電路設(shè)計的仿真研究范文

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摘要：利用物理電學(xué)部分內(nèi)容對電路進行研究與設(shè)計，存在概念抽象，具有難于理解的特點，應(yīng)用傳統(tǒng)的實物實驗設(shè)計又存在設(shè)備紛繁，雖然直觀，但存在不易把實物和原理相互統(tǒng)一，并存在設(shè)計效率低下的缺點。本文針對電學(xué)電路設(shè)計和研究方法存在的問題，應(yīng)用計算機仿真方法對模擬和邏輯電路進行仿真方法探究。通過仿真方法，可大大降低理論的抽象性，方便把抽象的理論轉(zhuǎn)化為感性認識。是一種方便快捷，能吸引學(xué)生，低成本的實驗研究和設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：物理電學(xué)；電路仿真；實驗研究；電路設(shè)計

1概述

物理學(xué)的電學(xué)部分，通常對原理的理解依賴講解和大量的習(xí)題為主，在實驗研究和電路設(shè)計環(huán)節(jié)，使基本原理的感知降低了。甚至導(dǎo)致背定理背電路的設(shè)計和學(xué)習(xí)方法，無法轉(zhuǎn)換為有效記憶的感性認識，也使設(shè)計者難于理解其工作本質(zhì)。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計已廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計的各個領(lǐng)域。電子設(shè)計自動化（EDA）方法，就是計算機應(yīng)用于電路設(shè)計和仿真的有效方法。應(yīng)用計算機的軟件仿真，可快速便捷地實現(xiàn)對電路的設(shè)計和工作特性研究，并且能使實驗者在原理圖上直接獲取測量數(shù)據(jù)，從而得到電路的工作規(guī)則，便捷地完成對理論、定理和測量儀器、儀表的理解。

2仿真實驗研究的發(fā)展與系統(tǒng)設(shè)計

2.1仿真實驗的發(fā)展

仿真實驗是指利用計算機創(chuàng)建可視化的實驗操作環(huán)境，以可視化控件作為實驗元器件、儀器和設(shè)備，通過不同的模型構(gòu)建，達到與真實實驗現(xiàn)象和結(jié)果相一致的設(shè)計要求和目的。通常以“仿真虛擬實驗”或“虛擬仿真實驗室”為依托。仿真理論的提出已有幾十年的歷史，國外有很多機構(gòu)都已開展了仿真實驗系統(tǒng)的研究與仿真平臺的建設(shè)。我國國內(nèi)在虛擬仿真方面的研究均取得了相應(yīng)的進展。至今已批準(zhǔn)建設(shè)的虛擬仿真實驗室已有330多個，分布于全國范圍內(nèi)的高校中，

2.2電路系統(tǒng)的仿真設(shè)計步驟

進行電路系統(tǒng)仿真的目的是真實地模擬出電路的工作狀態(tài)與參數(shù)選擇方法，根據(jù)電路的功能要求完成設(shè)計，針對電路結(jié)構(gòu)完成系統(tǒng)的仿真。一般的系統(tǒng)設(shè)計過程包括以下四個步驟：功能確定，首先完成電路功能的確認；電路原理設(shè)計，在這一步需要根據(jù)設(shè)計者所掌握的理論，確定電路的結(jié)構(gòu)和元器件種類選擇完成原理圖的設(shè)計；仿真軟件環(huán)境的選擇，針對電路的工作特性，選擇高效的而適合的仿真環(huán)境；完成仿真設(shè)計，在前三個步驟的基礎(chǔ)上，通過仿真操作，實現(xiàn)對電路的功能仿真，并根據(jù)仿真所獲取的參數(shù)，對電路的特性進行分析，從而確定適合設(shè)計的元器件參數(shù)和設(shè)計方案。

3電學(xué)仿真軟件簡介

仿真技術(shù)已成為電子工程領(lǐng)域進行電路分析與輔助設(shè)計的重要工具，應(yīng)用電路仿真軟件快速分析電路性能參數(shù)有利于設(shè)計方案的確定和參數(shù)選擇，從而提高設(shè)計效率，克服傳統(tǒng)設(shè)計方法實驗研發(fā)周期長的缺點，縮短了設(shè)計周期。仿真軟件種類繁多，如EWB，SPICE，Peotel，MATLAB等。其功能從簡單到復(fù)雜，界面也越來越友好。Multisim是美國國家儀器（NI）公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真軟件，適用于模擬和數(shù)字電路的仿真。它具有人機界面直觀友好，操作簡單，仿真效果好，元器件庫內(nèi)容豐富，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲等優(yōu)點。適合電路的設(shè)計仿真工作。

4電路設(shè)計中的仿真應(yīng)用

4.1閉合電路歐姆定律實驗

應(yīng)用Multisim完成伏安特性測量實驗的內(nèi)容仿真電路如圖1所示。改變電壓源的值，研究電阻兩端電壓與流經(jīng)電阻的電流的關(guān)系。圖1中，開關(guān)S2閉合時，可調(diào)電壓源電壓改變時，電阻R1上的電壓和電流分別由電壓表XMM1和電流表XMM2測得數(shù)據(jù)分析曲線如圖1所示?？沈炞C歐姆定律U=I*R。

4.2簡單邏輯電路關(guān)系測定實驗

Multisim軟件對邏輯電路的仿真也和直觀，并使實驗者認識到上拉電阻的作用，如圖2所示。圖中為簡單數(shù)字邏輯電路的仿真電路。圖中S1，S2位輸入開關(guān)，當(dāng)閉合時，輸入邏輯1，斷開時輸入邏輯0。U1A為與邏輯電路，通過發(fā)光二極管LED1可以看出電路的輸出狀態(tài)，LED亮為輸出1，滅為輸出0。從而得出電路的與邏輯運算關(guān)系。

5結(jié)論

以上應(yīng)用Multisim軟件對模擬和邏輯電路的仿真設(shè)計可以看出，應(yīng)用仿真的方法進行物理電學(xué)電路的設(shè)計與原理研究，能夠?qū)崿F(xiàn)實驗現(xiàn)象明顯直觀，實驗數(shù)據(jù)理想，有利于實驗者掌握基本理論和基本定理。準(zhǔn)確地對電路的參數(shù)和性能進行分析，能夠極大提高電路的設(shè)計效率，具有低成本，安全可靠的優(yōu)勢。

參考文獻

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作者：陳奕璇 單位：哈爾濱市第九中學(xué)