Multisim仿真軟件在理論教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：Multisim仿真軟件在各類高校及技工院校電信類專業(yè)電子電路的仿真和設(shè)計(jì)中得到了較廣泛的應(yīng)用。根據(jù)電子類理論課程特點(diǎn)及仿真軟件本身所具有的強(qiáng)大功能優(yōu)勢，本文簡單介紹了Multisim仿真軟件在技工院校電子類理論教學(xué)中進(jìn)行輔助教學(xué)的必要性和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Multisim仿真軟件 理論教學(xué) 輔助教學(xué)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會(huì)對技工院校學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力要求越來越高。電子類課程因其應(yīng)用廣泛，在技工院校及成人教學(xué)中越來越受到重視。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)已廣泛應(yīng)用到電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，包括電路原理圖生成、邏輯模擬、電路分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、最壞情況分析、印刷板設(shè)計(jì)等。

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的軟件種類很多，常用的電路、模擬和數(shù)字電路混合仿真軟件有Multisim、Protel、PSpice等。其中Multisim仿真軟件將虛擬儀器的概念引入到仿真軟件中，使軟件的使用環(huán)境如在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)一樣，所以又有虛擬電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)（EWB）之稱，是現(xiàn)在教育界廣泛使用的仿真軟件。本文討論了Multisim仿真軟件在技工院校電子類理論教學(xué)中應(yīng)用的必要性和其應(yīng)用。

1 仿真軟件在電子類理論教學(xué)中應(yīng)用的必要性

技校學(xué)習(xí)是學(xué)生走上工作崗位前目的性較強(qiáng)的一種學(xué)習(xí)方式。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更具有目的性，更注重于技術(shù)的掌握與實(shí)際的操作。是既有在教師指導(dǎo)下有計(jì)劃、有組織的系統(tǒng)地掌握科學(xué)知識(shí)技能、拓展能力的過程，又有基于將來的職業(yè)任務(wù)需要，自我教育、自我提高、自我實(shí)踐，以期獲取知識(shí)經(jīng)驗(yàn)以有助于今后工作的過程。

對于高職學(xué)校，電子類課程不但要求學(xué)生掌握電路的基本原理與計(jì)算方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)員對電路的分析、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過程中是必不可缺且學(xué)生能夠積極參與的一部分。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)或相應(yīng)的實(shí)習(xí)活動(dòng)驗(yàn)證課堂中理論知識(shí)的正確性，鍛煉學(xué)員的動(dòng)手能力，同時(shí)也可開發(fā)實(shí)驗(yàn)者的科學(xué)研究興趣和創(chuàng)造精神。但對于理論教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并不濃厚。理論課程具有理論性強(qiáng)，難理解，信息量大等特點(diǎn)，使得很多學(xué)生對該類課程提不起興趣或?qū)W完之后仍是云里霧里，致使其停留在只知道一些零散的符號(hào)和算式的階段，對電路缺乏直觀的認(rèn)識(shí)，更構(gòu)建不出該學(xué)科的理論體系。可見，在這種情況下傳統(tǒng)的教學(xué)模式不但不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力反而會(huì)制約學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，采用什么樣的教學(xué)方法和模式，最大限度的提高單位學(xué)時(shí)的講授深度和廣度，培養(yǎng)學(xué)生的興趣，提高教學(xué)質(zhì)量并有力的為學(xué)生將來的就業(yè)提供最大的幫助成為迫在眉睫的問題。

由于虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，通過計(jì)算機(jī)來構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。與此同時(shí)它給課堂教學(xué)帶來了深刻的變革。如果能用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電子線路的模擬仿真和演示，無疑將給老師和學(xué)生帶來極大的方便。可見，改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真軟件與電子線路結(jié)合起來，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，用Multisim軟件仿真無疑是可行的。利用Multisim豐富的元件庫和類型齊全的測試儀器，在課堂中通過軟件設(shè)計(jì)電路，在屏幕上模擬其功能，可使概念清晰化，原理形象化，內(nèi)容生動(dòng)化。學(xué)生通過電路仿真可以加強(qiáng)對常用電子儀器使用方法的記憶，這對進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合分析能力和自主創(chuàng)新能力有重要意義。

Multisim仿真軟件提供較齊全的虛擬儀器虛擬元器件，除了一般的常用實(shí)驗(yàn)儀器，還有不常用或沒有的實(shí)驗(yàn)儀器，如邏輯轉(zhuǎn)換器、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等，同時(shí)提供了較簡單得連線方式和多種分析方法。利用仿真軟件對理論教學(xué)進(jìn)行輔助，使學(xué)生能夠在理論計(jì)算、認(rèn)識(shí)符號(hào)基礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)器件，把一些較難理解的理論問題轉(zhuǎn)化成學(xué)生容易接受的波形圖，實(shí)際電路分析。因此合理的應(yīng)用仿真軟件應(yīng)用于理論教學(xué)中輔助理論教學(xué)將是電子類理論教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。

2 Multisim仿真軟件電工理論教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 Multisim仿真軟件在電子類理論教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢

技校學(xué)生理論基礎(chǔ)不同，將來就業(yè)背景與應(yīng)用方向不同，因此要求軟件本身應(yīng)易學(xué)易用。Multisim仿真軟件界面友好，操作靈活簡單。同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)生可以直接下載Multisim仿真軟件。學(xué)生在理論課堂中通過老師的介紹就可掌握其簡單的使用方法，接受起來十分容易。學(xué)生只需將相應(yīng)的儀器儀表拖到電路圖設(shè)計(jì)窗口，再利用系統(tǒng)自動(dòng)連線或手工連線的功能就完成了電路的連接，并能從虛擬儀器儀表上觀察到各種仿真波形及參數(shù)，非常直觀方便。

Multisim仿真軟件虛擬元器件及儀器儀表外形與實(shí)物非常接近，學(xué)生在虛擬環(huán)境下做實(shí)驗(yàn)就好像在實(shí)驗(yàn)室搭接電路一樣。Multisim仿真軟件提供了存放元器件的元件庫和存放測試儀表的儀器庫，有進(jìn)行仿真分析的各種操作指令。元器件有現(xiàn)實(shí)的（市場可買到的）和虛擬的（理想的）之分，同時(shí)允許用戶自定義元件屬性，為用戶提供元件模型的擴(kuò)充和支持。因此，在理論教學(xué)后，學(xué)生可通過自己的驗(yàn)證，加深對理論知識(shí)的理解。

2.2 Multisim仿真軟件在電工理論教學(xué)中的舉例應(yīng)用

利用Multisim豐富的元件庫和類型齊全的測試儀器，在課堂中通過軟件設(shè)計(jì)電路，在屏幕上模擬其功能，可使概念清晰化，原理形象化，內(nèi)容生動(dòng)化。學(xué)生通過電路仿真可以加強(qiáng)對所學(xué)內(nèi)容的理解與記憶同時(shí)對常用電子儀器使用方法熟悉，這對進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合分析能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有重要意義

本文利用Multisim仿真軟件對555構(gòu)成多諧振蕩器電路進(jìn)行仿真，探討仿真軟件在電子類理論教學(xué)中的應(yīng)用。

555定時(shí)器的應(yīng)用電路在現(xiàn)實(shí)生活中是很常見的，但是在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中只是教師在課堂中反復(fù)地講解其原理，然后對各種應(yīng)用電路的特性參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算，最后把應(yīng)得到的波形在黑板上畫出。這種教學(xué)手段使學(xué)生停留在只知道某個(gè)器件的名稱和算式的階段，對于其具體的應(yīng)用所知甚少，認(rèn)識(shí)膚淺[1]。將Multisim輔助課堂教學(xué)，這些問題會(huì)在一定程度上得到解決。

2.2.1 編輯原理圖

首先在Multisim中創(chuàng)建電路，啟動(dòng)Multisim在元件庫中選用555定時(shí)器、電阻、直流電源、地線、電容，從虛擬儀器欄中取出示波器，連線，所創(chuàng)建電路如圖1所示。

2.2.2 波形顯示

通過示波器觀察電容C2在VCC/3和2VCC/3之間的充放電波形，如圖2所示。移動(dòng)示波器游標(biāo)的位置讀出其數(shù)值，可測得充電時(shí)間tw1=11.179-9.778=1.401ms，放電時(shí)間tw2=11.933-11.179=0.75ms

2.2.3 改變阻容值后的波形圖

改變參數(shù)的值，會(huì)得到不同的充放電時(shí)間和占空比，如將電阻改為tw2=11.933-11.179=0.75ms，電容值改為tw1=11.179-9.778=1.401ms則所得到的仿真波形如圖3所示：

2.2.4 理論計(jì)算

a電容的充電時(shí)間tw1：充電時(shí)時(shí)間常數(shù)τ=(R1+R2)C2，起始值Uc(0+)=VCC/3，終值Uc(∞)=VCC，轉(zhuǎn)換值Uc(tw1)=2VCC/3，代入RC過渡過程計(jì)算公式

；

b電容的放電時(shí)間tw2=0.7×R2×C2=0.7ms；

c電路的振蕩周期T=tw1+tw2=2.1ms；

d占空比q=tw1/T=2/3；可以看出仿真結(jié)果和理論計(jì)算值基本相同。

3 結(jié)論

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、Internet技術(shù)以多媒體教學(xué)手段的普及，將仿真軟件應(yīng)用于理論教學(xué)中具有很強(qiáng)的可行性。通過仿真軟件輔助理論教學(xué)，利用動(dòng)態(tài)的波形直觀地闡釋了理論計(jì)算所要得到的結(jié)論；只需改變某個(gè)元件的值再進(jìn)行仿真，通過波形的變化就能比較出參數(shù)改變對電路的影響；能同時(shí)實(shí)時(shí)地顯示各個(gè)元件的波形，使學(xué)生理解起來更加容易。

任何事物都是有兩面的，仿真軟件本身也存在局限性。過渡的依賴于仿真軟件會(huì)減弱對學(xué)生對儀器的真實(shí)感受，限制學(xué)生綜合能力的發(fā)展。即使仿真軟件有再多的優(yōu)點(diǎn)也是無法真正代替實(shí)際操作的，它只是輔助教學(xué)的一種手段。因此，在具體的教學(xué)中，要從具體情況出發(fā)，適時(shí)地選用仿真軟件。

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