Multisim在汽车电工电子课程中的应用

摘要：Multisim是美国国家仪器有限公司NI推出的一款适用于电工电路的仿真软件。文章主要以“戴维宁定理”为例，将Multisim仿真软件适当引入进行辅助教学。从戴维宁定理的内容、教学目标、教学方法等各个方面进行教学设计，以此调动学生的学习积极性。在教学过程中也取得了良好的教学效果。

关键词：汽车电工电子;仿真;Multisim

中图分类号：G434                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）09-0256-02

0  引言

汽车电工电子是汽车检测与维修和汽车营销专业的一门专业基础课程，课程目标要求学生掌握直流电和交流电基础、安全用电、电机技术基础等相关的知识内容，其中有一定比例的公式推导、原理的理论解释等理论性内容。这些内容对高职学生存在着学习枯燥、不形象的问题。这就迫切需求虚拟实验平台来辅助教学，帮助学生提高学习兴趣和动力。

Multisim是Interactive Image Technologies（Electronics Workbench）公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于电子电路、汽车电工电路、电力电子等领域的设计工作。它的输入形式含了电工电路原理图的图形输入和电路硬件描述语言输入，具有强大的仿真分析能力。Multisim的软件仿真能力基于该软件具有强大的元件库，并且该元件库为开放式，任何使用该软件的人都可以根据分析电路的需求添加对应的元器件。正向仿真是Multisim仿真软件的基础，学生可以在这个平台上对预想的电路进行观测分析，从而使得硬件电路在设计时避免走很多弯路。

本文是基于汽车专业基础课程的教学新型授课模式的探讨和设计，在课程学习时，教师在教学和学生在学习中都存在一些问题。在汽车电工电子课程中尝试运用电子仿真软件的强大功能来促进解决教学中存在的部分问题。本文以戴维宁定理为例，详细阐述Multisim在汽车电工电子课程中的应用。

1  Multisim在汽车电工电子课程中的设计流程

汽车电工电子讲授的内容有基尔霍夫定理、戴维宁定理、交流电路分析、数字逻辑电路等。如果将这些理论知识在课堂上用仿真平台表现出来，学生学习会更有兴趣，更好提高学生学习效果。将Multisim仿真软件应用于这门课程的流程图如图1所示。

首先要明确教学内容，根据课程安排确定教学方案，在前面几次课可根据学生是否熟悉Multisim仿真软件，有选择的演示元件的选择和电路的搭建，再进行电路的结果仿真，这样有利于学生知识理解和课上时间充分利用，还可使学生快速上手软件的使用。然后通过仿真过程和仿真结果演示并验证相关知识（如直流电路，交流电路分析）的基本原理和应用特点，使学生在操作中掌握课本知识，并能在应用中开拓思维。最后通过学生问题反馈和教师总结，让学生对所学理论知识加以巩固。在这篇文章中Multisim被引入到汽車电工电子理论课的学习中，通过对课程部分辅助知识点的验证，使得学生加深了知识点的掌握和理解。本文以戴维宁定理为例，探讨引入Multisim的教学效果。

2  Multisim在戴维宁定理教学中的应用

2.1 戴维宁定理

戴维宁定理也叫等效电压源定律，是由法国科学家戴维宁于1883年提出的一个电学定理。主要内容是：由独立电源和若干线性电阻构成的线性电路，就外部特性而言，这个单口网络去掉负载部分可以等效为一个电压源和一个电阻串联的电路。此时电压源的电压等于线性电路在负载开路时的电压Uoc;电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值（电压源短路，电流源断路）时所得电路的等效电阻。

2.2 课程要达成的目标

①知识目标。通过课程学习让学生掌握基本的电路概念：什么是二端网络、什么是有源、什么是无源、什么是线性电路;核心点是理解并掌握戴维宁定理。

②能力目标。本课程的学习，理解有源线性二端网络，并在此基础上会用戴维宁定理进行一些物理量的计算，并且能熟练掌握用Multisim对结果进行验证。

2.3 本章节教学存在的难点和重点

①戴维宁定理的教学难点：将复杂的有缘线性二端网络进行合理的分析;对分析结果引入戴维宁定理进行求解;掌握利用Multisim对结果进行验证。②戴维宁定理的教学重点：理解并掌握戴维宁定理内容;能及时的将复杂的线性有源二端网络中得到戴维宁等效电路的两个物理量，开路电压源和等效电阻。

2.4 戴维宁定理的教学过程设计

传统教学方式中，讲授了戴维宁定理之后通常选择一个例题来帮助学生消化此定理，学生课堂上的互动情况，第2次课上课知识点回顾情况，以及知识点回顾中采用Multisim辅助教学三个阶段随机抽查学生提问情况见表1所示。

通过对表1进行分析，发现了学生在对知识点的掌握存在几个情况，首先，通过传统的习题讲解，由于学生的高中基础不够牢固，物理概念不清楚。不能及时的消化知识点;其次，因为没有及时的进行课后的复习，致使在课堂知识点回顾中好多学生不能掌握该上次课的知识;再次，使用Multisim对结果进行仿真验证时，时间很短，能轻易的将学生的注意力集中起来。验证过程直观、形象，可以按照要求随意的设置参数，学生能够较快的掌握戴维宁定理的本质要求。例题在Multisim中再现如下。

通过之前的学习，现在求解通过分析这道题发现可以利用第一章中的基尔霍夫定律来解决，也可以用电源的等效变换来解决，还可以用叠加定理来解决。但这三种方法比较繁杂有没有简单点的方法来解决呢？通过解题方法的简单化来介绍“戴维宁定理”。

①戴维宁定理的讲解和求解方法。含独立电源的线性电阻电路，就电路外部而言，该电路可以等效为一个电压源和一个电阻串联的电路。该电压源的电压等于这个电路在负载断路时的电压Uoc;电阻R0是该电路全部独立电源为零值（电压源短路，电流源断路）时所得电路的等效电阻。

通过戴维宁定理知道，我们在求解电路时，做出原来电路的等效电路图就是核心问题也是教师教学和学生学习时的重难点。通过等效电路可以计算出电压源的电压U以及所有电源为零时的电阻即等效电阻Ro，电压源的电压U就是戴维宁定理中的等效电路的开路电压;等效电路的电阻等于原电路的等效电阻。

②电路分析。如图2所示电路，所示：已知uS1=10V，uS2=8V，R1=3Ω，R2=6Ω，RL=2Ω，求电流RL上的电流I。

画出求戴维宁开路电压如图3，最后等效电路如图4。

开路电压为：

等效电阻为：

负载上的电流为：

③结果验证。通过同学们自己动手搭电路，利用Multisim仿真如图5所示。指导同学设置观测点，并运行，直观的得到验证结果。从图示仿真结果可以看出，负载上流过的电流大小为999.998mA，可以认为就是1A，并且方向是从上向下，而理论计算结果为1A，这样软件仿真就验证了计算结果。

3  结语

通过Multisim仿真软件进行仿真时，可以培养学生对《汽车电工电子》课程的学习兴趣，进一步加深学生的理论学习效果，同时利用Multisim软件进行教学，调动了学习热情，活跃了课堂气氛，激起了学生学习的积极性，对学生进行预习和复习都有很大帮助。

参考文献：

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[3]白燕燕，胡晓霞，李治慧，王超.Multisim在模数电课设中的应用[J].电子制作，2020（22）：52-54.

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[5]周菁菁.“戴维宁定理的教学设计”[J].无线互联科技，2014（10）.

基金项目：2019年校级教改项目“基于Multisim的汽车电工電子教改研究”，立项编号XJYB1909。

作者简介：李均恒（1980-），男，河北邢台人，硕士，研究方向为智能控制。