Multisim10在自動化專業教學過程中的應用

程智明，匡 程

（1.無錫太湖學院 物聯網工程學院，江蘇 無錫 214064；2.江蘇省物聯網應用技術重點建設實驗室，江蘇 無錫 214064）

Multisim10在自動化專業教學過程中的應用

程智明1,2，匡 程1,2

（1.無錫太湖學院 物聯網工程學院，江蘇 無錫 214064；2.江蘇省物聯網應用技術重點建設實驗室，江蘇 無錫 214064）

為提高自動化專業學生分析和解決電子類課程問題的能力，文章引入了Multisim10仿真軟件，同時以典型電路為例，重點闡述了仿真軟件在電子類課程中的應用。結合應用型本科院校“高素質應用技術型人才”的培養要求，進一步突出仿真軟件在自動化專業教學過程的應用。研究表明，在教學過程中使用Multisim10仿真軟件彌補了傳統教學方式的缺陷，能有效鞏固學生的理論知識，提高學生理論結合實踐的能力，提高學生分析和解決問題的能力。

自動化專業；Multisim10；典型電路

隨著高校“十三五”規劃中人才培養模式的改革，無錫太湖學院各專業學科立足于“工程化與職業化兼顧”的人才培養方案，重點面向無錫、蘇南地區的經濟發展需要，培養“高素質應用技術型人才”，滿足學生多樣化、個性化的能力需求。目前，實踐教學在人才培養中的地位日益凸顯，在培養學生分析解決問題的能力和實踐創新能力方面更是不可缺少。而傳統教學方式難以滿足培養“高素質應用技術型人才”的要求，與人才培養模式的需求相悖。

計算機技術的飛速發展和廣泛應用，使得計算機輔助教學成為一種新教育方式，成為培養技術型人才不可或缺的重要教學工具。計算機仿真技術在教學過程中具有高效、經濟、安全等優點和預測功能，現已于各類高校中廣泛應用，尤其是自動化、電信、通信類專業[1]。在自動化專業的理論教學中，Multisim10仿真軟件可以使學生對電子電路的認識更直觀，便于學生理解，提高學習的積極性。

1 Multisim10仿真軟件簡介

Multisim10仿真軟件是一個原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，是美國國家儀器有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，主要應用于電子電路板設計，可以完成電子電路板制作過程中電路模型設計、電路仿真測試和數據結果優化的一個完整設計流程。

Multisim10仿真軟件的元器件庫提供了電子類課程中常見的電路元器件，同時也可以擴充元器件庫。軟件中的虛擬測試儀器儀表種類齊全，包含了實驗室中的常用儀器儀表，如：萬用表、函數信號發生器、雙蹤示波器、波特圖示儀、頻率計等。

Multisim10仿真軟件可以進行計算機仿真設計和虛擬電子電路實驗，與傳統電子電路設計與實驗相比，有以下特點：設計和實驗所用儀器儀表齊全，可完成各類電子電路實驗；可同時進行設計和實驗，電路調試和數據優化方便；設計和實驗中不消耗元器件，成本低、速度快、效率高；可直接獲得實驗數據、測試曲線和電子電路原理圖。

2 典型電路的應用實例

兩級電壓負反饋阻容耦合放大電路如圖1所示。電路中通過Rf把輸出電壓uo反饋到輸入端，加在晶體管VT1發射極，在發射極電阻Rf1上形成反饋電壓uf。該電路閉環電壓放大倍數。

圖1 兩級電壓負反饋阻容耦合放大電路

其中

式中，Uo為放大電路輸出電壓；Ui為放大電路輸入電壓；Au為放大電路無反饋時的電壓放大倍數，即開環電壓放大倍數；1+AuFu為反饋深度，其大小影響負反饋對放大器性能。

放大電路引入負反饋后對性能的影響一般可分為以下幾點：提高放大倍數的穩定性；減小非線性失真；展寬通頻帶；改變輸入、輸出電阻。通常情況下，由于放大電路內部原因引起的非線性失真可通過引入負反饋改善，無負反饋時輸出波形明顯失真（見圖2），當引入負反饋后輸出波形失真得到明顯改善（見圖3），但輸出波形放大倍數明顯減小。

無負反饋時電路的幅頻特性如圖4所示，標尺指示位置參數為32.763 dB/446.276 kHz，有負反饋時電路的幅頻特性如圖5所示，標尺指示位置參數為18.028 dB/2.661 MHz，波特圖示儀參數設置一致，引入負反饋后通頻帶明顯展寬[2]。

圖2 無負反饋時輸入輸出波形

圖3 有負反饋是輸入輸出波形

圖4 無負反饋時電路的幅頻特性

圖5 有負反饋是電路的幅頻特性

Multisim10仿真軟件通過對兩級電壓負反饋阻容耦合放大電路的仿真，使學生能在短時間內認識到放大電路性能的影響，加深對電路的理解，讓學生對理論知識的認識從抽象變成具體。

3 仿真軟件在教學過程中的應用

3.1 軟件在模擬電子技術課程中的應用

模擬電子技術是自動化專業的專業基礎課程，是學習本專業核心課程的基礎。傳統教師授課學生聽講的教學方式單一，而且該課程內容抽象，知識點多，這使得學生對理論知識的概念和知識重難點的分析方法沒有清晰的認識和掌握。

為了提高學生對該課程的學習興趣和學習效率，加深對理論知識的理解，及時掌握課堂教學內容，通過引入Multisim10仿真軟件，學生能將抽象內容變具體，激發求知欲，提高學習效率。同時在課堂開始之前，學生可以通過仿真軟件構建電路、設置參數、進行仿真測試，提前學習教學內容，仿真過程中遇到的問題記錄下來，帶著問題聽課，不再盲目被動地接受教師講授的知識[3]。

3.2 軟件在電子技術實驗中的應用

電子技術實驗是輔助模擬/數字電子技術的實驗課程，目的是培養學生綜合分析和解決實踐電路中存在的問題和能力，培養學生的實踐和創新能力。但傳統的實驗教學難以滿足應用型本科院校培養“高素質應用技術型人才”的要求，存在的主要問題有：（1）學生缺乏學習積極性，課前不預習，課堂依賴教師；（2）實驗內容固定不變，學生可擴展內容有限，無法培養創新能力；（3）課堂時間有限，難以保質保量完成實驗內容；（4）實驗儀器數量有限，易損壞，影響實驗進度[4]。

通過Multisim10仿真軟件，提高學生學習興趣和效率的同時也有助于學生擴展實驗內容，提出問題舉一反三，培養學生創新能力；課前進行仿真實驗，保證課堂內完成實驗內容；完全通過仿真可得到實驗數據，成本低效率高。電子技術實驗引入Multisim10仿真軟件的教學方法如圖6所示。

圖6 Multisim10輔助實驗教學流程

3.3 軟件在模電課程設計中的應用

模擬電子技術課程設計是繼模電課程后開設的重要實踐教學環節，目的是加強學生專業實踐能力，提高學生分析和解決問題的能力，是實現模擬電子理論知識和工程實踐相聯系的橋梁[5]。但傳統的模電課程設計完成周期長、學生效率低、材料耗費嚴重，通常情況下，學生查找資料后直接進行電路設計和PCB板制作，沒有驗證設計方案的合理性，最終結果達不到課程設計要求。通過Multisim10仿真軟件可以驗證設計電路的可行性和合理性，通過軟件對電路參數進行調整，最終達到設計要求，不僅提高了電路設計的準確性，還提高了學生的實驗效率，減小耗材浪費。

Multisim10在課程、實驗和課程設計中的應用，使學生對單一枯燥的理論知識產生興趣，同時讓學生感受到教學形式的多樣化和教學內容的豐富化，激發學生內在的求知欲，培養學生的創新能力和工程實踐能力。

4 結語

本文探討了Multisim10在教學過程中的應用，結合應用型本科院校“高素質應用技術型人才”的培養模式要求，強調仿真軟件在自動化專業中的獨特優勢，其在電子類課程的教學中具有較好的應用前景。

[1]敖章洪.仿真技術在自動化專業中的應用與教學方式改革探討[J].實驗技術與管理，2011（5）：83-85，89.

[2]黃智偉.基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設計與分析[M].北京：電子工業出版社（第3版），2017.

[3]王元華，劉文斐，李娟.Multisim10仿真軟件在模擬電子技術教學中的應用[J].電子技術，2013（2）：66-69.

[4]蒲永紅，余粟，王維榮.Multisim輔助電工電子實驗教學的探討[J].實驗室研究與探索，2013（9）：174-177.

[5]呂穎利，趙彩紅.基于Multisim10的數字電子技術課程設計教學研究[J].濟源職業技術學院學報，2011（3）：77-79.

Application of Multisim10 in the teaching process of automation specialty

Cheng Zhiming1,2, Kuang Cheng1,2
（1.Internet of Things Engineering College, Taihu University of Wuxi, Wuxi 214064, China;2.Jiangsu Key Construction Laboratory of IoT Application Technology, Wuxi 214064, China）

In order to improve automation students’ ability of analyzing and solving the problems of electronic courses,this article introduces Multisim10 simulation software, and expounds the application of simulation software in electronic courses by taking the typical circuit as an example. Combining with the training requirements of “applied technique-oriented professionals with high quality” in application-oriented universities, the application of simulation software in the teaching process of automation specialty is further emphasized. The results show that the shortcomings of traditional teaching methods is avoided in the teaching process after using Multisim10 simulation software, the theoretical knowledge of students is effectively consolidated, students’ ability to integrate theory with practice is improved, students’ ability to analyze and solve problems is improved.

automation specialty; Multisim10; typical circuit

江蘇省高校自然科學研究面上項目；項目編號：17KJB510052。無錫太湖學院自然科學研究項目；項目編號：16WUNS004。

程智明（1991— ），男，江蘇無錫人，助教，碩士；研究方向：控制工程，自動化。