Multisim12在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用

呂永國 楊 斌

（廣東東軟學(xué)院，廣東 佛山 528225）

Multisim12在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用

呂永國 楊 斌

（廣東東軟學(xué)院，廣東 佛山 528225）

文章介紹了Multisim12仿真軟件的功能和特點(diǎn)，并通過具體的電路，論述了Multisim12在模擬電子技術(shù)理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用。運(yùn)用Multisim12仿真軟件對模擬電路進(jìn)行實(shí)時仿真，克服了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，提高了模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量，提供了一種更為直觀、易懂、便于操作的教學(xué)方法。

Multisim12；模擬電子技術(shù)；仿真；教學(xué)

模擬電子技術(shù)這門課是高等院校通信、電子信息、應(yīng)用電子各專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，具有實(shí)踐性、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。學(xué)生能否掌握好模擬電子技術(shù)將直接影響到他們后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。由于不能搭建具體的實(shí)際電路，教學(xué)效果不是很好。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于受實(shí)驗(yàn)條件的限制，學(xué)生實(shí)踐機(jī)會有限，對基本概念和基本分析方法缺乏直觀的認(rèn)識。Multisim12軟件為模擬電子技術(shù)課程教學(xué)提供了一個實(shí)用的工具，通過Multisim12軟件對電路進(jìn)行仿真、演示，使理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容更加生動，使學(xué)生對模擬電子技術(shù)理論的理解更加深刻。

1 Multisim12簡介

Multisim12是美國國家儀器有限公司推出的以 Windows為基礎(chǔ)的仿真工具[1]。它用軟件的方法虛擬電子和電工元器件，虛擬電子與電工儀器與儀表，實(shí)現(xiàn)了”軟件即元器件”、”軟件即儀器”，是一個電路原理設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。主要用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它能夠?qū)崿F(xiàn)電路原理圖的搭建、電路硬件描述語言輸入方式、自定義虛擬儀表，能夠?qū)崿F(xiàn)大部分的功能電路的仿真和實(shí)現(xiàn)[2]。

2 Multisim12在理論教學(xué)中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，通過板書和畫圖的形式是一個靜態(tài)的畫面，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較抽象，無法做到從靜到動的轉(zhuǎn)變。而使用Multisim12軟件，可以搭建一個動態(tài)的仿真電路，在此電路中可以對電路中所有點(diǎn)的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的測量并顯示。從而將一些抽象的理論分析變?yōu)橹庇^的可見的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。例如固定偏置共射放大電路[3]分析是模擬電子技術(shù)中最重要的知識點(diǎn)之一，涉及到飽和失真和截止失真[4]，內(nèi)容很抽象也不容易掌握，學(xué)生普遍沒有學(xué)習(xí)的積極性。為了能有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，在固定偏置共射放大電路分析的教學(xué)中采用Multisim12仿真。在這個案例中，我們使用雙蹤示波器，雙蹤示波器具有兩路輸入端,可同時接入兩路電壓信號進(jìn)行顯示。在示波器內(nèi)部，將輸入信號放大后，使用電子開關(guān)將兩路輸入信號輪換切換到示波管的偏轉(zhuǎn)板上，使兩路信號同時顯示在示波管的屏面上，便于進(jìn)行兩路信號的觀測比較。在仿真過程中，選用了三極管2N2369A，按連接提示與示波器標(biāo)輸入端連接。如圖1所示。

圖1　固定偏置共射放大電路原理圖

在電路圖中，雙擊示波器 XSC1的圖標(biāo)，打開示波器，設(shè)置參數(shù)如下：掃描時基刻度（Timebase Scale）為500us/Div；通道A刻度為10mV/Div；通道B刻度為2V/Div；波形顯示方式為 Y/T，觸發(fā)方式為上升沿電平達(dá)到門檻電平時觸發(fā)方式，如圖2所示。

圖2　示波器參數(shù)設(shè)置

調(diào)節(jié)電阻R4可以改變靜態(tài)工作點(diǎn)[6]。當(dāng)偏置電阻太小時，Q點(diǎn)過高會產(chǎn)生飽和失真，圖3(b)是R4為總值的5%時輸出波形飽和失真；當(dāng)偏置電阻太大時，Q點(diǎn)過低會產(chǎn)生截止失真，圖3(a)是R4為總值95%時輸出波形截止失真。

圖3　輸出波形失真

調(diào)節(jié)電位器R4的阻值大小，直到輸出波形出現(xiàn)較為對稱的正弦波，如圖4所示。

圖4　R4為總值25%時正常放大的波形

對“固定偏置共射放大電路”的節(jié)點(diǎn)2、5（即三極管的B、C極，圖中E極接地）的電位和電源V2的電流，作直流工作點(diǎn)分析，得到如圖5所示靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果。

圖5　靜態(tài)工作點(diǎn)

圖5是R4為總值25%時的靜態(tài)工作點(diǎn)，由圖可知，三極管的集-射極區(qū)間電壓降為 4.79955v，基-射極電壓降為685.18599mv，發(fā)射極電流為2.42529mA，顯然，三極管工作在放大區(qū)。用同樣的方法，可求得R4為總值的95%時的靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)：UBE＝640.733mV,UCE＝10.204V，IE＝608.469uA，可知三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)。求得R4為總值的5%時的靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù) UBE＝704.470mV，UCE＝267.086mV，IE＝3.956mA，可知三極管工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

在仿真過程中，學(xué)生會比較容易看出輸出曲線的特點(diǎn)，通過這樣的仿真，學(xué)生會更加有興趣。學(xué)生可以自主的改變其中某些參數(shù)，觀察電路輸出的變化，從而更深入的理解電路的工作原理。將教師黑板上的推導(dǎo)過程，變成學(xué)生自主操作軟件，產(chǎn)生一系列直觀可見的參數(shù)變化，對學(xué)生來說更有學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

3 Multisim12在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中[5]，經(jīng)常會出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器損壞，過于陳舊而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)象。現(xiàn)在將仿真軟件Multisim12引入傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以很大程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中的不足。在一些實(shí)驗(yàn)中，可以使用仿真軟件進(jìn)行電路仿真、調(diào)試，優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以得出最佳、最優(yōu)的電路設(shè)計方案，再通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)實(shí)際動手能力，積累設(shè)計、調(diào)試等方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語

通過以上分析可知，利用 Mutisim12對模擬電子電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真分析是一種方便、易行、簡單、直觀的方法，設(shè)計與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；設(shè)計和試驗(yàn)用的元器件和測試儀器儀表齊全，可以方便地對電路參數(shù)進(jìn)行測試和分析；可以直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖；試驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，實(shí)驗(yàn)所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高；對提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有重要作用。

[1] 王國戰(zhàn),盧超.Multisim 仿真分析方法的研究[J].長春工程學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué),2011,(3):50-52.

[2] 儲開斌.虛擬項(xiàng)目教學(xué)法在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2011,(3):109-112.

[3] 金薇,邵立群.模擬電子技術(shù)項(xiàng)目教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2013.

[4] 羅庚興,庹朝永.模擬電路設(shè)計與實(shí)踐[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2012.

[5] 蔣卓勤.Multisim及其在電子設(shè)計中的應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2011.

[6] 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006.

Application of Multisim12 in the course of analog electronic technology

This paper introduces the functions and features of Multisim12 simulation software, and through a specific circuit, discusses the application of Multisim12 in the analog electronic. Using Multisim12 for simulation of analog circuit, which overcomes the shortcomings of classical teaching, improve the quality of analog electronic technology teaching , provide a more teaching method is intuitive and easy to understand and operate.

Multisim12;analog electronic technology; simulation; teaching

G712

A

1008-1151(2015)06-0134-02

2015-05-12

呂永國，男，廣東東軟學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)；楊斌，男，廣東東軟學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)。