基于Multisim的虚拟仿真实验研究*

张海宁　白　福　王　立　王鹏宇　帅　盼　张慧芳

(西安工业大学电子信息工程学院430研究团队　西安　710021)



基于Multisim的虚拟仿真实验研究*

张海宁白福王立王鹏宇帅盼张慧芳

(西安工业大学电子信息工程学院430研究团队西安710021)

为了解决电子信息类专业传统实验时所遇到的困难,提出了以Multisim为核心建立相关平台,进行虚拟仿真实验的解决方法；利用Multisim虚拟仿真平台进行虚拟仿真实验可以获得良好的实验结果；这样不仅可以有效避免传统实验所遇到的困难,还可以使实验者灵活快捷地进行研究实验；经过研究表明,实验者可以通过虚拟仿真实验,更好地阐述相关的研究成果。

Multisim; 虚拟仿真; 实验研究

Class NumberTN101

1　引言

图1为传统的电子信息类实验室。以传统实验室为依托进行实验研究,面临着诸多问题,首先,购置的实验器材有限,会使传统实验室的功能受到制约；其次,传统实验室,还需要专职人员进行管理,增加了学习成本；再者,传统实验室中实验器材的老化或者机械误差增多,会使一些实验的实验结果受到影响；最后,传统实验室,会因实验者操作失误,给实验者带来伤害。

那么,如何避免这些因素对实验的影响,如何保证实验者能够方便、灵活、快捷地进行研究实验,

如何不断提高研究实验的质量是值得去探究的问题。而虚拟仿真实验可以有效地解决这一问题；同时虚拟仿真实验,还因实验内容多样、实验时间灵活、实验结果精确而广受实验研究者青睐。本文将主要研究应用Multisim的虚拟仿真平台进行虚拟仿真实验研究[1]。

图1　传统实验室

2　实验研究

在进行电子信息类相关专业知识的研究和学习中,可以对许多科目中的典型知识进行虚拟仿真实验。通过虚拟仿真实验可以得到与相应理论知识相符的实验结果,这样可以为实验内容继续研究或投入实用提供极大的便捷。本文将主要介绍利用Multism虚拟仿真平台,对彩灯循环控制电路以及双调谐高频小信号放大电路进行虚拟仿真实验研究。

2.1彩灯循环控制电路

彩灯循环控制电路在不同的场合有着广泛的应用。彩灯循环控制电路[2～3]由振荡电路、计数器/译码器和显示电路等三部分构成。它的技术指标如下： 1) 彩灯能够自动循环点亮； 2) 彩灯循环显示且频率快慢可调； 3) 设计的彩灯控制电路要有八路以上的输出。

在利用Multisim进行虚拟仿真时,选用芯片74HC163和74HC154。当74HC163输入周期性脉冲信号时,其输出为二进制形式,并且在0000～1111之间循环变化,74HC154的16条输出线按照74HC163的输出信号依次变为低电平,与它相连的16个发光二极管就被点亮。此设计方案中16个发光二极管只接一个限流电阻,以此来保证在任一时刻只有一个发光二极管点亮。进行虚拟仿真实验设计的电路图如图2所示。

图2　彩灯循环控制电路

打开仿真开关,观察到的现象仍然是发光二极管依次点亮,如流动一般。调整振荡器的电阻可以改变发光二极管的发光频率,振荡器的电阻越小,发光频率越大,振荡器的电阻越大,发光频率越小[4～6]。仿真结果显示,彩灯循环控制电路可以很好地工作,与相关理论相符。

2.2双调谐高频小信号放大电路

高频小信号放大电路[7～9]的主要功能是从接收的众多信号中,选出有用的信号加以放大,同时对无用的信号、干扰信号和噪声信号进行抑制,以提高接收信号的质量和抗干扰能力。而双调谐高频小信号放大电路是高频小信号放大电路的其中之一。

双调谐高频小信号放大电路的矩形系数小,选择性较好,因而广泛用于高增益、频带较宽、选择性好的场合。相应的虚拟仿真电路如图3所示,电路的谐振回路采用电容耦合,示波器用来观测输入输出信号,其中通道A接输入信号,通道B接输出信号；频谱仪用来观测系统的频率响应,其中输入端接信号源输入,输出端接到C3、L1、C5、L2、R4组成的谐振回路。C1为耦合电容,Q1为高频晶体管,R1、R2为偏置电阻、R3为直流反馈电阻,可稳定静态工作点,C2、C4为旁路电容。

图3　双调谐高频小信号谐振放大电路

打开仿真开关,示波器和频谱仪的输出分别如下图4、图5所示。

图4　双调谐高频小信号谐振放大电路示波器输出

图中所示的波形中,振幅较小的波形是输入信号波形,振幅较大的波形是输出信号波形。当输入信号比例为100mV时,基本实现不失真。

图5　双调谐高频小信号谐振放大电路频谱仪输出

由图5可以看出,电路有两个谐振频率点,它们分别为3.685MHz和10.327MHz,对应的电压增益分别为49.872dB和51.659dB。它们分别为两并联回路的谐振点和整个LC回路的等效谐振点；当输入信号的频率偏离两个谐振点较远时,输出信号的振幅很小,由此可以说明谐振放大电路的选择性。虚拟仿真结果,与理论相符。

3　结论

通过对彩灯循环控制电路以及双调谐高频小信号放大电路的虚拟仿真研究,可以得到与相应理论知识相符的实验结果。由虚拟仿真得到的实验结果,展现了虚拟仿真实验的高效性和准确性,同时,虚拟仿真实验[10～11]还具有很高的实用性。虚拟仿真实验以其特有的优势,可以使实验者有效避免传统实验室对研究实验的影响；将虚拟仿真实验进行推广应用,可以极大地促进电子信息行业领域的发展。

[1] 王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索,2013,12:5-8.

WANG Weiguo. Thinking and suggestion on the construction of virtual simulation experiment teaching center [J]. Laboratory Research and Exploration, 2013,12:5-8.

[2] 张学成.数字电子技术实验改革与创新[J].实验室研究与探索,2011(8):285-288.

ZHANG Xuecheng. Experimental reform and innovation of digital electronic technology [J]. Laboratory Research and Exploration,2011(8):285-288.

[3] 孙利华,余良俊,黄翠翠.Multisim仿真技术在数字电子技术教学中的应用[J].软件导刊,2013,12:200-202.

SUN Lihua, YU Liangjun, HUANG Cuicui. The application of Multisim simulation technology in teaching of digital electronic technology[J]. Software Guide, 2013,12:200-202.

[4] 沙春芳.Multisim10在模拟电子技术教学中的应用[J].中国现代教育装备,2011(3):125-126.

SHA Chunfang. The application of Multisim10 in the teaching of analog electronic technology [J]. China Modern Educational Equipment,2011(3):125-126.

[5] 晏湧.模拟电子技术实验教学改革的探索与实践[J].实验技术与管理,2012(4):288-290.

YAN Yong. Reform of analog electronic technology experiment teaching exploration and practice of [J]. Experimental Technology and Management,2012(4):288-290.

[6] 刘君,杨晓苹,吕联荣. Multisim11在模拟电子技术实验中的应用[J]. 实验室研究与探索,2013(2):95-98.

LIU Jun, YANG Xiaoping, LV Lianrong. The application of Multisim11 in simulation of electronic technology experiment[J]. Laboratory Research and Exploration,2013(2):95-98.

[7] 王建平.基于Multisim的高频电子技术仿真分析及研究[J].信息与电脑(理论版),2012(6):43-44.

WANG Jianping. Simulation analysis and research of high frequency electronic technology based on [J]. Multisim Information and Computer (THEORY EDITION),2012(6):43-44.

[8] 朱高中.基于Multisim仿真软件在高频实验教学中的应用研究[J].实验技术与管理,2012,11:106-108,140.

ZHU Gaozhong. Research on the application of Multisim simulation software in the teaching of high frequency experiment [J]. Experimental Technology and Management, 2012,11:106-108,140.

[9] 苗倩,余志勇,侯洪庆.Multisim仿真软件在高频电子线路教学中的应用与探讨[J].现代电子技术,2014,20:127-129,133.

MIAO Qian, YU Zhiyong, HOU Hongqing. Multisim simulation software in the application of high frequency electronic circuit teaching and research [J]. Modern Electronic Technology, 2014,20:127-129,133.

[10] 程思宁,耿强,姜文波.虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理,2013(7):94-97.

CHENG Si Ning, GENG Qiang, JIANG Wenbo. Virtual simulation technology in the teaching of electric experiment application and practice [J]. Experimental Technology and Management,2013(7):94-97.

[11] 周世杰,吉家成,王华.虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].计算机教育,2015(9):5-11.ZHOU Shijie, JI Jia Cheng, WANG Hua. Virtual simulation experimental teaching center construction and practice of [J]. Computer Education,2015(9):5-11.

Virtual Simulation Experiment Based on Multisim

ZHANG HainingBAI FuWANG LiWANG PengyuSUAI PanZHANG Huifang

(430 Research Team, School of Electronic Information Engineering, Xi’an Technological University, Xi’an710021)

In order to solve the traditional electronic information specialty experiment encountered difficulties, and the Multisim is put forward as the core to establish related platform, the virtual simulation experiment methods to solve are carried on. Using Multisim virtual simulation platform of virtual simulation experiment can get good results, it can not only effectively avoid the difficulties encountered by the traditional experiment, but also make the experimenters flexible and efficient experimental study, the research shows that experimenters can through the virtual simulation experiment, better describes related research results.

Multisim, virtual simulation, experimental study

2016年3月6日,

2016年4月26日

张海宁,男,硕士,副教授,研究方向：测控技术。白福,男,硕士研究生,研究方向：测控技术。王立,男,硕士研究生,研究方向：测控技术。王鹏宇,男,硕士研究生,研究方向：测控技术。帅盼,男,硕士研究生,研究方向：测控技术。张慧芳,男,硕士研究生,研究方向：测控技术。

TN101DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.09.045