Multisim10在醫(yī)學(xué)電子學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

周洪練　夏仁江

【摘 要】本文介紹了在醫(yī)學(xué)電子學(xué)教學(xué)中引入Multisim 10仿真軟件的必要性。以共射極單管放大電路和RLC諧振電路為例研究了Multisim 10在醫(yī)學(xué)電子學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，說明Multisim 10仿真軟件是化解教學(xué)難點(diǎn)、提高教學(xué)效果的重要教學(xué)輔助工具。

【關(guān)鍵詞】Multisim10；醫(yī)學(xué)電子學(xué)；仿真

醫(yī)學(xué)電子學(xué)是醫(yī)學(xué)信息工程、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是應(yīng)用電子技術(shù)解決生物醫(yī)學(xué)工程中問題的一門交叉學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容涵蓋了理工科院校多門電子學(xué)課程的相關(guān)知識，而且它又有別于理工科的電子學(xué)課程。通過學(xué)習(xí)，可以提高學(xué)生運(yùn)用電子學(xué)技術(shù)來解決生物醫(yī)學(xué)中相關(guān)事情的能力[1-2]。

1 Multisim10仿真軟件引入醫(yī)學(xué)電子學(xué)教學(xué)的必要性

醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程由理論課和實(shí)驗(yàn)課兩部分組成，課程內(nèi)容主要包括電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電路三部分。該課程的很多重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容抽象、難懂，成為教學(xué)難點(diǎn)，目前理論課的主要教學(xué)手段是利用傳統(tǒng)教學(xué)與幻燈片結(jié)合在課堂上完成，不能實(shí)時、動態(tài)顯示電路的功能，對復(fù)雜的內(nèi)容，教師難于講解，學(xué)生不易接受。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過建立電路、設(shè)定參數(shù)、自動建立電路方程并計(jì)算結(jié)果，最后以圖形和動畫的形式將電路功能表現(xiàn)出來，可達(dá)到與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的效果和目的，大大增強(qiáng)教學(xué)效果[3]。這類仿真軟件很多，現(xiàn)在比較流行的仿真軟件有Matlab、Orcad/Pspice、Multisim和Protel等。在眾多的電路仿真軟件中，Multisim是最容上手的。multisim10屬于較新的版本，具有界面直觀、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。將Multisim10引入教學(xué)，對于幫助教師課堂上闡述、驗(yàn)證醫(yī)學(xué)電子學(xué)的基本原理以及學(xué)生深入理解概念和掌握規(guī)律有著重要作用[4]。將Multisim10軟件引入到理論課教學(xué)中，對電路進(jìn)行仿真，使學(xué)生很直觀的看到由于參數(shù)變化引起的電路各項(xiàng)指標(biāo)的變化，使課堂教學(xué)變得形象、直觀，學(xué)生易于理解，化解了教學(xué)難點(diǎn)。學(xué)生可以在業(yè)余時間利用Multisim10仿真軟件設(shè)計(jì)各種電路并判斷電路的可行性與結(jié)果，仿真驗(yàn)證正確后，再進(jìn)行實(shí)物的設(shè)計(jì)，可以有效提高效率，避免浪費(fèi)。

2 Multisim10軟件簡介

Multisiml0仿真軟件是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬、數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作，它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，作為專業(yè)的應(yīng)用軟件，它具有以下功能特點(diǎn)[5-6]：直觀的圖像界面、豐富的元件庫、強(qiáng)大的分析功能、高效的“實(shí)時仿真”模式。由于 Multisim10具有以上特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電子類課程的輔助教學(xué)，成為提高電子類課程教學(xué)效果的重要工具。

3 應(yīng)用思路

教師在備課時根據(jù)教學(xué)內(nèi)容提前設(shè)計(jì)仿真電路，在理論課和實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)、幻燈片教學(xué)的同時，在必要時刻將Multisim10軟件仿真教學(xué)穿插到教學(xué)中，把三種教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合起來，達(dá)到最佳的教學(xué)效果。由于Multisiml0具有界面直觀、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生完全可以通過自學(xué)掌握該軟件的使用方法并加以應(yīng)用。教師在上第一次課時就將Multisiml0安裝包包拷貝給學(xué)生讓學(xué)生自行安裝，要求學(xué)生利用課余時間自學(xué)該軟件，掌握其使用方法并會設(shè)計(jì)簡單電路。

4 Multisiml0在醫(yī)學(xué)電子學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 Multisiml0在醫(yī)學(xué)電子學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)電子學(xué)中戴維南定理、RLC諧振電路、共發(fā)射極放大電路、負(fù)反饋放大電路等重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容都很抽象、復(fù)雜，因而成為教學(xué)難點(diǎn)。下面就以共發(fā)射極放大電路為例介紹Multisiml0在醫(yī)學(xué)電子學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

教師在利用傳統(tǒng)教學(xué)和幻燈片講解完共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻后，打開如圖1所示的仿真電路并進(jìn)行仿真，通過投影儀把仿真結(jié)果展示給學(xué)生看。

圖1 共發(fā)射極放大電路的仿真電路

圖2 靜態(tài)工作點(diǎn)仿真結(jié)果

4.1.1 設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)

4.2 Multisiml0在醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生基本技能的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要手段，為學(xué)生以后學(xué)習(xí)專業(yè)課程奠定必要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。我校醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程開設(shè)有：電路元器件伏安特性的測繪、RLC串聯(lián)諧振電路、整流濾波電路、共發(fā)射極放大電路四個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。下面就以實(shí)驗(yàn)電路比較簡單，學(xué)生能比較容易的搭建電路的RLC串聯(lián)諧振電路為例介紹Multisiml0在醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。在開設(shè)此實(shí)驗(yàn)前一周，要求學(xué)生利用仿真軟件按照實(shí)驗(yàn)講義預(yù)做實(shí)驗(yàn)并記錄仿真結(jié)果。教師在講授完實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼?shí)驗(yàn)步驟等內(nèi)容后，將提前設(shè)計(jì)仿真電路進(jìn)行仿真，把仿真結(jié)果展示給學(xué)生看后才讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以將自己的仿真結(jié)果與老師的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，實(shí)物實(shí)驗(yàn)完成后還可以將實(shí)物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行對比，驗(yàn)證仿真數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。

4.2.1 測定諧振頻率與品質(zhì)因數(shù)

4.2.2 繪制幅頻特性曲線

幅頻特性曲線是在信號源電壓值不變的情況，電路中的電流隨頻率變化的規(guī)律。在輸入信號的電壓值為1V不變的情況下，在13kHz-23kHz之間取11個值對電路進(jìn)行仿真，用萬用電表測出各個頻率值相對應(yīng)的電流值如表1所示。

由表1所示仿真數(shù)據(jù)看出隨著信號頻率的增加，輸出電阻R上的電流先增大然后減小，在輸入信號頻率為17.9kHz時輸出電流最大，說明這一頻率點(diǎn)電路發(fā)生了諧振。利用表1所示的數(shù)據(jù)可以繪制幅頻特性曲線。

通過上述兩個實(shí)例可以看出把Multisim10仿真軟件引用到醫(yī)學(xué)電子學(xué)教學(xué)中，夠讓學(xué)生形象、直觀的理解教學(xué)重點(diǎn)并化解教學(xué)難點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]