Ｍｕｌｔｉｓｉｍ ７在模擬電路實驗教學改革中的應用

摘 要：Multisim 7是一種功能非常強大的電路仿真軟件，運用該軟件的仿真功能，可以實現模擬電路的分析和設計。為了能夠全面地描述Multisim 7仿真軟件，通過具體的實例進行闡述，并利用直流分析和交流分析的方法，分析該電路的靜態工作點、幅頻特性、電壓特性、電流特性等特征參量。通過這些分析結果，證明該仿真軟件對于模擬電路實驗的教學改革可以起到非常積極的作用。與以往處理此類問題不同，這里采用理論和實踐相結合的方法。

關鍵詞：模擬電路實驗;虛擬實驗室;靜態工作點;Multisim 7

中圖分類號：TP391.1 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1600303

Application of Multisim 7 in the Reform of Experimentation Teaching in Analog Electronics

ZHANG Weishan

(Qingyuan Polytechnic College，Qingyuan，511510，China)

Abstract：Multisim 7 is a very mighty emulational software，based on this software，the analysis and device for analog electronics can be realized.In order to demonstrate this software comprehensively，using the embodied instance to explain，and utilize the direct analysis，alternate analysis to analyze the static state point，amplitudefrequency trait，voltage trait，current trait，then testify that it is very important for this software to strengthen the teaching reform of analog electronics.The difference from the other papers lies in that uses the combination of theory and practice.

Keywords：analog electronics experiment;virtual laboratory;static state point;Multisim 7

基于計算機技術的EDA仿真和虛擬儀器技術改變了電子技術實驗的教學觀念、教學理念、教學方法和教學過程。仿真和虛擬實驗作為一種虛擬的實驗過程，在實驗的研究、設計和開發等環節內對真實的實驗過程起到了非常大的促進作用。針對不同的實驗目的，存在著不同的仿真軟件，例如可以支持電路類實驗仿真平臺的EWB/Multisim，Protel DxP，OrCAD等；支持系統設計和仿真的軟件有SystemView，Matlab等；支持虛擬儀器系統設計的是LabVIEW。

《模擬電路技術實驗》是一門實踐性很強的專業技術基礎實驗課程，是對模擬電子技術理論知識的重要補充。在該類實驗中，需要利用所學知識，完成實驗方案、實驗電路圖的設計與組建，所需元件的參數確定以及對應的測量工作。由于電子技術的發展，元器件、儀器的更新和淘汰是非常迅速的，所以單獨依賴實際的儀器來完成這些實驗就顯得非常被動。

本文中介紹了利用Multisim 7進行模擬實驗的方法。

1 Multisim 7 介紹

Multisim 7軟件是由加拿大的Interactive Image Technologies公司在2003年推出的Multisim系列軟件版本，該軟件是對該公司的電子線路仿真軟件EWB（Electronics WorkBench，虛擬電子工作臺）經過多次改進，升級得到。該軟件的主要功能特點有：

（1） 直觀的界面

Multisim 7軟件把電路原理圖的創建、電路的測試分析和仿真結果等內容都集成到一個電路窗口中，整個操作界面就像一個電路實驗平臺，與實踐操作非常相似，能滿足教學上的要求。

（2） 種類繁多的元件和模型

元件庫非常的大，包含了13 000多個元件；元件庫中含有所有的標準器件以及當今最先進的數字集成電路；含有大量的交互元件、指示元件、虛擬元件、額定元件和三維立體元件，可以滿足不同的應用目的；除了Multisim 7軟件自帶的主元件庫外，用戶還可以建立“公司元件庫”，這樣有助于一個團隊的交流使用，Multisim 7還提供了多種向元件庫中添加個人建立的元件模型的方法。

（3） 功能強大的虛擬儀器

主要包括邏輯分析儀、安捷倫儀器、波特圖儀、失真分析儀、頻率計數器、函數信號發生器、數字萬用表、網絡分析儀、頻譜分析儀、瓦特表和字信號發生器等18種虛擬儀器，并且其功能與實際儀表相同，可解決購置這些實際儀器設備所需巨額經費不足問題。

（4） 完善的分析手段

除了所含有的虛擬儀表外，Multisim 7還提供直流工作點分析、交流分析、敏感度分析、3 dB點分析、批處理分析、直流掃描分析、失真分析、傅里葉分析、模型參數掃描分析、蒙特卡羅分析、噪聲分析、噪聲系數分析、溫度掃描分析、傳輸函數分析、用戶自定義分析和最壞情況分析等19種分析手段，這些分析在現實中有可能是無法實現的。

（5） 強大的仿真功能

用Multisim 7不僅可以完成SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 仿真，而且還可以實現RF（射頻）電路的仿真。

2 Multisim 7仿真軟件的應用

用Multisim 7完成仿真實驗的一般步驟是：創建仿真電路圖→確定仿真分析手段→啟動

Mmutisim 7仿真→完成仿真分析。這里以OTL低頻功率放大實驗電路為例來介紹該仿真實驗。

2.1 創建仿真電路圖

首先確定實驗電路；然后打開Mmutisim 7，通過左邊的元件工具欄（Component Toolbar）選擇合適的元器件；通過右邊的儀表工具欄（Instrument Toolbar）選擇合適儀表；然后通過放置(Place)欄，選取連接點并確定其位置；用導線把所選用的元器件、儀器儀表和連接點進行連接；最后根據需要，合理地調整元器件和儀器儀表的位置，最后得到圖1所示的仿真實驗結果。

圖1 OTL低頻功率放大器仿真電路2.2 仿真實驗過程

2.2.1 靜態工作點調試

(1) 將輸入信號為零(ui=0)電源進線中串入直流毫安表，調節電位器RA，用萬用電表測量A點電位，使uA=(1/2)UCC，仿真結果見圖2所示。

圖2 A點電位的仿真結果 圖3 靜態電流的仿真結果

（2） 調整輸出極靜態電流及測試各級靜態工作點

調節電位器RB=0，在輸入端接入f=1 kHz的正弦信號ui。逐漸加大輸入信號的幅值，此時，輸出波形應出現較嚴重的交越失真，如圖4所示；然后緩慢增大RB，當交越失真剛好消失時，停止調節RB。 此時直流毫安表讀數即為輸出級靜態電流。該數值按要求應在5~10 mA左右，如圖3所示。

輸出端電流調好以后，對T1，T2，T3進行直流仿真分析，得到如圖5所示的仿真結果。

圖4 交越失真圖5 靜態工作點分析2.2.2 最大輸出功率Pom和效率η的測試

逐漸增大ui，同時用示波器觀察輸出電壓uo波形，當輸出電壓達到最大不失真輸出時，用萬用電表測出此時負載RL上的電壓Uom，仿真結果見圖6所示。

由此可得： Pom1=U.2omRL=0.145 W

當用瓦特計直接測量時，得到其最大不失真輸出功率為Pom2=0.141 W，兩者非常的接近，從而間接證明該測量過程的準確性。

圖6 負載電阻電壓 圖7 最大不失真輸出功率

在理想的情況下，最大輸出功率Pom=18·U.2CCRL=0.39 W，實際上“OTL低頻功率放大器”電路的額定（不失真）輸出功率為理論上最大輸出功率的（40~60）%（reference），即0.156~0.234 W，仿真結果與理論分析基本相符。

2.2.3 頻率響應的測試

用波特圖示儀測試電路的幅頻特性曲線非常方便，將電路的輸入和輸出部分分別連接至波特圖示儀輸入和輸出端，然后雙擊XBP1波特圖示儀的圖標，設置合理的參數，最后打開電路的仿真開關，最后得到圖8所示幅頻特性曲線。然后用鼠標拖動游標，從指針運數處找到對應增益下降3 dB處的2個頻率值，分別可得其下限頻率為fL=472.638 Hz和上限頻率fH=1.298 MHz。

圖8 電路的輻頻特性雖然Multisim 7軟件在電路的設計和分析過程中，產生了非常積極的作用，但是應該看到該仿真軟件，畢竟是一個虛擬的電子實驗室。該實驗室里的各種虛擬元器件、儀器儀表，與現實存在著的真實的硬件儀器儀表之間存在著很大的區別。有些基本的實驗操作方法，操作技能只能通過實際的操作過程才能學到和領悟到，所以硬件的實驗過程也是不可缺少的。

3 硬件儀器的實驗過程

當采用硬件的儀器儀表來完成同樣的實驗內容時，發現在實驗過程中，存在著諸多的問題，主要表現在以下幾方面：

(1) 線路的連接問題：元器件的放置方向錯誤，例如電容、三極管等；電路中存在著短路與斷路的問題；

(2) 實驗過程中，萬用電表保險絲的損壞情況比較嚴重；

(3) 當采用硬件的儀器儀表來測試電路的頻率特性時，發現該測試的過程是非常困難的，其主要原因在于儀器自身的問題，因為用函數信號發生器來調節其輸出頻率時，發現其幅度也跟隨著發生了變化，這便導致單純通過觀察輸入和輸出波形來分析其頻率特性的方法是錯誤的。

4 結 語

運用Multisim 7軟件進行仿真設計，不僅可以提高模擬實驗教學的質量以及學生們的實驗興趣；同時還能解決傳統實驗教學中存在著的設備緊張、儀器陳舊等問題；同時對于開發學生的學習潛能、拓展設計內容和思維空間有著很大的幫助。但由于虛擬器件存在著虛擬的特點，在真實性方面與實際的硬件儀器儀表存在著比較大的差距，并不能完全替代傳統的實驗手段。所以在實際的模擬實驗教學過程中，只有要把硬件的儀器儀表和Multisim 7仿真軟件結合起來，把現代化手段與傳統實驗有機的結合起來，發揮各自的優勢，才能收到事半功倍的效果。

參 考 文 獻

［1］熊偉，侯傳教，梁青，等.Multisim 7 電路設計及仿真應用［M］.北京:清華大學出版社，2005.

［2］李冬生.EDA仿真與虛擬儀器技術［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［3］焦俊生.EDA技術在數字電子課程教學中的應用\\.現代電子技術，2007，30(10):168169，173.

作者簡介 張偉珊 女，1965年出生，1989年畢業于廣東省廣州師范學院物理系（本科、理學學士）?，F在廣東省清遠職業技術學院任教，副教授。 主要從事物理、電子技術、電力電子技術的教學科研工作。

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