Multisim在戴维宁定理实验中的应用

孙艳，王姝敏

(蚌埠学院 电子与电气工程学院，安徽 蚌埠 233030)

电路分析是高等院校电子类专业的一门重要的专业基础课程，是后续的模拟电子技术、数字电子技术、FPGA原理及应用、信号与系统等课程的基础[1]。而戴维宁定理是电路分析课程中的教学重点和难点之一，熟练掌握戴维宁定理对于后续相关课程的学习会有很大帮助。

本文提出将 Multisim软件应用到电路分析课程的实验教学中，以戴维宁定理实验为例，通过运用 Multisim软件对实验电路进行仿真分析[2]，引导学生应用这种新的途径完成实验内容，从新的方式方法上帮助学生理解和掌握相关理论知识[3]，对学生的学习积极性和主动性会有更大的提高。

戴维宁定理指出：“一个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻的串联组合等效置换，此电压源的激励电压等于一端口的开路电压，电阻等于一端口内全部独立电源置零后的输入电阻。”[1,4]戴维宁定理实验中，将一个有源二端网络和其戴维宁等效电路分别对同一个电阻作用，那么对这个电阻两种情形下获得的两端电压和通过的电流进行比较，来验证戴维宁定理的正确性。戴维宁定理实验电路图如图1所示，其中图1(a)为原电路图，图1(b)为等效电路图。

1 有源二端网络带负载实验仿真

图1(a)所示电路中虚线框内为一有源二端网络，外接一负载电阻RL，其中RL=0～1k可调。那么，当RL阻值在0～1k之间变化时，其两端电压U和通过的电流I也会跟随变化。将图1(a)用Multisim进行仿真，仿真电路图如图2所示。

图2 有源二端网络带负载实验仿真电路图

在图2中通过按键A可调节RL电阻阻值，用万用表分别测出不同阻值下RL两端的电压U和通过的电流I，将测得的数据整理在表1中。

表1 图2实验数据

2 等效电路带负载实验

运用Multisim将图1(a)所示电路中虚线框内有源二端网络的开路电压UOC和短路电流ISC测量出来，计算出等效电阻R0的数值。测量开路电压的仿真电路如图3所示，测量短路电流的仿真电路如图4所示，将数值记录在表2中，并计算R0=UOC/ISC。

表2 等效电阻

通过图3、图4及表2可得图1(b)所示虚线框中的等效电路，将等效电路接入同一个可调电阻RL，运用Multisim画出仿真电路如图5所示。同样改变RL阻值可测得相应的两端电压U和通过的电流I，将测得数据列在表3中。

表3 图5实验数据

图5 等效电路带负载实验仿真电路图

比较表1和表3，可以发现，在所测数据取相同精度时，两表数据除RL阻值在1%时的I和96%时的U有0.001的误差外，其余的全部相同，从而验证戴维宁定理的正确性。

3 结论

以戴维宁定理实验为例，运用Multisim软件对实验内容进行仿真分析。通过对比实验数据结果，确定了原电路和等效电路之间的相互关系，进一步验证了戴维宁定理的正确性。同时，利用Multisim软件中电路元件库丰富、虚拟仪器功能强大等优点，可以大大提高电路分析实验精度及分析速度[5]。通过这种新的实验方式方法，改变过去传统实验过于单一的缺点，避免学生盲目按照实验指导书的步骤进行操作，帮助学生更好的理解和掌握相关的理论知识，提高了学生学习的主动性和积极性，增强了学生的学习能力。因此，Multisim作为常用的EDA软件，是电路分析实验中一个有效的辅助工具。