ，即5ms时，电容电压完成了总变化量的63.2%，电容电压约为2.2V。

将C由10 F变化到20 F，计算得到=10ms，点电压仍然是2.2V。从图2（b）中可以看出，时间经过10ms，电容电压才衰减为2.2V，也就是经过10ms，电容电压才完成总变化量的63.2%。

零状态响应：当动态电路初始储能为零时，仅由外加激励产生的响应就是零状态响应。对于图1所示的电路，若电容的初始储能为零，当开关S 闭合到1端时，电容通过R充电，响应由外加激励产生，即零状态响应， 仿真波形如图3所示。从图3可以看出，时间经过了，即5ms时，电容电压完成了总变化量的63.2%，即6V的63.2%，约为3.8V。

全响应：当一个非零初始状态的电路受到激励时，电路的响应称为全响应。对于线性电路，全响应是零输入响应和零状态响应之和。如图1所示，反复按下空格键使开关反复切换，通过示波器就可观察到电容电压全响应波形如图4所示。

在教学中电路使用Multisim软件对电路进行仿真，让学生通过观察仿真波形，加以分析、总结，为了进一步讲解时间常数对响应速度的影响，可以改变参数R 或C，从而改变时间常数，观察波形，得出结论。

3 结束语

在传统的教学方法中，容易出现教学效率不高、教学效果不够理想等问题。运用仿真实验，将理论和实践相结合，可以极大地提升学习效率和教学效果。

参考文献

[1] 罗映红.电工技术[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 熊伟，侯传教，梁青，等.Multisim 7电路设计及仿真应用[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3] 王冠华.Multisim10电路设计及应用[M].北京：国防工业出版社，2008.

[4] 俎云霄，李巍海，张轶.Multisim在电路分析基础课程教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010（15）：28—30.