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摘要：利用物理電學部分內容對電路進行研究與設計，存在概念抽象，具有難于理解的特點，應用傳統的實物實驗設計又存在設備紛繁，雖然直觀，但存在不易把實物和原理相互統一，并存在設計效率低下的缺點。本文針對電學電路設計和研究方法存在的問題，應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化為感性認識。是一種方便快捷，能吸引學生，低成本的實驗研究和設計方法。

關鍵詞：物理電學；電路仿真；實驗研究；電路設計

1概述

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

2仿真實驗研究的發展與系統設計

2.1仿真實驗的發展

仿真實驗是指利用計算機創建可視化的實驗操作環境，以可視化控件作為實驗元器件、儀器和設備，通過不同的模型構建，達到與真實實驗現象和結果相一致的設計要求和目的。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，國外有很多機構都已開展了仿真實驗系統的研究與仿真平臺的建設。我國國內在虛擬仿真方面的研究均取得了相應的進展。至今已批準建設的虛擬仿真實驗室已有330多個，分布于全國范圍內的高校中，

2.2電路系統的仿真設計步驟

進行電路系統仿真的目的是真實地模擬出電路的工作狀態與參數選擇方法，根據電路的功能要求完成設計，針對電路結構完成系統的仿真。一般的系統設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；電路原理設計，在這一步需要根據設計者所掌握的理論，確定電路的結構和元器件種類選擇完成原理圖的設計；仿真軟件環境的選擇，針對電路的工作特性，選擇高效的而適合的仿真環境；完成仿真設計，在前三個步驟的基礎上，通過仿真操作，實現對電路的功能仿真，并根據仿真所獲取的參數，對電路的特性進行分析，從而確定適合設計的元器件參數和設計方案。

3電學仿真軟件簡介

仿真技術已成為電子工程領域進行電路分析與輔助設計的重要工具，應用電路仿真軟件快速分析電路性能參數有利于設計方案的確定和參數選擇，從而提高設計效率，克服傳統設計方法實驗研發周期長的缺點，縮短了設計周期。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為基礎的仿真軟件，適用于模擬和數字電路的仿真。它具有人機界面直觀友好，操作簡單，仿真效果好，元器件庫內容豐富，可實現數據存儲等優點。適合電路的設計仿真工作。

4電路設計中的仿真應用

4.1閉合電路歐姆定律實驗

應用Multisim完成伏安特性測量實驗的內容仿真電路如圖1所示。改變電壓源的值，研究電阻兩端電壓與流經電阻的電流的關系。圖1中，開關S2閉合時，可調電壓源電壓改變時，電阻R1上的電壓和電流分別由電壓表XMM1和電流表XMM2測得數據分析曲線如圖1所示。可驗證歐姆定律U=I*R。

4.2簡單邏輯電路關系測定實驗

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。圖中為簡單數字邏輯電路的仿真電路。圖中S1，S2位輸入開關，當閉合時，輸入邏輯1，斷開時輸入邏輯0。U1A為與邏輯電路，通過發光二極管LED1可以看出電路的輸出狀態，LED亮為輸出1，滅為輸出0。從而得出電路的與邏輯運算關系。

5結論

以上應用Multisim軟件對模擬和邏輯電路的仿真設計可以看出，應用仿真的方法進行物理電學電路的設計與原理研究，能夠實現實驗現象明顯直觀，實驗數據理想，有利于實驗者掌握基本理論和基本定理。準確地對電路的參數和性能進行分析，能夠極大提高電路的設計效率，具有低成本，安全可靠的優勢。

參考文獻

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作者：陳奕璇 單位：哈爾濱市第九中學