使用multisim10仿真軟件提高模擬電路教學(xué)質(zhì)量

柴萬(wàn)東，張立萍

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 引言

模擬電路課程是電子類、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，其傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法是先進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，然后是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，目的是為了培養(yǎng)學(xué)生分析、設(shè)計(jì)模擬電路的能力.而在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生們普遍反映模擬電路課程比較難學(xué)，太抽象，難以理解，如果在進(jìn)行模擬電路理論教學(xué)的同時(shí)，利用Multisim仿真軟件進(jìn)行模擬電路實(shí)驗(yàn)演示,可以合理選擇電路元件，適當(dāng)修改電路參數(shù)，進(jìn)行各種電路仿真，有利于學(xué)生理解理論課程，從而提高了模擬電路的課堂教學(xué)質(zhì)量.

2 Multisim10仿真軟件介紹

Muhisim10仿真軟件是一種用于電路設(shè)計(jì)和仿真的電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件，專門用于電路、模擬電路、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與仿真.Muhisim10軟件功能非常強(qiáng)大，仿真效果形象生動(dòng)，是模擬電路、數(shù)字電路教學(xué)的首選仿真軟件.Muhisim10軟件是由美國(guó)NI公司推出的設(shè)計(jì)、仿真軟件，它的功能特點(diǎn)如下：

1.圖形界面友好、直觀：它的操作界面就好像一個(gè)實(shí)際的電子操作平臺(tái)，可以將電子元器件和測(cè)試儀器直接拖動(dòng)到屏幕上，在元器件之間點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)線連接，完成電路的繪制工作，并進(jìn)行相應(yīng)的仿真.

2.具有豐富的元器件和測(cè)試儀器：Multisim10仿真軟件有16000種元件和21種測(cè)試儀器可供使用.除默認(rèn)儀器外，還允許用戶使用LabVIEW設(shè)計(jì)的儀器儀表，使電路測(cè)量更加簡(jiǎn)單.

3.電路分析和仿真功能強(qiáng)大：Multisim10仿真軟件可以用于模擬電路、數(shù)字電路、模擬/數(shù)字混合電路、射頻電路、單片機(jī)以及VHDL的設(shè)計(jì)仿真.

Multisim10軟件基于Windows操作系統(tǒng)，易于學(xué)生掌握和使用.

3 Multisim10軟件在模擬電路教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 Multisim10軟件的仿真步驟

（1）使用Multisim10器件庫(kù)中提供的原件與虛擬測(cè)試儀器在工作區(qū)中搭建電路；

（2）確定元器件參數(shù)和虛擬測(cè)試儀器的工作模式；

（3）加入輸入信號(hào)，啟動(dòng)Multisim10進(jìn)行仿真；

（4）修改參數(shù)，再次仿真，進(jìn)行比較.

3.2 單管共射放大電路仿真實(shí)驗(yàn)

3.2.1 建立電路原理圖

啟動(dòng)Multisim10后，在工作區(qū)中畫出單管共射放大電路原理圖，如圖1所示.先在元件工具欄（ComponentToolbar）或儀表工具欄（InstrumentToolbar）中選擇合適的器件，點(diǎn)擊鼠標(biāo)將其拖至相應(yīng)位置，用導(dǎo)線將其連接成單管共射放大電路，然后雙擊元器件打開它的特性對(duì)話框，對(duì)器件進(jìn)行標(biāo)識(shí)、賦值，最后仔細(xì)檢查無(wú)誤后保存.

圖1 單管共射放大電路仿真電路圖

3.2.2 靜態(tài)工作點(diǎn)分析

圖2 直流工作點(diǎn)分析選項(xiàng)

分析電路的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，只要將電路中的交流電源設(shè)置為零，也就是設(shè)置函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出波形的幅度為零，同時(shí)接通12V直流電源，調(diào)節(jié)滑線變阻器Rp的阻值，用直流電壓表測(cè)量Ub、Ue、Uc，亦可通過(guò)單擊軟件中菜單欄Simulate/Analyses/DCOperatingPointAnalysis命令，打開DCOperatingPointAnalysis對(duì)話框，在彈出的對(duì)話框output頁(yè)面中分別選中$2、$5、$6節(jié)點(diǎn)，即 Ub、Ue、Uc節(jié)點(diǎn)，如圖 2所示，點(diǎn)擊Simulate按鈕，系統(tǒng)便得到運(yùn)算的結(jié)果，如圖3所示，圖中顯示的是三個(gè)節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓值.

圖3 直流工作點(diǎn)分析結(jié)果圖

從圖3的運(yùn)算結(jié)果可以看到，節(jié)點(diǎn)Ub、Ue、Uc的電壓分別是2.33044V、1.52810V、9.02286V，與理論運(yùn)算的結(jié)果基本一致，由于 Uc>Ub>Ue，并且 Uce=Uc－Ue≈7.49V，Ube=Ub－Ue＞0.7V，即三極管的發(fā)射極正偏、集電極反偏，所以可以判斷出電路處于放大電路的工作狀態(tài).

3.2.3 電壓放大倍數(shù)計(jì)算

將輸入信號(hào)設(shè)置為1000Hz、50mv的正弦波信號(hào)，雙擊接在電路輸入、輸出端的虛擬示波器，打開仿真開關(guān)，觀察示波器上的輸入電壓、輸出電壓波形，如圖4所示.學(xué)生可以從圖中清晰地看出：輸出信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)幅度，且同為正弦波，體現(xiàn)了信號(hào)的放大作用；而且輸出信號(hào)的相位與輸入信號(hào)相反.因此我們又將單管共射極放大電路稱作反相電壓放大器.這樣會(huì)使學(xué)生對(duì)信號(hào)放大電路有一種直觀的印象，不僅幫助學(xué)生加深理解，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.移動(dòng)光標(biāo)讀出輸出信號(hào)、輸入信號(hào)的一組數(shù)據(jù)值，計(jì)算放大倍數(shù)Av=782.440mV/（-49.980mV）=-16.

圖4 輸入電壓、輸出電壓波形

圖5 輸出電壓產(chǎn)生截止失真

3.2.4 觀察輸出波形失真

學(xué)生在學(xué)習(xí)波形失真的內(nèi)容時(shí)，往往沒有直觀的認(rèn)識(shí)，所以總是混淆飽和失真與截止失真，通過(guò)Multisim10仿真軟件中展示出兩種失真波形，學(xué)生就會(huì)對(duì)這部分內(nèi)容記憶深刻.在圖1所示的電路中按“shift”+“A”鍵逐漸增大電阻Rp，電路中積極偏置電阻增大，基極電位下降，靜態(tài)工作向下偏移接近截止區(qū)，會(huì)出現(xiàn)截止失真，當(dāng)Rp增大到300kΩ/40%時(shí)，波形出現(xiàn)了明顯的截止失真；反之，當(dāng)按“shift”+“A”鍵逐漸減小電阻Rp時(shí)，電路中積極偏置電阻減小，基極電位上升，靜態(tài)工作向上偏移接近飽和區(qū)，會(huì)出現(xiàn)飽和失真，當(dāng)Rp減小到300kΩ/5%時(shí)，波形出現(xiàn)了明顯的飽和失真，如圖6所示.

圖6 輸出電壓產(chǎn)生飽和失真

4 總結(jié)

通過(guò)以上實(shí)例可見，在模擬電路課堂教學(xué)中使用Multisim10仿真軟件模擬電路非常方便，仿真結(jié)果直觀、精確，對(duì)模擬電路教學(xué)是一種很好的輔助手段，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足.通過(guò)Multisim10仿真，可以降低學(xué)生對(duì)課程的抽象感，幫助學(xué)生更好地理解、掌握理論知識(shí)，使理論課的教學(xué)更加生動(dòng)有趣，可以更好的吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.學(xué)生在使用Multisim10軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真時(shí)，可以根據(jù)需要適當(dāng)修改電路元件參數(shù)，使電路的工作狀態(tài)達(dá)到最佳，從而使學(xué)生盡快掌握設(shè)計(jì)功能完善的模擬電路的能力.但由于使用Multisim10軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真存在一定的局限性，因?yàn)樘摂M電路與實(shí)際電路、虛擬儀器與實(shí)際儀器之間還存在著一定的差異性，并不能完全代替實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作，所以只有將理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和軟件仿真三者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，才能取得更好的教學(xué)效果.

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