基于Multisim的電子技術實驗教學探索

陳李勝 文毅

電子科技大學中山學院電子信息學院，廣東 中山 528402

基于Multisim的電子技術實驗教學探索

陳李勝 文毅

電子科技大學中山學院電子信息學院，廣東 中山 528402

為了提高電子技術實驗教學質量，克服實驗設備老化等帶來的局限性，加強學生的學習技能和創新能力，論文介紹了Multisim仿真軟件輔助實驗教學的實例設計，提出了將Multisim軟件與傳統實驗教學相結合的教學方式。通過仿真軟件輔助實驗教學，可以提高實驗效率和學習積極性，對于幫助學生加深對理論知識的理解和自主思考問題、解決問題起著非常重要的作用。

Multisim；電子技術實驗；仿真

引言

電子技術實驗包括電路分析實驗、模擬電路實驗及數字電路實驗。隨著電子技術和計算機技術的發展，電子電路也日臻完善，而實驗儀器的更新周期卻越來越短。由于資金等方面原因，學校實驗室不可能總是購買最新的實驗設備。這在一定程度上造成了實驗條件與工程實際的脫節；同時原有實驗設備老化，也造成了實驗數據不準確和實驗結果不理想。因此，如何在現有的實驗條件下，提高實驗效果，并進一步提高整個課程的教學質量，是我們一直在探索和思考的問題。Multisim軟件為我們解決了這個問題。學生可以使用Multisim設計電路原理圖，對電路進行仿真，得到理想的實驗結果，可以加深對理論知識的理解和分析，更好地掌握電子技術知識。在電子技術實驗教學中引入 Multisim 仿真，可以大大提高學生動手能力，提高教學效果。

1 Multisim簡介

Multisim是美國國家儀器有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。利用Multisim進行仿真實驗過程和儀器操作方法與實際電路很相似，但比實際更方便、省時。它還能開設限于實際無法或不便進行的實驗內容，例如觀測開路、短路、漏電和過載等非常情況的影響或后果等。另外，利用 Multisim 提供的電路分析功能來仿真電路，還能加深學生對課程內容的理解，幫助他們掌握常用儀器的使用方法和測量方法，大大提高了學習的興趣，便于提高學生培養分析問題和解決問題的能力。因此功能強大的 Multisim非常適合電子技術實驗教學環節。

在實際學習時，通常學生在短時間內很難把握電路的輸出及各種性能指標。而 Multisim為我們提供了一個很好的實用工具，使我們能夠在教學過程中隨時進行實驗、演示和電路分析。下面從Multisim在電路分析實驗、模擬電路實驗及數字電路實驗三個方面基本實驗的應用實例，分析其在電子技術實驗教學中的作用。

3 Multisim在電子技術實驗教學上的實例設計

3.1 基爾霍夫定律實驗的Multisim實例設計

圖1所示為基爾霍夫定律實驗電路圖。圖中我們可以很直觀地看到電路中的節點滿足KCL；同時對三個電壓表讀數也能得到各個回路滿足KVL。這個實驗的基本實驗內容很容易在實驗箱中實現。但是如果我們要更復雜地調節電路中的各個參數值來驗證不同情況下的KCL和KVL，則使用Multisim更直觀更有效。特別是實驗箱中只能提供確定的電源電壓值，但是在仿真實驗中，我們可以按照自己的實驗設想任意改變電源電壓值。在改變電阻值的時候，仿真電路更加具有無可比擬的優勢，因為我們在調節電阻大小的時候，即使偶爾出現短路等特殊情況，也是可以觀察到實驗結果而不用擔心損壞實驗設備。

圖1 基爾霍夫定律實驗電路圖

3.2 基本共射電路實驗的Multisim實例設計

圖2 基本共射電路實驗電路圖

如圖2所示為基本共射放大電路圖。Q1為三極管，Rb和Rp組成基極偏置電阻，其中Rp作為可調電阻改變三極管的工作狀態。在使用Multisim仿真時，通過鍵盤A鍵調節Rp的阻值來實現三極管靜態工作點的改變。仿真示波器的波形可以分析出三極管的工作狀態。如下圖3所示，逐漸增加電阻Rp的值，從而使三極管放大電路不同的工作狀態。

圖3 基本共射電路工作狀態圖

（圖中紅色為輸入原始信號，藍色為通過放大電路輸出的放大信號。）

根據理論學習可以知道：在現有的實驗室條件下，我們可以改變偏置電阻來實現三極管進入飽和失真、正常放大、截止失真。但通過理論學習我們可以知道三極管靜態工作點相關的因素有：VCC，Rb，Rc和β等。以上這些參數改變時都可以引起靜態工作點的位置變化，從而導致三極管出現截止失真和飽和失真等。使用實驗箱，可以通過電位器改變Rb，Rc的值。但是VCC和β的改變相對比較復雜。如果我們采用Multisim仿真的方式，就可以很直觀地改變各個參數的值，從而實現三極管靜態工作工作點的改變。通過這種仿真方式可以讓學生通過虛擬的示波器觀察到對應波形，從而增強學生對三極管靜態工作點及相關決定參數的理解。

3.3 表決器實驗的Multisim實例設計

圖4 表決器電路圖

根據不同的邏輯表達式，則可能需要不同的元器件。圖4所示為式1所對應的邏輯電路圖。由于實驗室提供的元器件型號和數量有限，因此如果讓每個人都按自己想要的元器件在實驗板上實現自己的實驗設計有一定的難度。通過Multisim就可以輕松實現不同學生的不同實驗電路設計。通過Multisim實現表決器可以改變4人表決器的邏輯表達式，然后根據不同的邏輯表達式畫出不同的仿真電路圖，根據電路圖可以仿真得到結果而不需要依賴實際的電子元器件。這樣給表決器設計的靈活性能給予足夠的支持。

用Multisim仿真的方法，在計算機上虛擬出一個測試儀器先進、元器件品種齊全的電子工作臺，一方面能克服實驗室的條件限制，避免使用中儀器缺失、落后及損壞等不利因素，另一方面又能以驗證性、綜合性、設計性等不同形式的針對性訓練，培養學生的分析、應用、和創新能力。

4 結語

通過上述Multisim的實驗實例設計可以看到：Multisim可以很好地結合理論知識得到理想的實驗結果，同時又可以突破實驗室硬件條件的限制。這對學生加深課堂理論知識的學習和理解有很好的輔助作用。通過教學實踐證明，在電子技術實驗教學中引入仿真軟件的教學方式既增加了學生的學習興趣，又較大地提高教與學的效果。但是我們也要看到Multisim只是一個仿真軟件，它缺乏實際電路元件的動手操作調試環節，它不能完全代替現有的實驗，如何更好地發揮仿真軟件在電子技術實驗教學中的作用，還需要在以后的教學過程中進一步的探索。

[1] 王連英.主編基于Multisim10的電子仿真實驗與設計[M].第1版.北京.北京郵電出版社，2009

[2] 師彥榮，曾偉.Multisim10仿真軟件在數字電子技術實驗教學中的應用[J].電子與封裝，2011;11(5):43～44

陳李勝，碩士，微電子與固體電子學專業。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.129

電子科技大學中山學院《電路分析》課程教學團隊資助，項目編號ZLGC2011JXTD03