Multisim在電子類教學中的應用

沈 歡 王云秀 沈鉆楊 肖 俊

（西華師范大學電子信息工程學院，四川 南充 637000）

Multisim在電子類教學中的應用

沈 歡 王云秀 沈鉆楊 肖 俊

（西華師范大學電子信息工程學院，四川 南充 637000）

數字電子技術基礎和模擬電子技術基礎是電子類專業學生必修的兩門專業基礎課，在教學中引入Multisim仿真軟件有助于加深學生對理論知識的理解。文章以數字電子技術中計數器和模擬電子技術中基本共射放大電路為例介紹了利用Multisim設計這兩種器件的過程，通過軟件仿真可激發學生的學習熱情，培養其實際的設計能力，提高教學質量。

Multisim；電路仿真；計數器；基本共射放大電路

傳統的電子類課程基本是教師通過黑板、課本結合特定的多媒體教學設備口頭授課。學生從教師的口頭表述、枯燥的文字和繁瑣的圖表中獲得信息，學生理解知識較為困難，也很難把握其中的精髓。隨著計算機科學技術的迅猛發展，在教學中引入計算機輔助軟件能夠取得良好的教學效果。Multisim軟件是美國國家儀器公司（NI公司）開發的實用性強的電路仿真軟件，在課堂教學中利用Multisim對一些知識點采用現場演示分析，學生能夠更直觀形象地理解理論知識，調動學生主動學習的積極性，培養他們的設計能力。

1 Multisim的特點

Multisim是一款利用Windows為平臺開發的仿真工具，能快速、輕松、高效地進行電路設計、原理圖繪制、電路分析和電路仿真，可以對模擬電路、數字電路、電工電路、單片機電路等多種電路進行設計與仿真。該軟件功能強大且簡單易懂，其配備多種虛擬儀器和豐富的元件庫，根據需要可對設計的電路進行實時修改，在電子領域得到了廣泛應用。

2 引入Multisim的教學優勢

（1）教學內容方面：電子類科目的實驗課程分為基礎性實驗、提高性實驗、綜合性實驗三個層次。在完成基本要求之后，學生可以在允許范圍內選擇自己感興趣的方向進行實驗，擴展了實驗教學的廣度和深度。

（2）教學方法方面：教師采用講授法和演示法相結合，通過演示實驗可使學生獲得感性認識，通過觀察和思考實驗結果，進行思維活動，加深對理論知識的理解，發展觀察力、想象力和思維能力。

（3）學習方法方面：教師用較少的時間精細講解知識點，給學生留下充分的思考時間，讓學生有明確目標，帶著問題去看書，學生從被動學習變成主動學習。

（4）教學資源方面：制作實際電路之前先用軟件仿真，通過不斷調整元件參數達到最理想的仿真結果，避免了重復制作電路板和購買元件的資源浪費。實驗需要的大量測試儀器、硬件設備問題也可以得到完美解決。

（5）實驗安排方面：在安裝有Multisim的電腦上即可進行實驗，擺脫了時間和空間的限制。教師可以根據學生的學習情況，變動實驗課程安排，增加了實驗的靈活性，學生接觸數電模電的機會，以及學生的見識。

3 Multisim仿真步驟

具體的仿真調試過程如圖1所示。首先，啟動 Multisim軟件，建立電路文件后保存到指定文件夾下。其次，放置元件，在組的下拉菜單中選擇需要的元件組，再從族中選擇不同的類別，選擇合適的規格，點擊確定按鈕后鼠標出現了虛線框的元件，將其放在電路窗口中即可，可以根據電路需要，將元件水平翻轉、垂直翻轉等。然后，繪制原理圖，即連接元件，按照電路圖排列好元件，將鼠標移動到元件連接端口，出現小黑點時單擊鼠標左鍵，移動鼠標到下一元件的端口再單擊即可。最后，單擊仿真按鈕進行仿真驗證，仿真數據可用文檔形式保存。

從電路窗口的右側儀器庫中選擇需要的儀器，將儀器連接到電路中，雙擊儀器可直接觀察仿真結果。若仿真結果和預期理想結果相差較大，可返回原理圖進行分析，調整元件參數，直到達到滿意的結果為止。

圖1 Multisim仿真過程

4 Multisim教學實例應用

4.1 數字電路應用——計數器

在數字電路中，計數器是一個用以實現計數功能的時序部件，它不僅可用來計脈沖數，還常用作數字系統的定時、分頻、執行數字運算等邏輯功能。計數器種類很多，按構成計數器中的各觸發器是否使用一個時鐘脈沖源來分，有同步計數器和異步計數器。根據計數方式不同，分為二進制計數器、十進制計數器和任意進制計數器。根據計數的增減趨勢，可以分為加法計數器、減法計數器和可逆計數器。

下面以74290為主要元件的十進制計數器為例進行實驗。74290是二-五-十進制異步計數器，具有異步清0、置9的功能。該計數器由四個JK觸發器和一些控制門組成，QA、QB、QC、QD是計數輸出，QD為最高位，INA和INB是兩個計數脈沖輸入端，R0（1）和R0（2）是直接清零端，R9（1）和R9（2）是直接置9端，其外部引腳排列及芯片邏輯符號參見圖2所示。其中時鐘INA和輸出QA組成二進制計數器，時鐘INB和輸出端QB、QC、QD組成五進制計數器，若將QA連接到INB就得到十進制計數器。在計數或清零時，均要求R9（1）和R9（2）中至少一個必須為0，只有在R0（1）和R0（2）同時為1時，才能清零。上述功能可以用表1所示的功能表來描述。

7447芯片是BCD碼轉換成7段LED數碼管的譯碼驅動集成芯片，其主要功能是輸出低電平驅動的顯示碼，用以推動共陽極7段LED數碼管顯示相應的數字，由與非門、輸入緩沖器和7 個與或非門組成。A、B、C、D是BCD碼輸入端，QA～QG為數據輸出端，連接對應的數碼管輸入端。功能端口有三個，分別是LT試燈輸入端，RBI動態滅燈輸入端，BI/RBO滅燈輸入/動態滅燈輸出端，其外部引腳排列和邏輯符號如圖 2所示。

異步清零十進制計數器具體電路如圖3，將信號頻率為2 Hz，電壓為3 V的脈沖信號送入74290計數芯片，按十進制計數的連接方式，將INB和QA端口連接在一起，然后將計數結果送入7447譯碼驅動芯片。為避免電流過大而燒毀LED顯示器，在使用時須加 入330Ω左右電阻限流，最后連接LED數碼管顯示器。

圖2 74290和7447引腳及芯片邏輯符號

表1 74290的功能表

圖3 十進制計數器

4.2 模擬電路應用——單管共射放大電路

圖4所示為晶體管共射放大電路。在電路的輸入回路中，必須使得晶體管基極和發射極之間的電壓 UBE大于開啟電壓Uon；在輸出回路中，集電極所加電壓VCC應足夠高，使晶體管的集電結反向偏置，保證晶體管工作在放大狀態。同時，設置合適的靜態工作點使放大電路不失真，當靜態工作點偏高時，Ui幅度較大時輸出信號易產生飽和削底失真；靜態工作點偏低時，Ui幅度較強時輸出信號易產生截止壓縮失真。

圖4 共射放大電路

該共射放大電路中輸入信號Ui是頻率為1 kHz，有效值為10 mV的正弦波電信號，在單管共射放大器中Rb1和Rb2組成分壓偏置電路，Re可以穩定放大器的靜態工作點，靜態工作點為：

電壓放大倍數為：

調節Rb1的值，可以設置合適的靜態工作點，當Rb1減小時，靜態工作點提高，反之降低。在輸入信號Ui后，放大器輸出端可得到與Ui反相、振幅放大的輸出信號Uo，實現了電壓放大。仿真波形如圖5，其中A通道是輸入電壓Ui，紅色波形，比例為20 mV/Div，B通道是輸出電壓Uo，綠色波形，比例為1 V/Div，由萬用表測得輸入Ui=10 mV，Uo=1.234 V，該放大電路將電壓放大了12倍左右。

圖5 共射放大電路仿真波形圖

5 總結

利用電路仿真軟件Multisim豐富了電子類課程的教學內容，加深學生對知識的理解，激發學生學習的積極性和主動性，通過仿真軟件對電路中各個元器件參數的不斷改變，可以使學生更清楚地了解電路性能的改變情況，培養了學生設計電路和調試電路的能力，課后學生也可以在自己的電腦上進行綜合型和創新型實驗的設計，為學生開展創新科技活動營造了良好的條件。

［1］ 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎［M］.第四版.北京:高等教育出版社，2006.

［2］ 楊頌華，馮毛官，孫萬蓉.數字電子技術基礎［M］.第二版.西安:西安電子科技大學出版社，2009.

［3］ 黃倩，蘆莉.基于Multisim模電新型實驗教學的探究［J］.中國電力教育，2014，36:184-185.

［4］ 鄭凱.Multisim 在電子技術課程中應用的研究［J］.信息化建設，2013（5）:200.

［5］ 王荔芳，余磊，周曉華.放大電路的Multisim仿真分析［J］.現代電子技術，2011（18）:172-174.

The application of multisim in electronic technology teaching

Digital electronic technology and analog electronic technology are two basic courses for the students majoring in electronic. Multisim simulation software is applied in the teaching which is useful for the students to understand the theory knowledge . Using the Multisim simulation software， counter and basic common-emitter amplify circuit has been designed. It verified that this can stimulate students' learning enthusiasm， cultivate their design ability， and improve the teaching quality.

Multisim；circuit simulation；counter；basic common-emitter amplify circuit

G642

A

1008-1151（2016）08-0117-03

2016-07-12

沈歡（1993-），女，西華師范大學研究生，研究方向為職業技術教育。