三维仿真在“电工电子学”教学中的应用

张康隆

摘 要：Multisim的二维模拟组件是抽象的，并且与实际组件的引脚分布明显不同。 针对以上问题，总结了三维模拟在理论教学和实践教学中的应用。 结合了电工电子教学内容，列出了一些模拟主题，给出了一些三维仿真实例。教学实践表明，三维仿真电路可以帮助学生认识实用组件的外观，熟练掌握复杂的仪器操作，并增强电路调试能力。

关键词：三维仿真;电工电子学

引言：Multisim是美国国家仪器有限公司NI推出的在Windows下运行的仿真工具。M Multisim使用软件来仿真电气和电子组件，设备和仪表，以进行原理图设计和电路功能测试。 Mul-tisim因为可以测量和验证电气，模拟和数字电路，所以广泛用于理论，实验和基于项目的教育中。在教学中，大多数教科书在许多章节中都有模拟测试部分，因此关键技术和重要知识点可以通过软件进行模拟。在理论教育中，Multisim仿真可以验证原理和定理，演示典型的电路功能，并使抽象理论更加清晰。它不仅激活了教室的氛围，而且解决了实验班级布置延迟的问题。

1. 三维元器件和仪器

对于Multisim10仿真软件，三维元器件的位置为Database： Master Database - →Group： Select allgroups - ， Family：3D_ VIRTUAL。 在主菜单View→Toolbar中选中3DComponents，即可在操作界面显示三维元器件工具栏。该系统提供23个组件，但只有几个，但是涵盖了常见的组件，例如电阻器，电容器，电感器，二极管，晶体管，集成运算放大器和计数器。 这些3D组件可用于设计典型的功能电路，并为理论和实践教育提供现实的仿真材料。

2.三维仿真在教学中的应用

2.1理论教学

（1）组件显示

在讲授“电工学和电子学”的基本组件时，传统的讲义通常只显示幻灯片中组件的图像，Multisim软件的3D显示不仅显示组件图像，还显示接线和调整方法

（2）课堂模拟

在教室里，Multisim 3D研究仿真电路使学生可以观察电压，电流，功率和功率因数参数值和波形，以进行分析和汇总。例如，二极管应用电路指导学生根据输出信号的特性分析二极管的状态并分析二极管的功能。指导学生总结失真的原因，包括显示正常放大和失真的公共基极放大器电路。例如，集成的运算放大器线性应用程序可指导学生根据波形分析来分析输出电压之间的关系。抽象的电路符号易于理解，来自3D设备的立体图像使电路更清晰。动态变化的波形在教室中引起学生的注意，并引导他们进行分析和总结，从而使他们由被动变主动。

（3）模拟工作

为了节省课堂时间，可以根据课程内容进行模拟工作，尤其是翻转教室时。教师将学习Multisim仿真主题，例如研究电源特性，基尔霍夫定律，节点电压分析，实际电源的等效转换，叠加定理，戴维南定理，最大功率传输以及改善正弦交流电路的功率因数。确定电路，二极管应用电路，晶体管应用电路的完整响应。学生根据模拟主题选择电路提交演示视频。有必要介绍仿真的目的，电路配置，组件功能，操作步骤和仿真结果。仿真工作可帮助学生验证用于检查组件功能的定律和定理。对于没有实验的课程，模拟可以减少缺少实验的影响。2.2实践教学

（1）实验准备

学生使用仿真软件执行实验操作，记录参数并观察波形。 实验准备可以帮助学生使用先进的设备并提高他们的实践技能。 学生可以通过3D仿真访问真实的设备，识别形状和管脚，减少操作错误并减少设备损耗。

（2）实习模拟

在实际焊接电路板之前，学生首先要模拟每个功能模块，然后将整个模块协调在一起。 学生在Multisim仿真环境中练习电路故障排除，以增强电路调试功能。 尽早发现在电路焊接过程中容易发生的错误，可避免不必要的返工，并在一定程度上减少了器件损坏。

3 Multisim 10三维电 路仿真实例

3.1例1：半波整流电路

整流是重要的二极管应用之一，也是直流负载所需的功率处理电路。 在Multisim 10环境中分别构建的2D和3D电路。 2D仿真电路与本书的电路模型基本相同，可以看到3D仿真电路与实际电路接近。在电路分析中，学生经常会混淆瞬时值，RMS和平均值。 这些概念之间的差异可以结合此电路仿真成功实现。 以电压为例，示波器显示瞬时值，可以看到电路中电压的瞬时值正在变化。 万用表直流电压文件测量平均值，但XMM3显示交流电压的平均值几乎为零。 均方根值通常用于测量交流电压的大小，XMMI显示均方根电压约为10V。 由于整流后的电压是直流电流，并且通常使用平均值来测量直流电压的大小，因此须要使用万用表直流电压来进行测量。

3.2实例2：六进 制计数器电路

计数器对脉冲数进行计数，可用于计数，计时和分频。基于同步十进制加法计数器74IS160，使用反馈复位方法和Multisim 10 3D仿真电路设計了十六进制计算器。函数信号发生器产生频率为5 Hz，占空比为50%的脉冲信号，并将计数器输出连接到解码显示器以进行观察。当模拟开始时，数字“ 0”至“ 5”会定期显示在解码显示器上，实现六进制计数。

2D仿真电路构造只能用于仿真，而3D电路构造过程也是布线图创建过程。使用集成芯片，学生在实验和焊接电路板时更容易出错。如果不知道引脚分配，则会得到错误的引脚号，忘记了地线和电源线，引脚焊点，短路等。使用3D组件进行仿真将限制学生对硬件的要求您可以事先了解芯片的形状和引脚排列。在实践中，巡回行为是不寻常的，学生经常求助于老师和其他学生。由于有限的练习时间和对设备的观察，大多数学生没有故障排除方法。为了锻炼和增强排除电路异常的能力，教师可以在Mulisim10仿真环境中模拟电路故障，学生可以通过观察和分析进行故障排除。

结束语：

3D模拟设备可帮助学生了解实际的设备形状和引脚，并减少由于接线错误而引起的设备损耗。 3D模拟设备可帮助学生习惯于操作复杂的设备并减少实际操作时间。 对于尚未通过实验和实习建立的课程，3D模拟可以减轻缺乏实验和实习的影响。

参考文献：

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