Multisim软件在船电类课程实践教学中的应用

张卫 刘玥 徐建霖 陶东波

摘要：传统的高校船电类课程综合实验教学多以验证为主，不利于学员创新能力的提高，针对这一现状，本文提出将Multisim仿真软件融入到课堂实践教学中，并结合教学中的一些经典案例，给出Multisim仿真软件在船电类课程综合实验中的应用，有效改善了传统实验教学效果，提升了学员对实验课的兴趣，为提高实验教学质量提供了一个有效手段。

关键词：Multisim仿真；实践教学

引言

随着计算机技术的高速发展，计算机仿真技术已十分成熟，逐渐成为现代工程设计中一种有效的方法，Multisim等电子仿真软件已成为电类课程设计的必备工具。船电类课程实验教学是人才培养中的重要教学环节，如何将先进的仿真技术运用到高校船电类课程实践教学中去，使之为教学服务，提高教学质量，是目前高校实验教学所面临的一个重要课题[1]。

在电力电子技术高速发展的今天，新器件和新电路不断涌现，现有的实验室条件已经无法满足实验课程的需求，一定程度上影响了船电类实验的教学效果[2]。并且，在传统实验教学过程中，由于实验条件和课时的限制，学员只能通过老师的讲解和演示被动地按照实验指导书的步骤按步就搬地进行连线、测试，无法根据自己的兴趣和需求进行创新，稍有不慎还容易导致设备的损坏，不利于学员专业能力的拓展与创新思维的培养[3]。

因此，我们需要对教学方法进行改进，以提高实验教学的效果。Multisim软件恰好能满足这一要求，它是一种电路仿真软件，其中包含了丰富的元器件库，既有一般实验室用的通用仪器，如万用表、直流电源等，还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、网络分析仪等。Multisim还具有较为详细的电路分析功能，可以设计、测试和演示各种电力电子电路[4]。将该软件引入船电类实验教学中，不仅可以弥补传统实验教学中存在的仪器陈旧、设备落后、元件损耗等问题，还大大激发了学员的学习兴趣，有助于培养出基础扎实、富有创新意识的人才[5]。

本文以船电类课程综合实验中的经典实验为例，利用Multisim软件对电路进行仿真，并将仿真结果与实验课程中实际电路测试结果相比较，将仿真技术融入到船电类课程的整个实践教学环节中。

1 Multisim软件在船电类实践课程中的典型应用

1.1 PWM波形产生电路

本实验的主要内容是根据给定的电路原理图，来进行功能实现和现象分析。目的是考核学员对于PWM调制技术的理解，要求能掌握其基本调制方式。在理解给定原理图的基础上，通过调节电位器在示波器上得出所要求的波形。

PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效获取所需要的波形。本文通过一个直流信号作为调制信号，用一个等腰三角波作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。PWM波形产生电路原理图如图1所示。

PWM波的产生电路仿真图如图2。LM111是一种电压比较器，输入直流调制信号和三角波，两者进行比较最终输出一个方波，也就是所要得到的PWM波形，其产生的波形如图3所示。

输出的PWM波，可通过调节电阻器GDRJ、R4、R6来调节输出波形的占空比，从而得到所需要的波形。在Multisim软件中可很方便的对以上参数进行调节，并观察调节后的波形变化。该电路通过直流电压信号对三角波信号的调制，形成PWM信号。通过仿真可使学员更直观的理解PWM控制实际上就是对脉冲的宽度进行调制的技术。

1.2 MOSFET/IGBT/SCR应用电路

本实验的主要内容是熟悉MOSFET/IGBT/SCR应用电路，重点熟悉其中的MOSFET/IGBT/SCR的工作特性，了解555定时器应用电路的基本组成，并对所要求的功能进行调试测量。电路有两部分组成：控制电路和负载电路。控制电路原理图如图4所示。

控制电路由整流电路，稳压输出12V电路和555定时器电路组成。555定时器工作模式有單稳态，双稳态和无稳态模式。此次采用的是无稳态模式，无稳态工作模式下555定时器可输出连续的特定频率的方波。电阻R11和可调电位器W11接在VCC与放电引脚（引脚7）之间，另一可调电位器W12接在引脚7与触发引脚2之间，引脚2与阈值引脚6短接。工作时电容C12通过电阻R11、W11、W12充电至2/3VCC，之后电容重新充电，输出电压再次翻转形成方波，输出波形的频率和占空比可通过W11、W12调节。其仿真原理图如图5所示，产生的波形图如图6所示。

2实际硬件电路调试

2.1 PWM波形产生电路调试

此电路实际调试主要是测试U1OUT输出波形和PWM输出波形，实际示波器测量波形如图7和图8所示。可看出图10中的输出波形与仿真波形一致。

2.2 MOSFET/IGBT/SCR应用电路调试

此电路实际调试主要是测试555定时器的输出波形，实际示波器测量波形如图9所示，经对比可得出实验结果与仿真结果一致。

3 小结

将Multisim仿真软件用于船电类课程综合实验教学，设计了电源电路、PWM波形产生电路、555定时器电路等多种应用电路的仿真实验项目，并与实际的实验结果进行对比，经理论分析和实际硬件调试，可以发现利用Multisim软件得到的仿真结果与实际电路测试结果是一致的。Multisim仿真软件为学员提供了一个很好的学习平台，使学员摆脱了实验环境和学时的限制，在课后也能进行研究和学习。为学员深入地理解和分析电路提供了帮助，有利于提高学员实验的自主性，培养学员的动手能力和创新能力，有利于提高课程教学质量。统计表明，将Multisim仿真软件应用于传统船电类实验教学后，教学质量与效率得到显著提高，设备损坏率明显降低，学员的实验兴趣与创新意识亦得到增强。

参考文献：

[1]雷跃，谭永红，用Multisim10提升电子技术实验教学水平[J].实验室研究与探索，2009（4）：24-27.

[2]王安娜，申燕，刘泽军，等.电路仿真设计软件Multisim在电路实验中的应用[J].实验技术与管理，2005，22（12）：64-68.

[3]孙俊卿，罗云林，黄建宇，等.虚拟实验平台在电工电子基础实验中的应用[J].实验室科学，2009（6）：121-122.

[4]李国丽，应艳杰，盛华，等.电工电子实验教学改革[J].电气电子教学学报，2008（10）：60-61.

[5]白菊蓉，张宝军.Multisim应用于电路分析实验教学的研究[J].西安邮电学院学报，2006，11（1）：123-125.

作者简介：

张卫（1980-），男，湖南芷江人，讲师，硕士，主要研究方向：声纳装备维修保障.