基于Multisim的電子技術(shù)課程虛擬實驗環(huán)境創(chuàng)設(shè)

摘 要：為了達到解決電子技術(shù)課堂教學(xué)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(huán)境。通過運行仿真，描述利用此環(huán)境開展教學(xué)的過程，探討電子技術(shù)虛擬實驗環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，得到在此環(huán)境下開展理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)，可以解決課堂教學(xué)存在問題，提高教學(xué)效果的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：Multisim; 虛擬實驗環(huán)境; 電子技術(shù); 教學(xué); 仿真

中圖分類號：TN702-34 文獻標(biāo)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(shù)課程實踐性強，必須用大量的實驗來輔助和加深理論學(xué)習(xí)，但受到實驗學(xué)時分配和實驗室資源配置的限制，教學(xué)過程中存在理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)的問題，課堂教學(xué)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(xué)中創(chuàng)設(shè)虛擬實驗環(huán)境，并在此環(huán)境下采用理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式開展教學(xué)，以解決傳統(tǒng)教學(xué)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(chǔ)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(shè)計。

Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，設(shè)計者無需深入了解SPICE技術(shù)就可進行仿真、分析和設(shè)計。Multisim的重要特征包括：通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境， 輕松設(shè)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(shè)計特征；通過一個工具鏈， 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試；通過改進、整合設(shè)計流程，減少建模錯誤并縮短建模時間。

Multisim經(jīng)過多個版本的發(fā)展，目前普遍使用Multisim 10。Multisim與Labview完美結(jié)合，用戶可以根據(jù)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(xiàn)出來，解決理論教學(xué)與實驗相脫節(jié)的問題［2］。

2 電子技術(shù)虛擬實驗環(huán)境創(chuàng)設(shè)

電子技術(shù)課程理論系統(tǒng)性強，概念抽象，對學(xué)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(nèi)容進行實驗仿真，創(chuàng)設(shè)虛擬實驗環(huán)境，開展以模擬、仿真實驗為基礎(chǔ)的計算機輔助課堂教學(xué)，通過實驗驗證理論和“實驗結(jié)果”的反復(fù)重現(xiàn)，增強抽象概念的直觀性，加強學(xué)生的認知、理解和記憶強化；通過學(xué)生參與實驗過程，增強課堂的互動性和趣味性，達到培養(yǎng)能力，提高教學(xué)效果的目的。

模擬電子技術(shù)課程可創(chuàng)設(shè)的虛擬實驗環(huán)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(lián)穩(wěn)壓電路。

數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中可以創(chuàng)設(shè)：集成門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、555定時器及其應(yīng)用、D/A及A/D轉(zhuǎn)換器［3-5］。

3 應(yīng)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(shù)的虛擬實驗環(huán)境的創(chuàng)設(shè)。

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

根據(jù)教學(xué)需求，創(chuàng)設(shè)實驗環(huán)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(tài)測試電路。設(shè)置實驗所需的信號發(fā)生器、電流表和示波器，調(diào)整好測試參數(shù)。

課堂教學(xué)中，借助創(chuàng)設(shè)的實驗環(huán)境，運行電路仿真，可以開展如下的實驗演示教學(xué)。

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

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

在圖1電路中，信號發(fā)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(jié)果，如圖3所示，使學(xué)生加深對共射放大電路放大情況，輸出與輸入相位關(guān)系的理解與認識［9-10］。

在圖1電路中，調(diào)節(jié)負載電阻RL，觀察負載對放大倍數(shù)的影響，加深理解。調(diào)節(jié)R1，改變靜態(tài)工作點位置，使波形發(fā)生失真，讓學(xué)生直觀形象地了解放大器的

非線性失真的情況。

4 結(jié) 論

單級阻容耦合共射放大電路是模擬電子技術(shù)課程講授的第一個電路，正確理解并牢固建立靜態(tài)工作點、放大倍數(shù)、波形失真等有關(guān)概念，掌握這些概念之間以及它們與電路參數(shù)之間的關(guān)系，對整個課程的學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的。學(xué)生對動態(tài)放大、波形失真與靜態(tài)工作點關(guān)系的理解，既是教學(xué)的重點，又是教學(xué)的難點。在本例的教學(xué)活動中，通過創(chuàng)設(shè)的實驗環(huán)境仿真分析電路，測試電路參數(shù)和觀察波形，并通過反復(fù)的演示和觀察，開展充分的互動教學(xué)，就可達到消除學(xué)生的認知誤區(qū)，深化對上述概念的理解和掌握，取得良好的教學(xué)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(xué)出版社，2006.

［3］侯建軍.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗、綜合設(shè)計實驗與課程設(shè)計［M］.北京：高等教育出版社，2007.

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

［5］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.5版.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

［6］華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［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(shè)計［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.

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

［9］王全宇.示波器掃描與觸發(fā)方式的選擇［J］.大學(xué)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(yè)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(shù)、電路與系統(tǒng)設(shè)計自動化教學(xué)與研究工作。