Multsim軟件在《電子技術(shù)》課程中的應(yīng)用

張艷艷，袁 嬡，夏詠梅

(安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系，安徽 蚌埠 233030)

在信息技術(shù)高度發(fā)展的今天，EDA(電子設(shè)計自動化)技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計，EDA技術(shù)逐漸成為了電子類和控制類專業(yè)的必修課程.EDA軟件有很多種，如Protel、Proteus、Maxplus、Pspice 等，其中以Multsim對電路的仿真功能較強(qiáng)，較常用于理論教學(xué).作為電子類專業(yè)的一線教師，我們在教學(xué)中嘗試將Multsim軟件應(yīng)用于電子技術(shù)課程教學(xué)中，此項研究作為省級立項課題研究中的一部分，在本課題小組教師的努力下，目前已取得了初步的成效.

1 Multsim仿真軟件的特點

Multsim軟件有著良好的界面和豐富的元器件庫，可以仿真各種模擬、數(shù)字和高頻電路的工作狀態(tài)，便于學(xué)生理解電路的工作原理;它還具有多種虛擬儀器和多種分析功能，能夠進(jìn)行電路的虛擬實驗和仿真測量.通過電路仿真強(qiáng)化基本概念、基本原理、基本電路和基本分析方法，利于學(xué)生掌握電路的基本構(gòu)成、應(yīng)用及常用測量方法等［1］.它具有以下的特點:

1.1 直觀的圖形界面

Multsim軟件的界面非常直觀，整個界面就是一個電子實驗室的平臺［2］，元器件和儀器儀表均在這個界面中，只需輕點鼠標(biāo)，就可以將元器件和儀器儀表拖到界面中，用鼠標(biāo)即可完成導(dǎo)線的連接，儀器儀表的操作面板和實物相似，測量方法與實際相同，波形和特性曲線與實際儀器上觀察到的一樣.所以使用Multsim軟件增強(qiáng)了我們電子技術(shù)教學(xué)的直觀性，對我們的電子技術(shù)教學(xué)能夠起到推動作用.

1.2 豐富的元器件和儀器儀表

Multsim軟件給我們提供了非常豐富的元器件和儀器儀表［2］，在原來的EWB的基礎(chǔ)上作了很大的擴(kuò)充:包括基本元件、半導(dǎo)體元件、TTL、以及CMOS數(shù)字 IC、DAC、ADC、MCU和其它各種部件;而且用戶通過元件編輯器自己創(chuàng)建或修改所需元器件的模型，還可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得元件模型的擴(kuò)充和更新.無論是模擬、數(shù)字還是高頻電子線路，我們都可以在Multsim軟件中搭建.

這樣我們可以及時對電路的工作情況進(jìn)行直觀的仿真，不會受到實際實驗器材不足或?qū)嶒灄l件不充分的影響.

1.3 充足的分析手段

Multsim軟件提供了多種電路分析的手段:直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、傅立葉分析、噪聲分析、靈敏度分析和最壞情況分析等［2］.這么多的分析手段足以給我們的電子技術(shù)教學(xué)提供各種電路分析的情況，而且不會受到時間地點等客觀因素的影響，隨時可以用于我們的電子技術(shù)教學(xué)與實驗，對電子技術(shù)的教學(xué)能夠起到良好的促進(jìn)作用.

2 將Multsim仿真軟件應(yīng)用于電子技術(shù)教學(xué)的方法

2.1 理論教學(xué)中使用Multsim

電子技術(shù)是一門理論性和應(yīng)用性都極強(qiáng)的學(xué)科，通常由模擬電路、數(shù)字電路和高頻電路三大部分組成.這些課程對于電子和控制類專業(yè)來說都是非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程.在理論教學(xué)中，由于電子線路的原理往往比較抽象、難以理解，尤其是牽涉到信號的變換與處理、電路中的瞬時狀態(tài)等，教師對學(xué)生的講解總是顯得力不從心.如果在電子技術(shù)的理論教學(xué)中，使用Multsim軟件對電路的原理、功能和特性進(jìn)行仿真，就會起到事半功倍的效果.

2.2 實踐教學(xué)中使用Multsim

電子技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，所以電子技術(shù)的課程設(shè)置中總是理論與實踐聯(lián)系非常緊密.以前受到實驗條件和實驗儀器儀表短缺的影響，實驗效果往往欠佳，尤其是模擬和高頻電路部分的實驗，更易受到實際實驗條件與器材的影響而削弱實驗的效果.現(xiàn)在我們?nèi)绻麑ultsim的虛擬實驗室與實際實驗相結(jié)合，實驗不再受到實際條件的影響.更有甚者，我們還能夠利用Multsim軟件的瞬態(tài)分析去觀察實際實驗看不到的瞬態(tài)過程，從而強(qiáng)化了電子實驗教學(xué).

2.3 課程設(shè)計中使用Multsim

Multsim本身具有的一個主要功能就是進(jìn)行電子電路的設(shè)計，所以在電子技術(shù)的課程設(shè)計中，引入Multsim軟件對學(xué)生來說一方面對所學(xué)的電子電路知識是一個應(yīng)用鞏固，另一方面也對Multsim軟件的設(shè)計功能實現(xiàn)了有效的學(xué)習(xí)，為獲取今后實際工作的技能打下了堅實的基礎(chǔ).

3 應(yīng)用Multsim軟件后的教學(xué)效果

3.1 使模擬電路抽象的原理具體化

模擬電路中各單元電路的原理都非常抽象.以最常見的基本共射放大電路的放大過程為例，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，我們只能通過語言描述、性能估算及圖解的方法來講解電路對信號的放大過程，靜態(tài)工作點對電路的影響、信號的失真之類的內(nèi)容往往是反復(fù)講解，學(xué)生還是不明白，教學(xué)效果非常差.如今我們可以通過仿真軟件把這些抽象的內(nèi)容一一演示，使得原來信號的放大、信號的失真等現(xiàn)象一目了然，如圖1所示.

圖1 共射放大電路輸入和輸出波形

通過電路的仿真，我們對信號被放大的現(xiàn)象一下子有了感性的認(rèn)識.通過仿真波形，學(xué)生不僅能了解信號被放大了，還能直觀得出其放大倍數(shù)及輸入和輸出信號之間的相位關(guān)系，使得抽象的原理變得具體化了.而且，電路元器件參數(shù)也方便調(diào)整，改變偏置電阻值可清楚觀測信號的失真現(xiàn)象，或斷開旁路電容后接入負(fù)反饋的狀態(tài)，則可觀測到信號的非線性失真的減小及放大倍數(shù)的變化(如圖2所示).

3.2 數(shù)字電路的設(shè)計簡單化

數(shù)字電路的教學(xué)重點是功能的應(yīng)用，所以應(yīng)用電路的課堂設(shè)計和課程設(shè)計都是必不可少的，傳統(tǒng)的設(shè)計方式大多是紙上談兵，往往是費工費時還不一定有結(jié)果.與EDA技術(shù)整合后，數(shù)字電路的設(shè)計變得簡單易行了.學(xué)生可先通過Multsim仿真進(jìn)行電路的功能設(shè)計、邏輯及性能分析以及時序測試，設(shè)計的電路只需在Multsim環(huán)境下仿真調(diào)試成功即可直接組裝電路，既節(jié)約了設(shè)計及實驗時間，又可避免過多的元器件損耗，還提高了電路設(shè)計的可靠性.

圖2 信號的失真和帶有反饋的輸入輸出情況

數(shù)字電路中常用555定時器來開發(fā)很多實際的應(yīng)用電路，因此利用Multsim仿真軟件對555定時器的外圍電路進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，很是方便.圖3為555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器.我們還可以直接在仿真軟件中對電路參數(shù)進(jìn)行修改，可以設(shè)計出占空比可調(diào)的多諧振蕩器以及許多實際應(yīng)用電路.

圖3 由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器

3.3 高頻信號的頻率幅值形象化

高頻電路重在對信號的變換和處理，傳統(tǒng)的講授教學(xué)方法很難表述出信號處理中的一些概念，所以使學(xué)生對高頻電路望而生畏.引入Multsim軟件后，我們對電路的各種工作狀態(tài)進(jìn)行仿真教學(xué)，使信號在Multsim的界面中躍然而出，信號更加生動形象.如圖4所示的雙邊帶調(diào)制電路，參數(shù)設(shè)置好之后，一經(jīng)仿真，示波器面板中的雙邊帶信號的概念和形象就栩栩如生地建立在學(xué)生的印象中了.

此外，調(diào)幅波的傅立葉分析、參數(shù)改變后的惰性失真和電路的幅頻特性等都可更加形象化，對學(xué)生來說就更好理解了.

4 仿真軟件的引入對教學(xué)模式的影響

各個高校中或多或少地會在電子技術(shù)課程中引入EDA技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)，所以仿真教學(xué)給電子技術(shù)的教學(xué)帶來的并不僅僅是教學(xué)手段的改變，甚至對整個教學(xué)模式都起到了沖擊作用.在我院，一線教師都已熟練掌握將Multsim軟件應(yīng)用于電子技術(shù)教學(xué)的方法.這就推動了整個教學(xué)模式的改革:我們可以將Multsim軟件與電子技術(shù)課程內(nèi)容相整合，以應(yīng)用技術(shù)來促進(jìn)或推動電子技術(shù)的理論學(xué)習(xí).Multsim軟件使用中的形象和生動為學(xué)生的學(xué)習(xí)增添了許多興趣，可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，形成以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)模式.這種模式使學(xué)生的學(xué)習(xí)充滿了主動，學(xué)生可以積極思考、主動探索，并逐步掌握科學(xué)研究的基本思維方法和組織方法.

在這樣的模式中，學(xué)生在“用”軟件過程中掌握了電子仿真技術(shù)，以“應(yīng)用”推動了“理論”學(xué)習(xí)，并以“理論”學(xué)習(xí)進(jìn)一步促進(jìn)了技術(shù)的“應(yīng)用”，形成了一種以實踐應(yīng)用推進(jìn)教學(xué)的新型高職電子技術(shù)的教學(xué)模式，更適合培養(yǎng)電子技術(shù)專業(yè)技能型人才.

圖4 雙邊帶調(diào)制電路及調(diào)制信號、雙邊帶信號的波型

5 結(jié)語

將Multsim軟件應(yīng)用于電子技術(shù)的教學(xué)，是以電子信息技術(shù)的結(jié)果促進(jìn)了電子信息技術(shù)的進(jìn)一步的發(fā)展.這一教學(xué)法實施以來，有明顯的效果:學(xué)生對電路的理解更加透徹了，電路分析的能力更強(qiáng)了，具備了一定的電路設(shè)計能力，主動學(xué)習(xí)的意識形成了，達(dá)到了“學(xué)”以致“用”、“用”以強(qiáng)“學(xué)”的效果.總之，這種應(yīng)用提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的電子技術(shù)技能，強(qiáng)化了電子技術(shù)的教學(xué)效果.改革電子技術(shù)傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以技術(shù)應(yīng)用推進(jìn)理論的學(xué)習(xí)，更有利于培養(yǎng)電子技術(shù)的專業(yè)技能型人才.

［1］朱天橋，孫萬蓉，孫肖子.淺談PSPICE在高頻教學(xué)中的應(yīng)用［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2006，28(5):43-48.

［2］王連英.基于Multsim 10的電子仿真實驗與設(shè)計［M］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2009.

［3］郭仿軍.數(shù)字電子技術(shù)實驗課程的改革與探索［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2009，28(2):58-60.

［4］朱家富.電子信息課程教學(xué)中的虛擬技術(shù)［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2008，27(3):88-91.

［5］孟秀玲，曹勇，任銳.對信息技術(shù)與電子技術(shù)課程整合的思考［J］.華北航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2005，15(7):27-29.

［6］張麗萍，潘行心.EDA在高職數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.硅谷，2009，23:189.