基于Multisim的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

謝云芳　韓麗娟

摘 要 針對(duì)模擬電子技術(shù)理論性、工程型、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，將Multisim仿真融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在理論教學(xué)后和搭建實(shí)際實(shí)驗(yàn)電路前進(jìn)行基于Multisim的設(shè)計(jì)電路和仿真電路的環(huán)節(jié)，從而有助于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和運(yùn)用，提高構(gòu)建實(shí)際電路的成功率。本文以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的混合運(yùn)算實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行分析，結(jié)果顯示加入Multisim仿真環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大大提高了學(xué)生自主設(shè)計(jì)調(diào)試電路的能力，提高了理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞 Multisim 仿真 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

模擬電子技術(shù)是高校工科的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門極具實(shí)踐性的課程。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法存在的一些弊端：（1）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式通常教師先要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講授和演示，但由于班級(jí)授課人數(shù)較多，教師無法保證每個(gè)學(xué)生都能清楚地了解具體的操作步驟。（2）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，并不是每個(gè)人都動(dòng)手操作，動(dòng)手能力得不到鍛煉。（3）傳統(tǒng)模式中學(xué)生往往處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性得不到發(fā)揮，也不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，限制了學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，學(xué)生解決實(shí)際問題的能力也缺乏鍛煉。

Multisim是美國(guó)國(guó)家儀器 （NI） 有限公司推出的基于 Windows平臺(tái)的仿真工具，是模擬、數(shù)字電路等電子電路設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件。它具有圖形界面形象直觀、操作簡(jiǎn)單易學(xué)、電路元件庫(kù)豐富、仿真結(jié)果可靠、有多種強(qiáng)大的電路分析方法等優(yōu)點(diǎn)。因此，本文提出了添加基于Multisim仿真環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，該模式的實(shí)施步驟為：（1）課上教師講解理論知識(shí)，布置與理論知識(shí)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，告知要求完成實(shí)現(xiàn)的基本功能;（2）課下學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、步驟和實(shí)驗(yàn)電路，并應(yīng)用Multisim軟件進(jìn)行仿真，調(diào)試，確定最終設(shè)計(jì)方案、電路和元器件;（3）學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行實(shí)物搭建，調(diào)試，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，達(dá)到任務(wù)要求。（4）課上學(xué)生闡述設(shè)計(jì)理念，展示實(shí)際電路完成的功能，教師點(diǎn)評(píng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。整個(gè)過程中由于學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案和電路，因此會(huì)出現(xiàn)不同樣式的電路設(shè)計(jì)方案，這種基于Multisim仿真的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程有效地提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的積極性與自主性，鍛煉了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、問題反饋能力以及理論知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。

1基于Multisim的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)仿真

本文以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的混合運(yùn)算為例進(jìn)行分析。本實(shí)驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)的功能為：實(shí)現(xiàn)輸出電壓u0和輸入電壓ui1、ui2、ui3之間滿足u0=0.2ui1-10 ui2+1.3 ui3的表達(dá)式。

（1）實(shí)驗(yàn)前基礎(chǔ)：課上教師已經(jīng)講授了反相輸入求和電路和同相輸入求和電路的電路特點(diǎn)、工作原理、輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系式。

（2）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的問題：①實(shí)驗(yàn)原理圖老師直接給出，學(xué)生按圖搭建電路，缺少了自主設(shè)計(jì)電路的機(jī)會(huì)。②對(duì)已受理論知識(shí)理解不深刻，對(duì)實(shí)驗(yàn)電路工作原理不清楚。③遇到類似實(shí)驗(yàn)，舉一反三能力差。

（3）基于Multisim的實(shí)驗(yàn)仿真學(xué)生需要思考的問題：①電路自主設(shè)計(jì)，學(xué)生首先應(yīng)徹底弄懂老師講解的反相輸入求和電路和同相輸入求和電路的特點(diǎn)、輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系式。在此基礎(chǔ)上思考，模擬信號(hào)的混合運(yùn)算應(yīng)該采用哪種電路來實(shí)現(xiàn)？怎樣實(shí)現(xiàn)？②根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選用哪些型號(hào)的元器件？

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過仿真電路學(xué)生總結(jié)出：①根據(jù)同相輸入求和電路參數(shù)不易確定的缺點(diǎn)，此實(shí)驗(yàn)宜選用兩級(jí)反相輸入求和電路來實(shí)現(xiàn)。②首先將ui1和 ui3通過集成運(yùn)放A1進(jìn)行反相求和，然后將輸出結(jié)果u01再與ui2通過運(yùn)放A2進(jìn)行反相求和。③電阻間需選擇合適的參數(shù)使得輸入電壓和輸出電壓之間滿足系數(shù)要求。仿真圖如圖1所示：

2總結(jié)

本文以基于Multisim仿真的模擬信號(hào)混合運(yùn)算實(shí)驗(yàn)為例，驗(yàn)證了加入Multisim仿真環(huán)節(jié)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在檢驗(yàn)學(xué)生理論知識(shí)的理解程度、激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)造力、鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力等方面都發(fā)揮了很大的作用。

基金項(xiàng)目：河北省高等學(xué)校人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目（GH161055），河北農(nóng)業(yè)大學(xué)第十批教學(xué)研究項(xiàng)目（2018YB28），河北農(nóng)業(yè)大學(xué)第九批教學(xué)研究項(xiàng)目（2015YB20），保定市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展指導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目（18ZG008）。

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