Multisim仿真軟件在電路教學中的應用

孫志偉

（天津財經大學 天津 300000）

Multisim仿真軟件在電路教學中的應用

孫志偉

（天津財經大學 天津 300000）

電路是一門比較抽象的理論型課程，傳統的教學方法很難讓學生直觀的理解，在教學中必須加入相關的實驗環節加強理論聯系實踐，有效的掌握原理和提高學生的動手能力。但是，傳統的實驗方法存在很多弊端。本文通過分析電路課程的教學現狀，找出問題所在，最后將Multisim仿真軟件應用在電路課程實驗教學當中來解決現實問題。

Multisim仿真軟件 電路 模型

電路是計算機科學與技術專業最重要的一門專業基礎課程，也是一門實踐性很強的課程，該課程專業性強，教師講授和學生學習理解起來都存在一定的難度，特別是配合教學的實驗環境較差和學生基礎較差的學校這門課程的進行更加有難度。因此，迫切需要一種教學輔助手段來解決這個難題，Multisim仿真軟件為電路課程的教學帶來革新，是有效提高電路課程教學質量的途徑。

一、計算機科學與技術專業實驗教學的現狀

電路是一門比較抽象的理論型課程，學習電路理論時關鍵是要理論聯系實際，因此實驗教學環節是重中之重。學生可根據對理論的理解，根據教學的要求進行實驗操作，在實驗中驗證所學的電路原理。但是在傳統的電路實驗教學中暴露了很多不足之處，由于受傳統實物實驗固有缺陷的限制，實驗結果往往是不盡如人意的。

電路課程是計算機科學與技術專業學生最先接觸到的專業基礎課，學生往往是不熟悉電路連接，以及沒有掌握好焊接技術，這樣在連接電路時非常容易就出現錯誤，這樣一旦出現電路連接錯誤，就會很容易造成電子元器件及測試儀器的損壞；學生在不熟悉測試儀器操作的情況下也及其容易造成儀器的損壞；由于實驗的元器件離散性大，環境變化引起的溫漂、干擾等因素會造成實驗數據有偏差，不理想；傳統的電路實驗是以實物為主的，實驗設備容易磨損老化，需要定期更新；隨著教學要求的提高和電子技術的不斷發展，電路課程的教學大綱也需要不斷的更新，因此實驗設備也要配套更新，這就給教學經費帶來了很大的壓力。以上種種都是傳統電路實驗教學的不足之處，因此我們迫切需要教學改革來消除這些弊端，提高電路課程的教學質量。

二、使用Multisim仿真軟件輔助教學的優點

1.內容直觀，激發學習興趣，利于培養學生的創新性和創造性

將multisim仿真軟件引入教學，有利于開闊學生的視野，增加學生知識面，促進學生更好的學習本專業的各種實驗儀器。使用Multisim仿真軟件輔助教學，把傳統的實驗通過計算機終端來實現，將靜止的理論教學變成動態的、可視的教學，增強了學生動手操作的能力，同時激發了學生的學習興趣。例如：使用Multisim可交互式地搭建電路原理圖，并對電路行為進行仿真。通過Multisim和虛擬器技術，學生可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真，再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。另外，學生根據自己學過的電路原理和元件的基本性能，可以任意搭建電路，基本可以做到只要能想到，就能做到的思想境界，不但提高了創新的效率，更重要的是提高了學生學以致用的能力。

2.安全、準確、省時、省費用

使用Multisim仿真軟件輔助教學，可以避免因為電路連接失誤、儀器故障等因素帶來的安全問題。仿真實驗沒有干擾信號，比真實的實驗更能反映實驗的本質，更加準確、真實、形象。通常在傳統的實驗中，我們都是在印刷電路板上完成元器件的連接與插拔，這樣不但費時而且反復的元器件、導線的連接與插拔必然導致電路板或元器件的易損。而使用使用Multisim仿真軟件實現實驗時可以任意更換元器件、更改參數也不會出現任何損失，這樣就省去了實驗項目的日常維護費用。

3.Multisim仿真軟件的特點

（1）界面直觀、操作方便

Multisim將原理圖的創建、電路的測試分析和結果的圖表顯示等,全部集成到同一個電路窗口中,整個操作界面就像一個電路實驗工作臺,繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上,點擊鼠標可用導線將它們連接起來,軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似,測量數據、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣,便于實驗操作。

（2）具有一個龐大的元器件庫

在MultisimDatabase元件庫中存放有包括電源類、基本元件類、數字元件類及模擬元件類等14個庫的16000多種虛擬元件模型,可基本滿足一般電路的實驗仿真要求。

（3）強大的虛擬儀器功能

Multisim的虛擬測試儀器儀表種類齊全,有一般實驗室具有的通用儀器,如萬用表、信號發生器、雙通道示波器、直流電源;還有一般實驗室少有或沒有的儀器,如波特圖示儀、字信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真度測量儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等各種虛擬儀器

（4）強大的分析功能

Multisim提供了14種電路仿真分析方法,如直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、傅立葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、參數掃描分析、零極點分析、傳遞函數分析、溫度掃描分析、后處理分析等。適用于各種基本電路的分析設計。

三、Multisim仿真軟件在電路實驗教學中的應用舉例

實驗內容：二極管單向導電性的演示與驗證

打開Multisim 10設計環境。選擇：文件-新建-原理圖（實驗電路圖如圖1所示），即彈出一個新的電路圖編輯窗口，工程欄同時出現一個新的名稱。單擊“保存”，將該文件命名，保存到指定文件夾下。這里我們用到了一個新的虛擬儀器：函數信號發生器，顧名思義，函數信號發生器是一個可以發生各種信號的儀器。它的信號是根據函數值來變化的，它可以產生幅值、頻率、占空比都可調的波形，可以是正弦波、三角波、方波等。這里我們利用函數發生器來產生電路的輸入信號。仿真前應設置好函數信號發生器的幅值，頻率、占空比、偏移量以及波形型式。示波器的兩個通道一路用來檢測信號發生器波形，另一路用來監視信號經過二極管后的波形變化情況。

圖1 實驗電路圖與仿真波形圖

電路連接完畢，檢查無誤后，就可以進行仿真了。點擊仿真欄中的綠色開始按鈕，電路進入仿真狀態，雙擊示波器查看示波器兩個通道的波形。如圖1所示，可以看到，在信號經過二極管前，是完整的正弦波，經過二極管后，正弦波的負半周消失了。這樣就證明了二極管的單向導電性。我們可以試著把信號發生器的波形改為三角波、矩形波，然后再觀察輸出效果?？梢缘贸鐾瑯拥慕Y論：二極管正向偏置時，電流通過，反向偏置時，電流截至。

接下來我們嘗試在實驗電路中將二極管反過來安裝，然后觀察仿真效果。我們會發現，二極管反向安裝后，其輸出波形與正向安裝時的波形剛好相反。通過Multisim軟件來完成二極管單向導電性的演示與驗證我們可以直觀、精確的得到實驗的結果的對比，而且省時省力。

四、使用電路仿真軟件存在的問題

電路仿真軟件使用十分方便，效果顯示非常直觀，很有趣味性，為教師提供了一條實驗教學的方便之路，為學生提供了一個廣闊的活動舞臺，對開展素質教育大有益處。誠然，仿真軟件功能非常強大，它可以取代《電路》的部分實驗課程，且已成為課堂教學的一種輔助形式，但它畢竟是一個模擬系統，不能完全代替電子實習訓練，在使用過程中存在一些問題：首先，仿真實驗并不能完全代替實物實驗，諸如元件的插接工藝、焊點的質量、電烙鐵的使用等方面的技能在電路仿真軟件中無法學習，必須通過反復實踐訓練。一味追求仿真，只能走入一個新的誤區。其次，不是所有實驗都能使用電路仿真軟件，如電流表、電壓表等儀器的使用。原因是電路仿真軟件中的儀表都是數字式的，能直接顯示讀數，有些實驗如果用電路仿真軟件教學，學生就無法掌握儀表的接線和讀數方法，對教學產生一定的影響。

五、結論

在電路課程的教學過程中使用Multisim建立虛擬仿真實驗平臺,可以方便地搭建各種電路,以及對電路進行仿真與測試。它具有投資小、維護簡單、現象直觀、結果精確、圖像精彩等特點。這種新的實驗方式是電路實驗教學的一種很好的輔助手段,并且為學生進行綜合性、創新性實驗提供了一個很好的平臺。為實踐教學的改革找到了有效的途徑。在不斷更新實驗教學方法,改進電路課程實驗教學質量以及改善實驗教學效果等方面起著非常重要的作用。

[1]白菊蓉.Multisim在電路分析系列課程教改中的應用[J].西安郵電學院學報,2011年S1期.

[2]黃荷英.基于Multisim電子仿真軟件的電路設計與研究[J].現代電子技術,2012年16期.

[3]陳俊英.基于Multisim的“自動控制原理”課程仿真實驗研究[J].實驗室科學,2012年03期.

[4]程勇.實例講解Muhisim 10電路仿真［M］.人民郵電出版社,2010.

本文系天津財經大學2013年校級教學研究與改革項目 “虛擬實驗在實踐教學中的應用研究-以《電路》課程實驗教學改革為例”的研究成果。

本文系天津財經大學2013年校級教學研究與改革項目"虛擬實驗在實踐教學中的應用研究-以《電路》課程實驗教學改革為例"的研究成果。