使用multisim10仿真軟件提高模擬電路教學質量

柴萬東，張立萍

（赤峰學院 物理與電子信息工程學院，內蒙古 赤峰 024000）

1 引言

模擬電路課程是電子類、計算機等專業的一門實踐性很強的專業技術基礎課程，其傳統的學習方法是先進行理論學習，然后是實驗環節，目的是為了培養學生分析、設計模擬電路的能力.而在學習過程中，學生們普遍反映模擬電路課程比較難學，太抽象，難以理解，如果在進行模擬電路理論教學的同時，利用Multisim仿真軟件進行模擬電路實驗演示,可以合理選擇電路元件，適當修改電路參數，進行各種電路仿真，有利于學生理解理論課程，從而提高了模擬電路的課堂教學質量.

2 Multisim10仿真軟件介紹

Muhisim10仿真軟件是一種用于電路設計和仿真的電子自動化設計軟件，專門用于電路、模擬電路、數字電路的設計與仿真.Muhisim10軟件功能非常強大，仿真效果形象生動，是模擬電路、數字電路教學的首選仿真軟件.Muhisim10軟件是由美國NI公司推出的設計、仿真軟件，它的功能特點如下：

1.圖形界面友好、直觀：它的操作界面就好像一個實際的電子操作平臺，可以將電子元器件和測試儀器直接拖動到屏幕上，在元器件之間點擊鼠標進行導線連接，完成電路的繪制工作，并進行相應的仿真.

2.具有豐富的元器件和測試儀器：Multisim10仿真軟件有16000種元件和21種測試儀器可供使用.除默認儀器外，還允許用戶使用LabVIEW設計的儀器儀表，使電路測量更加簡單.

3.電路分析和仿真功能強大：Multisim10仿真軟件可以用于模擬電路、數字電路、模擬/數字混合電路、射頻電路、單片機以及VHDL的設計仿真.

Multisim10軟件基于Windows操作系統，易于學生掌握和使用.

3 Multisim10軟件在模擬電路教學中的應用

3.1 Multisim10軟件的仿真步驟

（1）使用Multisim10器件庫中提供的原件與虛擬測試儀器在工作區中搭建電路；

（2）確定元器件參數和虛擬測試儀器的工作模式；

（3）加入輸入信號，啟動Multisim10進行仿真；

（4）修改參數，再次仿真，進行比較.

3.2 單管共射放大電路仿真實驗

3.2.1 建立電路原理圖

啟動Multisim10后，在工作區中畫出單管共射放大電路原理圖，如圖1所示.先在元件工具欄（ComponentToolbar）或儀表工具欄（InstrumentToolbar）中選擇合適的器件，點擊鼠標將其拖至相應位置，用導線將其連接成單管共射放大電路，然后雙擊元器件打開它的特性對話框，對器件進行標識、賦值，最后仔細檢查無誤后保存.

圖1 單管共射放大電路仿真電路圖

3.2.2 靜態工作點分析

圖2 直流工作點分析選項

分析電路的靜態工作點時，只要將電路中的交流電源設置為零，也就是設置函數信號發生器輸出波形的幅度為零，同時接通12V直流電源，調節滑線變阻器Rp的阻值，用直流電壓表測量Ub、Ue、Uc，亦可通過單擊軟件中菜單欄Simulate/Analyses/DCOperatingPointAnalysis命令，打開DCOperatingPointAnalysis對話框，在彈出的對話框output頁面中分別選中$2、$5、$6節點，即 Ub、Ue、Uc節點，如圖 2所示，點擊Simulate按鈕，系統便得到運算的結果，如圖3所示，圖中顯示的是三個節點的靜態電壓值.

圖3 直流工作點分析結果圖

從圖3的運算結果可以看到，節點Ub、Ue、Uc的電壓分別是2.33044V、1.52810V、9.02286V，與理論運算的結果基本一致，由于 Uc>Ub>Ue，并且 Uce=Uc－Ue≈7.49V，Ube=Ub－Ue＞0.7V，即三極管的發射極正偏、集電極反偏，所以可以判斷出電路處于放大電路的工作狀態.

3.2.3 電壓放大倍數計算

將輸入信號設置為1000Hz、50mv的正弦波信號，雙擊接在電路輸入、輸出端的虛擬示波器，打開仿真開關，觀察示波器上的輸入電壓、輸出電壓波形，如圖4所示.學生可以從圖中清晰地看出：輸出信號幅度遠大于輸入信號幅度，且同為正弦波，體現了信號的放大作用；而且輸出信號的相位與輸入信號相反.因此我們又將單管共射極放大電路稱作反相電壓放大器.這樣會使學生對信號放大電路有一種直觀的印象，不僅幫助學生加深理解，而且激發了學生的學習興趣.移動光標讀出輸出信號、輸入信號的一組數據值，計算放大倍數Av=782.440mV/（-49.980mV）=-16.

圖4 輸入電壓、輸出電壓波形

圖5 輸出電壓產生截止失真

3.2.4 觀察輸出波形失真

學生在學習波形失真的內容時，往往沒有直觀的認識，所以總是混淆飽和失真與截止失真，通過Multisim10仿真軟件中展示出兩種失真波形，學生就會對這部分內容記憶深刻.在圖1所示的電路中按“shift”+“A”鍵逐漸增大電阻Rp，電路中積極偏置電阻增大，基極電位下降，靜態工作向下偏移接近截止區，會出現截止失真，當Rp增大到300kΩ/40%時，波形出現了明顯的截止失真；反之，當按“shift”+“A”鍵逐漸減小電阻Rp時，電路中積極偏置電阻減小，基極電位上升，靜態工作向上偏移接近飽和區，會出現飽和失真，當Rp減小到300kΩ/5%時，波形出現了明顯的飽和失真，如圖6所示.

圖6 輸出電壓產生飽和失真

4 總結

通過以上實例可見，在模擬電路課堂教學中使用Multisim10仿真軟件模擬電路非常方便，仿真結果直觀、精確，對模擬電路教學是一種很好的輔助手段，它彌補了傳統教學模式的不足.通過Multisim10仿真，可以降低學生對課程的抽象感，幫助學生更好地理解、掌握理論知識，使理論課的教學更加生動有趣，可以更好的吸引學生的注意力，提高學生的學習興趣.學生在使用Multisim10軟件進行設計、仿真時，可以根據需要適當修改電路元件參數，使電路的工作狀態達到最佳，從而使學生盡快掌握設計功能完善的模擬電路的能力.但由于使用Multisim10軟件進行設計、仿真存在一定的局限性，因為虛擬電路與實際電路、虛擬儀器與實際儀器之間還存在著一定的差異性，并不能完全代替實際的實驗操作，所以只有將理論教學、實驗教學和軟件仿真三者有機的結合起來，發揮各自的優勢，充分調動學生的積極性，才能取得更好的教學效果.

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