Ｍｕｌｔｉｓｉｍ２００３在高中電學類課程實驗教學中的應用

　　實驗教學重在引導學生探索創新，它是理論教學的補充、擴展和深化，是一個至關重要的環節。長期以來，高中電學類課程實驗教學方式上存在問題，基本采取“保姆式”的辦法，在固定時間內讓學生根據實驗指導書要求，在教師的指導下按照統一的辦法、既定的儀器條件進行操作，完成實驗報告。近年來，筆者嘗試在高中勞動技術課《電子技術》和物理電學類課程實驗教學中應用Multisim2003進行教學，使每位學生都能親自動手接觸電路，邊連線、邊測試、邊分析，并與理論計算結果進行對照，極大調動了學生學習的積極性和創造性，提高了學生發現、分析和解決問題的能力，取得了良好的教學效果。
　　
　　一、認識Multisim2003
　　
　　Multisim2003是加拿大Interactive Image Technologies公司EWB軟件的最新版本，是專門用于電子線路仿真和設計的工具軟件，在加拿大和美國，已有85%的大學及中學把Multisim2003當做電子學課程教學和實驗的輔助手段，在國內也得到很好的推廣和使用。軟件界面如圖1所示。
　　
　　Multisim2003將原理圖的創建、電路的測試分析和結果的圖表顯示等全部集成到同一個電路窗口中，整個操作界面就像一個實驗工作臺，易學易用。其巨大的元件數據庫、強大的虛擬儀器功能、電路原理圖編輯功能、完整的模擬/數字混合仿真和強大的分析功能能與一般的電子實驗室相媲美。
　　
　　二、實驗教學中應用Multisim2003的方法和實例
　　
　　1．實驗教學中應用Multisim2003的方法
　　在實驗教學前，用Multisim2003進行仿真實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果，且各元器件選擇范圍廣，參數修改方便，不會像實際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件及印刷電路板，使電路調試變得快捷方便。圖2是用Multisim2003軟件仿真電路的教學進程，根據所學電路的原理圖，用Multisim2003繪制電路原理圖，然后使用它提供的許多虛擬儀器對電路進行仿真分析，也可使用Multisim2003的分析菜單中的命令對電路進行更全面詳盡的分析。
　　
　　2．實驗教學中應用Multisim2003的內容
　　以二極管特性測試電路為例，簡略介紹Multisim仿真過程。
　　（1）工作原理
　　圖3為二極管特性測試電路。當輸入電壓大于0.7V時，二極管開始逐漸導通，電阻兩端電壓隨輸入電壓的增大而增大；當輸入電壓小于0.7V時，二極管處于截止狀態，電路中沒有電流通過，輸出電壓為0；當輸入電壓小于0并小到一定程度時，二極管反向擊穿，這時輸出電阻上的電壓隨輸入電壓的增大而增大。這個工作在Multisim2003環境下能輕而易舉地實現。
　　（2）編輯電路原理圖
　　①建立電路文件
　　若從啟動Multisim2003系統開始，則在Multisim2003基本界面上總會自動打開一個空白的電路文件，系統自動命名為Circuit1，可以在保存電路文件時再重新命名。
　　②設計電路界面
　　Multisim2003的電路界面就像實際電路實驗的工作臺面，在針對某個具體文件時我們應當考慮設計一個富有個性的電路界面，這可以通過菜單View的各個命令，或Options/Preferences對話框中的若干個選項來實現。如元件箱設置，在Preferences對話框的Component Bin選項卡中選Symbol standard區內的DIN項。Multisim共提供了兩種元件符號標準，其中ANSI是美國標準（），DIN是歐洲標準（），DIN與我國現行的標準非常相近，正常選它。
　　③元件的放置和調整
　　第一步：元件的選取。首先單擊元件工具欄相應的按鈕，然后在彈出的對應元件類元件箱中選擇相應的器件。圖4所示為1Ω(1.0ohm)的電阻選擇的過程。
　　
　　
　　第二步：元件的放置。在進行了上面的選擇后，鼠標指針上加了元件符號的形狀與光標一起移動，當移動到希望放置元件的地方單擊鼠標，元件就放在相應的位置，如圖5所示。
　　
　　第三步：元件的調整。位置的調整如元件的旋轉、移動、刪除等，可通過在需要操作的元件上單擊鼠標右鍵，選擇快捷菜單上相應的命令完成或者用Edit編輯菜單完成。如虛擬元件參數的調整，只需用鼠標雙擊需要修改參數的元件，在彈出的對話框中直接改其參數即可。真實元件參數的調整，在真實元件上雙擊鼠標后，在彈出的對話框中，選擇“Replace”（更換）和“Edit Model”（編輯模型）來進行修改。
　　④連接線路
　　將鼠標指向第一個元件的引腳，鼠標指針呈十字形，單擊鼠標左鍵，導線隨鼠標移動而移動，當連線需要拐彎時，單擊鼠標左鍵，到達第二個元件對應引腳時單擊鼠標左鍵，導線就連接好了。
　　（3）仿真過程
　　將圖3所示輸入直流電壓源改為交流電壓源，并在二極管兩端添加一個示波器，如圖6所示。雙擊電路窗口中的示波器圖標，即可開啟示波器面板。啟動電路窗口右上角的電路仿真開關，示波器屏幕上將產生輸入輸出兩個波形。為了看到清晰的波形，需適當調節示波器界面上的時基和A、B通道中的Scale值，用示波器觀察輸入和輸出的波形（圖7）。
　　
　　
　　按照下表中的要求調整圖3輸入電壓V1，測量電路中電阻兩端的電壓和電路的工作電流，添加一數字式萬用表與電阻并聯，再添加一數字式萬用表串聯在電路中，分別雙擊電路窗口中兩個數字式萬用表圖標。啟動電路窗口右上角的電路仿真開關，記錄測量結果如下。
　　
　　
　　（4）實驗數據分析及總結
　　從圖7所示的二極管單向導電的波形可以看出，當一個正弦波加在電路中時，正半周導通，負半周截止。這種電路廣泛使用在交流電壓轉換為直流電壓的場合，如直流穩壓電源。
　　從仿真過程的測量數據可以觀察到二極管正向且電壓大于0.6V時，二極管開始導通，且電流隨電壓的增大而增大；當二極管反向工作時，電壓較小時沒有電流通過，當電壓大到一定的程度時，二極管開始有電流流過，這時的電壓為二極管的反向擊穿電壓，從表1中測試數據可以看出圖3所示電路中的二極管IN4001的反向擊穿電壓為53V左右。
　　從以上這個例子的仿真設計過程可以看出，在Multisim的環境下進行電路的仿真實驗，不僅與在現實環境下做的實驗設計有許多相同的地方，而且更方便快捷，其仿真結果是對實際電路設計一種很好的參考。
　　
　　三、實驗教學中應用Multisim2003的優點
　　
　　1.有利于培養學生的學習興趣。用Multisim2003進行仿真實驗，直觀性、可操作性、趣味性強，極大地調動學生學習的積極性、主動性，從“要我學”變為“我要學”。
　　2.有利于不同層次的學生發揮各自優勢。Multisim 2003為學生提供了一個實驗器具完備的綜合性電子技術實驗室，實驗不消耗器材、所需器材種類和數量不受限制，學生就能更大膽地去嘗試、去實驗，這樣差的學生“吃得了”，好的學生也“吃得飽”。
　　3.有利于加強素質教育。傳統的電學類課程教學方式單一，場地是教室和實驗室兩處交叉進行，現在場地是教室、機房和實驗室三處交叉進行，豐富了課堂教學，Multisim2003形象、直觀、高效、方便的優點，強大的電路繪圖和仿真分析功能，為學生自主探究能力的培養提供了完備的條件。
　　
　　參考文獻
　　[1]鄭步生，吳渭. Multisim2001電路設計及仿真入門與應用[M].北京：電子工業出版社，2003.
　　[2]陳松，金鴻.電子設計自動化技術[M].江蘇：東南大學出版社，2003.
　　[3]江蘇省中小學教研室.電子技術[M].江蘇：江蘇省教育出版社，2005.
　　（作者單位：江蘇江都中學）