基于Multisim的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

陳李勝 文毅

電子科技大學(xué)中山學(xué)院電子信息學(xué)院，廣東 中山 528402

基于Multisim的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

陳李勝 文毅

電子科技大學(xué)中山學(xué)院電子信息學(xué)院，廣東 中山 528402

為了提高電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，克服實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化等帶來的局限性，加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)技能和創(chuàng)新能力，論文介紹了Multisim仿真軟件輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)例設(shè)計，提出了將Multisim軟件與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式。通過仿真軟件輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以提高實(shí)驗(yàn)效率和學(xué)習(xí)積極性，對于幫助學(xué)生加深對理論知識的理解和自主思考問題、解決問題起著非常重要的作用。

Multisim；電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)；仿真

引言

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)包括電路分析實(shí)驗(yàn)、模擬電路實(shí)驗(yàn)及數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子電路也日臻完善，而實(shí)驗(yàn)儀器的更新周期卻越來越短。由于資金等方面原因，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室不可能總是購買最新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。這在一定程度上造成了實(shí)驗(yàn)條件與工程實(shí)際的脫節(jié)；同時原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化，也造成了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確和實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想。因此，如何在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下，提高實(shí)驗(yàn)效果，并進(jìn)一步提高整個課程的教學(xué)質(zhì)量，是我們一直在探索和思考的問題。Multisim軟件為我們解決了這個問題。學(xué)生可以使用Multisim設(shè)計電路原理圖，對電路進(jìn)行仿真，得到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以加深對理論知識的理解和分析，更好地掌握電子技術(shù)知識。在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入 Multisim 仿真，可以大大提高學(xué)生動手能力，提高教學(xué)效果。

1 Multisim簡介

Multisim是美國國家儀器有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。利用Multisim進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)過程和儀器操作方法與實(shí)際電路很相似，但比實(shí)際更方便、省時。它還能開設(shè)限于實(shí)際無法或不便進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，例如觀測開路、短路、漏電和過載等非常情況的影響或后果等。另外，利用 Multisim 提供的電路分析功能來仿真電路，還能加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，幫助他們掌握常用儀器的使用方法和測量方法，大大提高了學(xué)習(xí)的興趣，便于提高學(xué)生培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。因此功能強(qiáng)大的 Multisim非常適合電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。

在實(shí)際學(xué)習(xí)時，通常學(xué)生在短時間內(nèi)很難把握電路的輸出及各種性能指標(biāo)。而 Multisim為我們提供了一個很好的實(shí)用工具，使我們能夠在教學(xué)過程中隨時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、演示和電路分析。下面從Multisim在電路分析實(shí)驗(yàn)、模擬電路實(shí)驗(yàn)及數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)三個方面基本實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用實(shí)例，分析其在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用。

3 Multisim在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的實(shí)例設(shè)計

3.1 基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)的Multisim實(shí)例設(shè)計

圖1所示為基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)電路圖。圖中我們可以很直觀地看到電路中的節(jié)點(diǎn)滿足KCL；同時對三個電壓表讀數(shù)也能得到各個回路滿足KVL。這個實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很容易在實(shí)驗(yàn)箱中實(shí)現(xiàn)。但是如果我們要更復(fù)雜地調(diào)節(jié)電路中的各個參數(shù)值來驗(yàn)證不同情況下的KCL和KVL，則使用Multisim更直觀更有效。特別是實(shí)驗(yàn)箱中只能提供確定的電源電壓值，但是在仿真實(shí)驗(yàn)中，我們可以按照自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)想任意改變電源電壓值。在改變電阻值的時候，仿真電路更加具有無可比擬的優(yōu)勢，因?yàn)槲覀冊谡{(diào)節(jié)電阻大小的時候，即使偶爾出現(xiàn)短路等特殊情況，也是可以觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果而不用擔(dān)心損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

圖1 基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)電路圖

3.2 基本共射電路實(shí)驗(yàn)的Multisim實(shí)例設(shè)計

圖2 基本共射電路實(shí)驗(yàn)電路圖

如圖2所示為基本共射放大電路圖。Q1為三極管，Rb和Rp組成基極偏置電阻，其中Rp作為可調(diào)電阻改變?nèi)龢O管的工作狀態(tài)。在使用Multisim仿真時，通過鍵盤A鍵調(diào)節(jié)Rp的阻值來實(shí)現(xiàn)三極管靜態(tài)工作點(diǎn)的改變。仿真示波器的波形可以分析出三極管的工作狀態(tài)。如下圖3所示，逐漸增加電阻Rp的值，從而使三極管放大電路不同的工作狀態(tài)。

圖3 基本共射電路工作狀態(tài)圖

（圖中紅色為輸入原始信號，藍(lán)色為通過放大電路輸出的放大信號。）

根據(jù)理論學(xué)習(xí)可以知道：在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件下，我們可以改變偏置電阻來實(shí)現(xiàn)三極管進(jìn)入飽和失真、正常放大、截止失真。但通過理論學(xué)習(xí)我們可以知道三極管靜態(tài)工作點(diǎn)相關(guān)的因素有：VCC，Rb，Rc和β等。以上這些參數(shù)改變時都可以引起靜態(tài)工作點(diǎn)的位置變化，從而導(dǎo)致三極管出現(xiàn)截止失真和飽和失真等。使用實(shí)驗(yàn)箱，可以通過電位器改變Rb，Rc的值。但是VCC和β的改變相對比較復(fù)雜。如果我們采用Multisim仿真的方式，就可以很直觀地改變各個參數(shù)的值，從而實(shí)現(xiàn)三極管靜態(tài)工作工作點(diǎn)的改變。通過這種仿真方式可以讓學(xué)生通過虛擬的示波器觀察到對應(yīng)波形，從而增強(qiáng)學(xué)生對三極管靜態(tài)工作點(diǎn)及相關(guān)決定參數(shù)的理解。

3.3 表決器實(shí)驗(yàn)的Multisim實(shí)例設(shè)計

圖4 表決器電路圖

根據(jù)不同的邏輯表達(dá)式，則可能需要不同的元器件。圖4所示為式1所對應(yīng)的邏輯電路圖。由于實(shí)驗(yàn)室提供的元器件型號和數(shù)量有限，因此如果讓每個人都按自己想要的元器件在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計有一定的難度。通過Multisim就可以輕松實(shí)現(xiàn)不同學(xué)生的不同實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計。通過Multisim實(shí)現(xiàn)表決器可以改變4人表決器的邏輯表達(dá)式，然后根據(jù)不同的邏輯表達(dá)式畫出不同的仿真電路圖，根據(jù)電路圖可以仿真得到結(jié)果而不需要依賴實(shí)際的電子元器件。這樣給表決器設(shè)計的靈活性能給予足夠的支持。

用Multisim仿真的方法，在計算機(jī)上虛擬出一個測試儀器先進(jìn)、元器件品種齊全的電子工作臺，一方面能克服實(shí)驗(yàn)室的條件限制，避免使用中儀器缺失、落后及損壞等不利因素，另一方面又能以驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計性等不同形式的針對性訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的分析、應(yīng)用、和創(chuàng)新能力。

4 結(jié)語

通過上述Multisim的實(shí)驗(yàn)實(shí)例設(shè)計可以看到：Multisim可以很好地結(jié)合理論知識得到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時又可以突破實(shí)驗(yàn)室硬件條件的限制。這對學(xué)生加深課堂理論知識的學(xué)習(xí)和理解有很好的輔助作用。通過教學(xué)實(shí)踐證明，在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入仿真軟件的教學(xué)方式既增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又較大地提高教與學(xué)的效果。但是我們也要看到Multisim只是一個仿真軟件，它缺乏實(shí)際電路元件的動手操作調(diào)試環(huán)節(jié)，它不能完全代替現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)，如何更好地發(fā)揮仿真軟件在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用，還需要在以后的教學(xué)過程中進(jìn)一步的探索。

[1] 王連英.主編基于Multisim10的電子仿真實(shí)驗(yàn)與設(shè)計[M].第1版.北京.北京郵電出版社，2009

[2] 師彥榮，曾偉.Multisim10仿真軟件在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子與封裝，2011;11(5):43～44

陳李勝，碩士，微電子與固體電子學(xué)專業(yè)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.129

電子科技大學(xué)中山學(xué)院《電路分析》課程教學(xué)團(tuán)隊資助，項目編號ZLGC2011JXTD03