淺談Multisim10 在模擬電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

◆李 琪 楊 欣

(安陽(yáng)工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院)

模擬電子技術(shù)是一門在電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是高等院校電類各專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，而且隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速普及，它也不斷成為幾乎所有理工科本科生的必修課程。模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課是通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段培養(yǎng)學(xué)生在模擬電子電路方面正確使用電子儀器、設(shè)計(jì)及調(diào)試電路等方面的實(shí)踐能力。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)所和時(shí)間限制，同時(shí)還存在著實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、實(shí)驗(yàn)效率低等問(wèn)題，所以計(jì)算機(jī)的輔助分析及仿真技術(shù)在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

一、Multisim10 的特點(diǎn)

Multisim10 是美國(guó)NI(National Instruments)公司推出的以Windows 為基礎(chǔ)的仿真軟件，目前在電子技術(shù)領(lǐng)域中使用最廣。Multisim10 用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件。

1.圖形工作界面友好、易學(xué)、易用、操作方便

采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路，在計(jì)算機(jī)屏幕上模擬仿真實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測(cè)試儀器均可直接從屏幕上選取。

2.具有豐富的元器件庫(kù)和虛擬儀器庫(kù)

元器件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫(kù)，方便在工程設(shè)計(jì)中使用;虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源;而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒(méi)有的儀器，如波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。

3.擁有強(qiáng)大的電路分析功能

Multisim10 提供了十多種檢測(cè)電路特性的分析方法。如直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、失真分析、直流掃描分析、溫度掃描分析、射頻分析等。

4.設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行

可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測(cè)試儀器儀表齊全，可方便地對(duì)電路設(shè)計(jì)和仿真，并及時(shí)修改和調(diào)試。

二、Multisim10 在模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，可以通過(guò)Multisim10 實(shí)現(xiàn)電路的仿真和分析。整個(gè)仿真過(guò)程包括:首先通過(guò)仿真軟件搭建電路，由于模擬電路信號(hào)是交直流信號(hào)并存，所以分析時(shí)還需要通過(guò)仿真軟件進(jìn)行靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析。下面我們以單管共射放大電路為例，介紹如何利用Multisim10 完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的仿真和分析。

1.建立仿真電路

在Multisim10 電路窗口中建立如圖1 所示的晶體管共射極單管放大器仿真電路。晶體管共發(fā)射極放大電路屬于音頻放大電路，或者叫做低頻放大電路，這種電路的頻率特性是對(duì)于50～20000HZ 之間的頻率信號(hào)有正常的放大作用。在這個(gè)頻帶以外的頻率不能正常放大。1KHZ 是音頻的中間頻率，用這個(gè)頻率的信號(hào)既代表了信號(hào)的主要特點(diǎn)又能使放大器工作在正常范圍。信號(hào)大小的選擇:在幾十毫伏到100 毫伏之間。設(shè)置信號(hào)源幅值為14.14mV，頻率為1kHz 的正弦波信號(hào)。

2.靜態(tài)分析

當(dāng)輸入信號(hào)Ui=0 時(shí)，確定靜態(tài)工作點(diǎn)，確定電路中有關(guān)的直流電流、電壓值。

Multisim10 軟件為用戶提供多種虛擬儀表，如數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器等。利用虛擬儀器可以測(cè)量放大電路中靜態(tài)電流及三級(jí)管的極間電壓值。

設(shè)置信號(hào)源輸出為0V，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，萬(wàn)用表“XMMl”及“XMM2”分別測(cè)量三級(jí)管基極電流和集電極電流，萬(wàn)用表“XMM3”測(cè)量三極管的管壓降，如圖2。讀出測(cè)量值并確定靜態(tài)工作點(diǎn):IBQ=40.19UA，ICQ=2.007MA，UCEQ=5.979V。

三、動(dòng)態(tài)分析

動(dòng)態(tài)分析是在放大電路的輸入信號(hào)不為零的情況下，計(jì)算放大電路的的輸入、輸出電阻、電壓放大倍數(shù)、最大不失真輸出電壓等。這里我們主要分析最后兩個(gè)參數(shù)。

1.電壓放大倍數(shù)

利用圖1 作為仿真電路圖。調(diào)整信號(hào)源幅值為14.14mV，頻率為1kHz的正弦波信號(hào)。打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，從示波器的窗口觀測(cè)輸入和輸出電壓的波形，萬(wàn)用表“XMMl”及“XMM3”分別測(cè)量放大電路的輸入電壓和輸出電壓的有效值，讀數(shù)為:Ui=9.998mV，Uo=783.331mV，則電壓放大倍數(shù)Au=78.3。

2.最大不失真輸出電壓

為了獲得最大的動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，在放大器正常工作的情況下，逐步增大輸入信號(hào)的幅度，用示波器觀察輸出電壓，當(dāng)輸出波形出現(xiàn)失真現(xiàn)象時(shí)，然且逐步減小輸入信號(hào)的幅度，使輸出幅度最大，且無(wú)明顯失真時(shí)，測(cè)出輸出電壓的值，此時(shí)輸出電壓的有效值就是最大不失真輸出電壓。

利用圖1 所示的仿真電路，打開(kāi)仿真開(kāi)關(guān)，反復(fù)調(diào)整信號(hào)源輸出信號(hào)大小，使得輸出電壓最大且沒(méi)有明顯失真，最大不失真輸出電壓為Uom≈3.8V。

四、Multisim10 應(yīng)用到模擬電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)中的意義

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，利用仿真軟件搭建虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電子電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到模擬電子技術(shù)的輔助教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)中。

1.不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制

由于資金的限制，大多數(shù)院校存在儀器設(shè)備老化、更新慢的情況，利用仿真軟件搭建的虛擬平臺(tái)可以及時(shí)更新元件庫(kù)，為用戶提供更大限度的自由。

2.可以隨時(shí)隨地靈活應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中

通過(guò)計(jì)算機(jī)將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示給學(xué)生，有利于學(xué)生對(duì)電路的掌握。

3.可以節(jié)約經(jīng)費(fèi)

通過(guò)軟件搭建虛擬電子平臺(tái)，在確定設(shè)計(jì)方案制作成品之前可多次搭建電路，運(yùn)行電路，避免了器件因?yàn)殡娐吩O(shè)計(jì)有問(wèn)題出現(xiàn)過(guò)多的損耗。

綜上所述，將Multisim10 應(yīng)用到模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為學(xué)生提供了一個(gè)更廣闊的電子平臺(tái)，使模擬電子實(shí)驗(yàn)不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的限制，增加了學(xué)生的操作機(jī)會(huì)，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

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