Multisim 12在直流稳压电源电路教学中的应用

王天宇

[摘           要]  在当今的电子电路设备中，直流稳压电源的应用非常广泛，但是对中职学生来说，这部分知识综合性强，理解较困难。Multisim仿真软件的虚拟电子工作平台，让书本上静止的元器件动起来，可以有效地解决专业知识的枯燥性，增强学生的学习积极性，培养学生乐于动手勤于实践的习惯。以直流稳压电源电路的教学为例，探究Multisim 12在中职专业课教学中的应用。

[关    键   词]  Multisim 12;仿真教学;直流稳压电源

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）21-0200-02

在这个信息技术飞速发展的时代，教育教学也紧跟着时代的步伐，积极探索各种信息技术手段的应用与完善。中职学校电类课程需要学生具有理论与实践相结合的能力，要求学生系统掌握一系列课程内容，运用掌握的知识解决实际问题，培养创新创造的能力。但是，由于中职学生的基础比较薄弱，可以掌握的知识具有很大局限性，而一些专业基础课程需要学生掌握基本的元件识别与检测，基本电子电路的搭建与调试，对于学生来说，难度较大。而实践教学又涉及教学场地、实验耗材、成本等问题，所以迫切需要一种既可以培养学生将理论运用到实践中的能力，又可以节约时间与教学成本的教学方法与手段。

Multisim仿真软件的引入，可以让枯燥的电路生动化，让静止的电路抽象化，弥补实验教学的不足，提高学生的学习兴趣，培养学生主动动手、创新创造的能力。

一、Multisim 12在教学中的作用

Multisim是美國国家仪器（NI）有限公司推出的一款EDA工具软件。它可以对模拟或数字电路进行仿真分析，不需要构造实际的物理电路，也不需要实际的测试仪器，利用Multisim软件本身具有的电子工作平台与庞大的虚拟仪器仪表元件库，就可以探究出电路的基本工作性能。Multisim软件经历了一个漫长的发展过程，最早是加拿大Interactive Image Technologies（简称IIT）公司推出的EWB（Electronics Workbench，电子工作台），后来经过不断升级与发展，目前已经由美国NI公司推出了Multisim 14版本。本文所使用的是Multisim 12版本。

Multisim 12具有庞大的元件模型库和虚拟仪器仪表库，并且大部分虚拟仪器仪表的界面与参数设置与真实的仪器仪表基本相同，可以模拟实验室进行电路的调试与设计。如图1所示为Agilent万用表参数设置界面，几乎完全模拟了真实的Agilent万用表。

在教育教学中，可以充分利用Multisim 12的图形化界面，为学生演示电路的搭建过程与电路的调试过程。在实际电路调试过程中，有些学生会担心电路连接错误等原因导致元件损坏，从而不敢尝试老师没有教过的操作方法，或者有些学生因为没有完全理解电路，随意接入测试仪器，导致电路元件损坏或测试仪器损坏。运用Multisim 12软件就可以大大减少上述情况的发生，学生可以利用软件进行电路的搭建，运用虚拟仪器仪表进行电路仿真调试，提高学生的动手能力，活跃学生的思维，加深理论知识的理解。

二、直流稳压电源电路的仿真设计教学

直流稳压电源的作用是将220V的交流电转换成一定幅值的稳定直流电。直流稳压电源电路原理图[1]如图2所示。

在常规教学中，学生初见直流稳压电源电路会感觉电路复杂，难以理解，从而产生逃避厌烦心理。而Multisim 12软件的加入，可以让学生做主，逐步搭建电路，进而分析测试电路特性。整个教学过程，分为三步：首先，原理图分析;其次，电路搭建;最后，电路仿真与分析。

（三）原理图分析

直流稳压电源原理图可以分为三部分：变压器、整流滤波、三端稳压，如图3所示。

变压器的主要作用是按一定比例将22OV的交流电转换成另一幅值的交流电。在本文中，变压器的匝数比为10∶1，则变压器二次绕组的输出电压应为22V（AC）。整流滤波电路可以分为整流和滤波两部分。整流的作用为将大小和方向都变化的交流电转换成单一方向的脉动直流电，滤波的作用为将脉动的直流电转换成平滑的直流电[2]。三端稳压电路的作用是输出稳定的直流电，本文选用的是LM7805三端稳压器，可以稳定输出+5V直流电。

教师在进行直流稳压电源原理图讲解时，更多的是将教材上的知识点与结论直接告诉学生，学生只要记住这些知识点，就可以运用到实际问题中去。但事实是这样吗？许多学生只是当下记住了这些所谓的重点知识，等到考试结束或者毕业了之后，因为对这些知识并没有一个感性认识，就会将这些知识忘记。所以，Multisim 12软件的应用就显得非常重要。

（二）电路搭建

根据直流稳压电源电路原理图，从元件库调选出需要的元器件，搭建电路。在电路的搭建过程中，由于学生已经掌握了直流稳压电源电路的基本理论知识，对原理图中各元器件的作用有所了解，因此电路的搭建可以加深学生对原理图的理解与认识。

利用Multisim 12搭建电路看似简单，学生的错误率还是比较高的。比如，本文中选择的三端稳压器是LM7805，一些学生粗心大意会选择LM7815，导致仿真结果错误。如果在实际电路中出现这种情况，也许会使该直流稳压电源电路输出端接的芯片或者器件损坏。那么电路搭建正确与否或者此电路性能如何，就要进入下一步仿真测试来一探究竟。

（三）电路仿真与分析

在虚拟仪器仪表栏找到4通道示波器，接入电路，如图4所示，示波器的A、B、C通道分别测试输入电压波形、整流滤波后波形与输出电压波形。为了清楚展示每一路的测试波形，可以将通道A、B、C设置为不同颜色。

双击示波器图标，进行示波器参数设置。X轴表示时间，默认为10ms/div，可以不用修改，Y轴表示幅值，通道A设置为200V/div，通道B设置为50V/div，通道C设置为5V/div。设置完成后，开始仿真，示波器的波形显示区出现三个不同颜色的波形，如图5所示。

移动示波器游标，可以读取各个波形的最大值，如输入电压的最大值为308V，这符合教材上的知识点交流电压源的最大值与有效值之间的关系为Umax=Urms。输出电压为5.003V，符合LM7805的输出电压值。

通过修改电路参数，比如将滤波电容C1舍去，观察测量电压波形，如图6所示。教师可以引导学生分析出现这种现象的原因。由于整流后的滤波电容容量太小，整流滤波后输入LM7805的电压仍然是脈动的直流电，导致LM7805在一小段时间内无法工作，使得输出电压会出现类似方波的波形。

又如将滤波电容C1参数设置为1F，观察测量电压波形，如图7所示。由于滤波电容C1容量过大，导致电容C1的充电时间过长，整流滤波后输入LM7805的电压需要很长一段时间才能达到稳定值，所以会出现如图示仿真波形。

利用仿真结果，学生可以领会到在整流滤波电路中，滤波电容的参数选择是非常重要的。另外，还可以对负载R1的参数进行设置，观察电路在空载、轻载、满载等状态下的仿真波形。通过Multisim 12软件对直流稳压电源电路的仿真测试分析，让学生在动态过程中学习，让书本上静止的电路活起来，开动脑筋发散思维，提高学习效率，优化学习成效。

三、结束语

中职类学生学习的积极性与对知识的掌握有一定的局限性，但他们是毕业了就要走上工作岗位投入生产实践中去的人群，如何用有效且简单的方法培养他们理论与实践相结合的动手能力与操作能力呢？Multisim仿真软件从教学与实践方面实现了真正的可持续发展，它将庞大复杂的实验室搬至计算机屏幕，在实践操作过程中法成本低、风险小、功能全、效率高，所取得的学习或训练效果有助于真实实验环境[3]。在教学过程中引入Multisim仿真软件，可以加深学生对专业理论知识的感性认识，克服学生对书本上概念、公式等固定知识的学习恐惧，做到在学中做、在做中学，学生对电路进行仿真分析之后再回到理论学习中去，既巩固了专业知识，又培养了发散思维与创造能力，更给学生带来了理论知识学习所没有的成就感。

参考文献：

[1]赵永杰，王国玉.Multisim 10电路仿真技术应用[M].北京：电子工业出版社，2012.

[2]郭赟.电子技术基础[M].5版.北京：中国劳动社会保障出版社，2014.

[3]林一苏.Multisim在模电教学中的适用性分析[J].科教文汇（旬刊），2014（22）：189-190.