基于Mulitisim10軟件的電子電路故障仿真維修

摘要：電路維修實(shí)踐教學(xué)是應(yīng)用電子專業(yè)的必修課程，但教學(xué)難度較大，教學(xué)效果不佳。通過Multisim 10仿真軟件中故障設(shè)置功能，通過設(shè)置不同類型的故障，模擬真實(shí)故障現(xiàn)象，結(jié)合虛擬儀器顯示，能夠高效、低成本地開展電路維修教學(xué)，培養(yǎng)、提高學(xué)生的維修能力。

關(guān)鍵詞：電路維修教學(xué)；Mulitisim 10軟件；故障仿真

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）25-5924-02

應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，電路維修是難度較大的實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，如何開展維修教學(xué)一直是實(shí)踐性教學(xué)需要解決的難題。筆者通過對(duì)Multisim10仿真軟件的學(xué)習(xí)與研究，利用Multisim 10軟件中的故障設(shè)置功能，簡單方便地設(shè)置、模擬電子電路故障，學(xué)生通過虛擬仿真方式維修電路，進(jìn)而進(jìn)入實(shí)際維修過程，能夠快速掌握電路維修知識(shí)與技能。

1 掌握電子電路維修技術(shù)的重要性

維修是指設(shè)備技術(shù)狀態(tài)劣化或發(fā)生故障后，為恢復(fù)其功能而進(jìn)行的技術(shù)活動(dòng)，是理論知識(shí)與實(shí)踐技能高度結(jié)合的工作，通過檢測(cè)、代換、試誤等技術(shù)手段，分析判斷故障產(chǎn)生的原因并替換損壞的元件，從而解決問題的過程。 通過電子電路維修過程，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)掌握相關(guān)電路的理論知識(shí)與實(shí)踐技能：

1） 掌握各種電子元器件的測(cè)量與檢測(cè)技術(shù)，熟悉常用電子測(cè)量儀器的使用。

2） 加深對(duì)模擬電子電路、數(shù)字電路理論的理解。

3） 掌握電路分析能力、維修方法，提高維修的技能水平。

4） 培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，鍛煉克服困難的品質(zhì)，為未來的發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。

2 電子電路維修實(shí)踐的困難

2.1 電路故障復(fù)雜多樣

電路故障產(chǎn)生原因多種多樣，一種元器件的損壞會(huì)出現(xiàn)不同的故障現(xiàn)象，同一故障現(xiàn)象也可能由不同元件引起。探究未知的問題對(duì)于職業(yè)院校的學(xué)生來講是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

2.2 在實(shí)物電路中模擬電路故障比較困難。

要學(xué)習(xí)維修技術(shù)，必須在電路中設(shè)置的故障，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)習(xí)的知識(shí)和技能，使用儀器，通過儀器測(cè)量檢測(cè)，判斷故障產(chǎn)生的原因。教師要為眾多學(xué)生的實(shí)訓(xùn)電路設(shè)置故障，工作強(qiáng)度大，教學(xué)中設(shè)置的故障應(yīng)明確、安全、隱蔽，對(duì)于教師能力要求也比較高，在實(shí)踐教學(xué)中較難實(shí)現(xiàn)。

2.3 教學(xué)成本高效率低

為了培養(yǎng)學(xué)生的維修能力，教師必須為每個(gè)學(xué)生準(zhǔn)備相應(yīng)的電路產(chǎn)品，而且需要設(shè)置多種各種不同的故障。由于學(xué)生沒有任何維修經(jīng)驗(yàn)，必然的會(huì)犯不少錯(cuò)誤，維修過程中會(huì)造成電路板、元器件損壞報(bào)廢，影響以后維修實(shí)踐教學(xué)開展。

3 應(yīng)用multisim 10電子仿真軟件破解維修教學(xué)難題

Multisim 10是美國國家儀器有限公司推出電子仿真軟件，具有強(qiáng)大的SPICE仿真和原理圖捕獲、電路分析、仿真儀器測(cè)試等功能。通過應(yīng)用該仿真軟件模擬維修過程，學(xué)生學(xué)習(xí)電路維修的方法、步驟，培養(yǎng)理論分析能力、儀表的應(yīng)用能力。在經(jīng)過軟件仿真訓(xùn)練后，再用實(shí)物電路維修訓(xùn)練，能夠較好的解決維修教學(xué)中的難題。

下面通過串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路展示軟件仿真維修的過程。

3.1 繪制電路原理圖

通仿真軟件繪制串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路如圖，在電路中安裝虛擬萬用表用于電路工作室讀數(shù)。串聯(lián)穩(wěn)壓電路由整流、濾波、調(diào)整、取樣等單元電路組成。

3.2 電路仿真

按下電路仿真按鈕

通過測(cè)量的數(shù)據(jù)，學(xué)生可以了解到實(shí)際電路正常情況下的電壓及其變化規(guī)律。

3.3 故障設(shè)置

軟件可以設(shè)定元件的四種狀態(tài)，三種故障模式，“Open”表示元件相關(guān)電極之間開路，“Short”表示元件相關(guān)電極之間短路，“Leakage”表示元件相關(guān)電極之間漏電（有電阻），“None”表示元件正常無故障。故障設(shè)置步驟：雙擊需要設(shè)置故障的元件，本電路選擇Q3，打開故障設(shè)置界面。在工具欄中選擇“Fault”，元件出現(xiàn)四種狀態(tài)選項(xiàng)。

3.3.1 設(shè)置短路性故障

選擇“Short”同時(shí)鉤選B、E電極，表示三極管Q3的B、E極兩極短路，設(shè)置完畢退出故障設(shè)置狀態(tài)。按下仿真按鈕，出現(xiàn)故障現(xiàn)象，電位器為50%時(shí)電路輸出為14.06V，而且輸出電壓在電位器RP變化時(shí)不變化。附表中記錄了四只虛擬萬用表的電壓值。

數(shù)據(jù)分析：通過表2的數(shù)據(jù)分析，輸出電壓基本不隨RP變化而變化，一直為14V，基準(zhǔn)電壓基本不變化，比較表1中電路正常工作時(shí)的電壓數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Q3的B、E極電壓VBE=0，不正常，正常應(yīng)該為0.6V左右，說明三極管Q3的B、E極短路。電路故障是由于Q3的B、E極短路引起的，Q3不工作，使得Q3對(duì)調(diào)整管Q1的基極沒有分流作用，Q1飽和導(dǎo)通，輸入端電壓通過Q1的C、E極直接加到輸出端，使得輸出端電壓升高而且一直不變化。將Q3的B、E極設(shè)置正常后電路恢復(fù)正常。

3.3.2 設(shè)置開路性故障

選擇“Open”同時(shí)選擇B、E電極，表示三極管Q3的B、E極兩極開路，設(shè)置完畢退出故障設(shè)置狀態(tài)。按下仿真按鈕，出現(xiàn)故障現(xiàn)象，電位器50%時(shí)電路輸出為14.09V，而且輸出電壓不隨電位器RP變化而變化。附表中記錄四只虛擬萬用表的電壓值。

數(shù)據(jù)分析：通過表2的數(shù)據(jù)分析，輸出電壓基本不隨RP變化而變化，一直為14V，基準(zhǔn)電壓基本不變化，比較表1電路正常工作時(shí)的電壓數(shù)據(jù)，取樣管Q3的B極電壓從低到高變化，基準(zhǔn)電壓基本不變化， Q3的B、E極電壓VBE不能保持放大狀態(tài)的0.6V電壓，而且VBE之間的電壓值大于0.7V，不正常，表明三極管Q3的B、E兩極之間開路。Q3不工作，使得Q3對(duì)調(diào)整管Q1的基極沒有分流作用，Q1飽和導(dǎo)通，輸入端電壓通過Q1的C、E極直接加到輸出端，使得輸出端電壓升高而且一直不變化。將Q3的B、E極設(shè)置正常后電路恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

我們看到同一元件的不同類型的故障，雖然故障現(xiàn)象一致，但是卻有著不同的工作機(jī)理，特別是關(guān)鍵點(diǎn)電壓有諸多不同。通過這兩例簡單故障的仿真維修過程，學(xué)生能夠更好地了解電路工作原理，提高維修能力。

5 結(jié)束語

Multisim10 軟件功能強(qiáng)大，除了電路設(shè)計(jì)，還有故障仿真功能。在維修實(shí)踐教學(xué)中通過故障模擬仿真，結(jié)合虛擬儀表測(cè)量的數(shù)據(jù)，運(yùn)用所學(xué)電子電路的理論知識(shí)，比較直觀地分析判斷故障產(chǎn)生原因，通過掌握故障電路電壓變化的規(guī)律，能夠解決實(shí)際維修問題。當(dāng)然，在維修實(shí)踐教學(xué)中不能一味依賴仿真教學(xué)，輕視實(shí)操訓(xùn)練。實(shí)踐證明，仿真與實(shí)操訓(xùn)練課時(shí)比例為7：3時(shí)，實(shí)踐成本下降、教學(xué)效果明顯。虛擬仿真維修教學(xué)作為應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)電路維修教學(xué)手段值得在職業(yè)院校推廣。

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