基于Multisim的電子技術課程虛擬實驗環境創設

摘 要：為了達到解決電子技術課堂教學脫離實踐問題的目的，采用EDA工具Multisim仿真的方法，以單級阻容耦合共射放大電路為例，搭建仿真電路，建立虛擬實驗環境。通過運行仿真，描述利用此環境開展教學的過程，探討電子技術虛擬實驗環境的創設，得到在此環境下開展理論與實踐相結合的教學，可以解決課堂教學存在問題，提高教學效果的結論。

關鍵詞：Multisim; 虛擬實驗環境; 電子技術; 教學; 仿真

中圖分類號：TN702-34 文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)17-0188-02

Establishment of Virtual Experimental Environment Based on

Multisim for Electronics Curriculum

WANG Quan-yu

(School of Electronics and Information Engineering， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou 730070， China)

Abstract： The EDA simulation tool Multisim is introduced to solve the problem that the curriculum teaching is apart from practice. On the basis， taking a RC coupled single stage common emitter amplifier circuit as an example， circuit is built and virtual experimental environment is created. By running the simulation， the teaching process under this environment is described， and the establishment of virtual experimental environment for electronics curriculum is discussed. Through the teaching activities which combining electronics theory and practice under the environment， problems existed in traditional classroom teaching are solved and the teaching effect is improved.

Keywords： Multisim; virtual experimental environment; electronics; teaching; simulation

電子技術課程實踐性強，必須用大量的實驗來輔助和加深理論學習，但受到實驗學時分配和實驗室資源配置的限制，教學過程中存在理論教學與實踐教學脫節的問題，課堂教學的效果不好，效率不高。

利用EDA仿真工具Multisim，搭建實驗仿真電路，在課堂教學中創設虛擬實驗環境，并在此環境下采用理論與實踐相結合的教學模式開展教學，以解決傳統教學模式下存在的問題［1］。

1 Multisim簡介

Multisim是最新EDA工具之一，是以Windows為基礎的仿真工具，包含原理圖和硬件描述語言輸入工具，具有豐富的仿真分析能力，用于板級的電子電路設計。

Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，設計者無需深入了解SPICE技術就可進行仿真、分析和設計。Multisim的重要特征包括：通過直觀的電路圖捕捉環境， 輕松設計電路；通過交互式SPICE仿真， 迅速了解電路行為；借助高級電路分析， 理解基本設計特征；通過一個工具鏈， 無縫地集成電路設計和虛擬測試；通過改進、整合設計流程，減少建模錯誤并縮短建模時間。

Multisim經過多個版本的發展，目前普遍使用Multisim 10。Multisim與Labview完美結合，用戶可以根據需求制造出屬于自己的儀器，教育工作者可以方便地把理論知識用計算機仿真真實的再現出來，解決理論教學與實驗相脫節的問題［2］。

2 電子技術虛擬實驗環境創設

電子技術課程理論系統性強，概念抽象，對學生實踐能力要求高。利用EDA工具，選擇課程中的重點和難點內容進行實驗仿真，創設虛擬實驗環境，開展以模擬、仿真實驗為基礎的計算機輔助課堂教學，通過實驗驗證理論和“實驗結果”的反復重現，增強抽象概念的直觀性，加強學生的認知、理解和記憶強化；通過學生參與實驗過程，增強課堂的互動性和趣味性，達到培養能力，提高教學效果的目的。

模擬電子技術課程可創設的虛擬實驗環境有：阻容耦合放大電路、差分放大電路、兩級阻容耦合放大電路、負反饋放大電路、電壓比較器、互補功率放大電路、正弦波振蕩電路、和整流-濾波-串聯穩壓電路。

數字電子技術課程教學中可以創設：集成門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、555定時器及其應用、D/A及A/D轉換器［3-5］。

3 應用舉例

本文以單級阻容耦合共射放大電路為例，介紹基于Multisim技術的虛擬實驗環境的創設。

通過阻容耦合放大電路實驗環境，可以開展工作在放大狀態下三極管電流分配關系，靜態工作點與三極管飽和、放大、截止三個狀態之間的關系，工作點與溫度的關系，元件參數對放大倍數、輸入電阻和輸出電阻的影響等實驗演示教學。

根據教學需求，創設實驗環境，在Multisim上搭建測試電路，圖1為單級阻容耦合共射放大電路，圖2為靜態測試電路。設置實驗所需的信號發生器、電流表和示波器，調整好測試參數。

課堂教學中，借助創設的實驗環境，運行電路仿真，可以開展如下的實驗演示教學。

在圖2電路中，接通直流電源，觀察三極管的工作狀態，加深學生對靜態工作狀態的理解，消除在靜態，即沒有變化信號輸入時，三極管沒有工作電流的認識誤區。

在圖2電路中，改變電路元件R1，R2和V2的參數，觀察靜態工作點Q的變化，加強學生對電路參數決定靜態工作點位置的掌握［6-8］。

在圖1電路中，信號發生器輸入變化信號，通過雙通道示波器觀察實際電路波形輸出結果，如圖3所示，使學生加深對共射放大電路放大情況，輸出與輸入相位關系的理解與認識［9-10］。

在圖1電路中，調節負載電阻RL，觀察負載對放大倍數的影響，加深理解。調節R1，改變靜態工作點位置，使波形發生失真，讓學生直觀形象地了解放大器的

非線性失真的情況。

4 結 論

單級阻容耦合共射放大電路是模擬電子技術課程講授的第一個電路，正確理解并牢固建立靜態工作點、放大倍數、波形失真等有關概念，掌握這些概念之間以及它們與電路參數之間的關系，對整個課程的學習是至關重要的。學生對動態放大、波形失真與靜態工作點關系的理解，既是教學的重點，又是教學的難點。在本例的教學活動中，通過創設的實驗環境仿真分析電路，測試電路參數和觀察波形，并通過反復的演示和觀察，開展充分的互動教學，就可達到消除學生的認知誤區，深化對上述概念的理解和掌握，取得良好的教學效果。

參 考 文 獻

［1］路而紅.虛擬電子實驗室［M］.北京：人民郵電出版社，2005.

［2］常華，袁鋼，常敏嘉.仿真軟件教程：Multisim和Matlab［M］.北京：清華大學出版社，2006.

［3］侯建軍.電子技術基礎實驗、綜合設計實驗與課程設計［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［4］康華光.電子技術基礎(模擬部分)［M］.5版.北京：高等教育出版社，2006.

［5］閻石.數字電子技術基礎［M］.5版.北京：清華大學出版社，2006.

［6］華成英，童詩白.模擬電子技術基礎［M］.4版.北京：高等教育出版社，2006.

［7］解月珍，謝沅清.電子電路計算機輔助分析與設計［M］.北京：北京郵電大學出版社，2001.

［8］王全宇.環形移位計數器在彩燈控制電路中的應用［J］.電子科技，2010(1):62-64.

［9］王全宇.示波器掃描與觸發方式的選擇［J］.大學物理實驗，2010，23(3):20-22.

［10］陳尚松，郭慶，雷加.電子測量與儀器［M］.北京：電子工業出版社，2009.

作者簡介：

王全宇 女，1967年出生，山東人，碩士，副教授。主要從事電子技術、電路與系統設計自動化教學與研究工作。