Multisim在電子線路仿真開發(fā)實驗教學中的應(yīng)用

趙志強，韓鵬飛

(1.蘇州市職業(yè)大學 電子信息工程學院，江蘇 蘇州 215104；2.中國人民解放軍廣州軍區(qū) 政治部，廣東 廣州 510084)

Multisim在電子線路仿真開發(fā)實驗教學中的應(yīng)用

趙志強1，韓鵬飛2

(1.蘇州市職業(yè)大學 電子信息工程學院，江蘇 蘇州 215104；2.中國人民解放軍廣州軍區(qū) 政治部，廣東 廣州 510084)

根據(jù)澳洲Chisholm Institute應(yīng)用電子專業(yè)“Simulation and Development”課程的特點，結(jié)合該實驗教學和培訓(xùn)的要求，給出了基于Multisim軟件的教學、實訓(xùn)過程.實踐證明：在實踐教學中采用Multisim軟件，可以很直觀地看到單元電路的功能，很方便地修改電路元件參數(shù)，觀察不同條件下電路的工作狀態(tài).理論教學結(jié)合Multisim軟件仿真，增加了學生對該課程的學習興趣，提高了實踐教學的效率.

實踐教學；線路仿真開發(fā)；Multisim

線路仿真開發(fā)(simulation and development)是澳洲Chisholm Institute應(yīng)用電子專業(yè)的一門主干課程.該課程涉及模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù)的功能仿真.在該課程的授課過程中，學生們普遍反映主要的難點是在電子線路的仿真部分.以往以理論推導(dǎo)為主、采用少量的實物實驗為輔的授課方式導(dǎo)致學生難以了解單元線路的功能，制約了課程實驗教學的效果，影響了該課程的教學和實訓(xùn).為了解決這種情況，本文針對“Simulation and Development”的課程特點，探討Multisim軟件在課程實踐教學環(huán)節(jié)中的應(yīng)用.

1 Multisim軟件簡介

Multisim 是一種用于設(shè)計、測試、仿真演示電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機接口等電路的軟件.軟件提供數(shù)千種電路元器件供實驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫.軟件攜帶常見的通用儀器：萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流電源；也有較少用的儀器，如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測量儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等.

該軟件能提供較為詳細的電路分析方法，比如：電路的直流工作分析、交流分析、瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、離散傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、靈敏度分析、溫度掃描分析、零/極點分析、傳遞函數(shù)分析、蒙特卡羅分析、用戶自定義分析和射頻電路分析等.

2 基于Multisim的仿真實驗教學

Multisim 進行線路仿真分析的步驟為：根據(jù)電路原理創(chuàng)建仿真電路原理圖，按照實際的情況設(shè)置電路參數(shù)選項，借助仿真儀器，設(shè)定仿真分析方法，然后仿真運行設(shè)計的電路，即可得到仿真結(jié)果，結(jié)果還可以輸出為文件和數(shù)據(jù)，作進一步分析處理[1-2].

2.1 在模擬電子線路仿真實驗中應(yīng)用

模擬電子線路中放大器直流工作點的計算是分析放大器性能的關(guān)鍵[3].根據(jù)模擬電子線路教學和培訓(xùn)的經(jīng)驗，設(shè)計一種最典型的放大電路，晶體管使用2N2222A，輸入信號為2 mV、1 kHz正弦波信號.在使用了示波器觀測輸入輸出波形的同時，在基極、集電極和發(fā)射極設(shè)立數(shù)據(jù)測試點，方便觀察數(shù)據(jù).放大電路如圖1所示，測試點數(shù)據(jù)如圖2所示.

圖1 放大電路圖

圖2 測試點數(shù)據(jù)

根據(jù)模擬電路的知識和晶體管資料顯示，當VCE=10 V時，2N2222A的HFE參數(shù)范圍為35～300.根據(jù)圖2所示的數(shù)據(jù)測試點顯示的數(shù)據(jù)：IC=2.67 mA；IB=12.5 μA，計算此電路的電流放大倍數(shù)β為

將輸入和輸出信號連接到信號發(fā)生器的通道A和通道B，觀察波形(見圖3)，同時計算放大倍數(shù)Au.根據(jù)通道A和B上各自顯示的數(shù)據(jù)，結(jié)合放大倍數(shù)公式，計算得

圖3 輸入/輸出波形圖

實驗數(shù)據(jù)顯示，由2N2222A構(gòu)建的基本放大電路的理論數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)比較擬合.

2.2 在數(shù)字電子線路仿真實驗中應(yīng)用

數(shù)字電子線路實訓(xùn)的目的是要讓學生理解時序以及各個邏輯關(guān)系[4-5].以3線-8線譯碼器74LS138芯片的邏輯功能為例.連接電路圖如圖4所示.

根據(jù)74LS138芯片工作原理：當一個選通端(E3)為高電平，另兩個選通端(E1)和/(E2)為低電平時，可將地址端(A、B、C)的二進制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出.

在仿真電路里面，選用系統(tǒng)自帶的虛擬的Word generater產(chǎn)生一個500 Hz的方波，采用二進制輸入，詳細設(shè)置如圖5所示.

仿真輸入為二進制信號：001，仿真輸出見圖4.指示燈泡X1—X8之間，X2滅，顯示X2連接的Y1輸出為低電平，理論和實際情況符合.

2.3 在高頻電子線路仿真實驗中應(yīng)用

高頻電子線路的電路實驗仿真[6-8]以高頻小信號調(diào)諧放大器為例.采用2N2222A，輸入信號為50 mV、3.28 MHz的正弦波，輸入輸出信號連接oscilloscope和bode plotter.電路連接如圖6所示.

諧振回路器件采用10 kΩ電阻、470 pF電容和10 μH可調(diào)電感構(gòu)成并聯(lián)回路，電感調(diào)為50%.根據(jù)諧振回路中心頻率計算公式

圖4 74LS138功能演示電路圖

圖5 Word generater參數(shù)設(shè)置

代入數(shù)據(jù)得f0=3.289 MHz.根據(jù)理論知識，回路對于3.289 MHz的信號呈現(xiàn)電阻性，即信號能被選擇并放大.輸入、輸出波形由oscilloscope顯示，如圖7所示.

圖6 高頻小信號調(diào)諧放大器電路圖

圖7 輸入、輸出波形圖

由bode plotter顯示的圖8可以清晰地看到，電路對在中心頻率3.289 MHz的放大能力為46.655 dB.由此計算通頻帶

信號的bode圖顯示，電路對在通頻帶內(nèi)的信號的選擇能力很強，對通頻帶外的信號選擇能力較弱.同時bode圖顯示，系統(tǒng)的中心頻率在3.289 MHz，實驗現(xiàn)象與小信號調(diào)諧放大器的理論一致.

3 結(jié)語

Multisim是功能強大的適合多學科且界面友好、開放性強的仿真軟件.將Multisim軟件引入仿真和開發(fā)課程的理論和實驗教學，針對性地開展模擬電路、數(shù)字電路和高頻電路的仿真實踐教學，大大提高了學生的學習興趣，實現(xiàn)了理論和實際現(xiàn)象的緊密聯(lián)系，提高了學生的自學能力，拓寬了學生研究分析的方法.

圖8 電路在中心頻率3.289 MHz的放大能力

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The Application of Multisim in Experimental Teaching of Simulation and Development Course

ZHAO Zhi-qiang1，HAN Peng-fei2

((1.School of Electronic Information Eegineering，Suzhou Vocational University，Suzhou 215104，China;2.Political Department of Guangzhou Military Region of PLA，Guangzhou 510084，China)

In the light of the features of "Snmulation and Development" Course in Chisholm Institute of Australia and the requirements of its teaching and training，this paper puts forward the teaching mode and training process of this course based upon Mulitisim. It is proves that the adoption of Mulitisim in practical teaching makes it possible to watch the functions of cell circuits more vividly and directly，convenient to modify the parameters of circuit components and to observe the working state of circuit in different conditions. The combination of theoretical teaching with Multisim simulation arouses students' interest and increases the eff i ciency of practical teaching.

practical teaching；simulation and development；Multisim

TN702

A

1008-5475(2013)03-0075-04

2013-04-02；

2013-05-03

蘇州市職業(yè)大學青年教師基金資助項目(SZDQ09L03)；蘇州市職業(yè)大學教育教學研究課題(SZDJG-12014)

趙志強(1979-)，男，江蘇蘇州人，講師，碩士，主要從事射頻技術(shù)研究.

(責任編輯：李 華)