基于multisim 在模擬電子技術課程中的教學設計研究

江天亮

[摘? ? ? ? ? ?要]? 為了提高模擬電子技術課程的授課質量、學習效率、學習效果;也為了激發學生的學習興趣，增強學生在課堂上的主體地位，讓學生在課堂上有課可聽、有事可做;為了增強學生對模擬電子技術從感性認識到理性認識的直觀性、可操作性。為了學生更好地運用multisim仿真軟件和掌握模擬電子技術相關知識，特意研究multisim在模擬電子技術課程中的教學設計。

[關? ? 鍵? ?詞]? multisim;模擬電子技術;教學設計;授課質量;學習效果

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）20-0086-02

模擬電子技術課程是高職電子類專業（應用電子技術、電子信息工程、通信工程等）及自動化專業必須開設的一門專業基礎課，該課程學習的好壞直接影響后續專業課程的學習。模擬電子技術又是一門基礎理論知識與實際操作技能聯系十分密切的課程，不僅要有扎實的理論基礎知識，還要有相當強的實際操作技能，這樣才能掌握模擬電子技術課程的相關知識。要學好這門課程離不開理論學習和及時的實驗實訓學習，而一般的高職院校沒有能力配置該課程所需的所有元器件及所需儀器、儀表同時供30～50人使用，怎樣才能解決這種教與學的矛盾？只有大力開發、開展虛擬“模擬電子技術實驗”讓學生直觀地觀察、理解、認識模擬電子技術相關知識。虛擬仿真實驗技術作為一種新興的技術迅速崛起，誕生了一大批各具特色的電子電路自動設計軟件，改變了傳統的定量估算及真實的電路實驗為基礎的模擬電子技術分析和設計方法，其中multisim軟件是一款非常不錯的典型代表。為了提高學生學習模擬電子技術課程的興趣和提高該課程授課質量、授課效果，在模擬電子技術課程中使用multisim軟件進行同步教學就值得認真研究。

一、授課對象分析

民族地區高職學院一般處在經濟發展滯后和交通落后的少數民族聚居區，由于地區發展的不平衡導致高職學院的發展不平衡，這樣就帶來了生源質量不高的后果，再加上少數民族地區居民對職業教育認識水平相對比較低，學生及學生家長對到職業院校學習職業技術積極性不高，普遍認為只有普高才能改變個人及家庭的社會地位和經濟狀況。

民族地區高職學院的五年制大專學生大多是初中畢業考試成績在380～480分之間（初中畢業會考加畢業統考總分1080分），三年制大專學生高考成績大多數在180～280分之間（高考總分750分），另外，還有一部分生源來至學院的單獨招生考試（區域內的中職學校、技工學校、少量的普通高中）。

這些學生的主要特點是：（1）文化基礎薄弱，學習模擬電子技術知識相對而言比較困難，缺少理性和感性認識;（2）學習思維比較僵化，容易形成思維定勢，不容易理解電子元器件的工作原理、作用;（3）學習目的不太明確，在學習上漫無目的、學習質量低下，具有較強的懶散心理;（4）學習自覺性、自信性偏低，對自己學習能力、認知能力持懷疑態度，過于低估自己;（5）感性認識強于理論分析，行事容易沖動。

二、模擬電子技術課程體系分析

模擬電子技術是電力、電子、通信、自動控制等專業的一門技術基礎課程，主要是研究各種半導體器件的性能、電路及其應用的學科，是為后續學習專業課所必需開設的知識儲備課程，是整個專業體系中的基礎。電子技術的發展為人們的文化、物質生活提供了優越的條件，數碼攝像機、家庭影院、空調、電腦等都是典型的應用實例。在工業、科技領域中更具有龍頭作用，如通信工程、測控技術、航天航空航海等比比皆是，所以模擬電子技術不僅在理論上是后續學習的基礎，而且在實際操作檢測上更是不可缺少的基本技能。

三、multisim特色分析

Multisim電路仿真軟件最早是加拿大圖像交互技術公司（IIT）于20世紀80年代末推出的一款專門用于電子線路仿真的虛擬電子工作平臺（EWB），能完成從系統仿真、電路仿真到電路版圖生成的全過程，功能主要有以下方面。

1.擴展了原有元器件庫。新增了源自Mircochip、Texas Instru-ments、Linear Technologies等公司550多種元器件，使元件總數達到17000余種。

2.不斷改進虛擬接口。可以隱藏接口名稱、精確名稱定位和更安全的接口命名功能，以此來幫助用戶創建可讀性更高的原理圖。

3.提升了可編程邏輯器件（PLD）原理圖設計仿真與硬件實現一體化融合的性能。

4.新增波特圖分析儀。通過安裝NI ELVISmx驅動軟件4.2.3及以上版本，可以訪問新的NI ELVIS儀器—波特圖分析儀，以幫助學生分析其實際電路。

5.專為學生定制了NI myDAQ。NI myDAQ是一款適合大學工程類課程的便攜式數據采集設備，集成了8個虛擬儀表。NI myDAQ、NI LabVIEW和Multisim三者可以協同工作進行實際的工程實驗，使學生在課堂或實驗室之外也能接觸原型系統并分析電路性能。

6.增加了AC單頻分析。

7.提高打開和保存文件的速度以及移動組件、取消、更改和重新更改的速度。

8.新增NI范例查找器。

9.提高了Multisim原理圖與Ultiboard布線之間的設計同步性與完整性。包括對設計沖突的用戶界面改進，允許對同一封裝中多個門電路之間進行顯式匹配的全新對話框以及通過電子表格視圖中的結果標簽頁來更方便地找出那些容易被忽略的設計改動。

四、教學設計分析

（一）模擬電子技術授課主要思路

精選內容、推陳出新，講清基本概念、基本電路的工作原理和基本分析方法。對較簡單的電路，進行人工計算分析;對較復雜的電路，利用計算機及相應軟件進行仿真分析和設計。隨著電子技術硬件的發展和仿真軟件的不斷升級，目前，硬件與軟件之間的界限越來越模糊，在利用軟件對電路進行輔助設計時，不能輕視硬件，引導學生全面發展。

（二）模擬電子技術授課內容安排

注重貫徹從實際出發，由淺入深、由一般到特殊、從感性認識上升到理性分析等原則，通過各種半導體器件及其電路來講清楚模擬電子技術中的基本慨念、基本原理和基本分析方法。對于基本的和常用的半導體電路，除了作定性的分析外還要介紹工程計算、設計方法和軟件設計仿真方法。為了加深對課堂知識的理解，注重multisim仿真電路實例分析，課后配置一定量的作業加以鞏固。理論講解、multisim仿真、學生課堂練習基本上達到1：1：1的時間分配，以增強學生的學習主體地位，促使學生積極動腦思考、及時動手實操，讓學生在課堂上有課可聽、有事可做。

（三）multisim在模擬電子技術課堂的應用

模擬電子技術是研究半導體器件的性能、電路及其應用的學科。它主要包括晶體管放大電路、反饋放大電路、集成運算放大電路、信號產生及變換電路和電源電路。放大電路是模擬電子技術基本的單元電路，主要有共發射極、共集電極和共基極三種基本組態放大電路，現以共發射極放大電路為例進行應用。

1.在multisim中建立原理圖

打開multisim軟件，在電路仿真工作區創建仿真電路圖，如圖1所示。

2.靜態分析

（1）直流工作點分析

在multisim界面中，依次點擊菜單欄中的仿真（simulate）、分析（analyses）、直流工作點分析（DC operating point analysis），如圖2所示。

（2）電路直流掃描

直流掃描分析主要是觀察電源電壓對發射極的影響，在multisim界面中，依次點擊菜單欄中的仿真（simulate）、分析（anal-yses）、電路直流掃描分析（DC sweep analysis），在輸出（output vari-able）選項卡中選擇需要仿真的節點7和電源電壓變化范圍，然后點擊仿真（simulatea）按鈕，如圖3所示。由圖可知，只有當電源電壓超過5V時，發射極電壓才隨電源電壓增大而增加，與放大器工作原理相符合。

3.動態分析

（1）輸入輸出波形

在放大電路設置合適的信號源，調整偏置電阻，通過示波器觀察輸入輸出波形，通道A接輸入波形，通道B接輸出波形，如圖4所示。可以直觀的看到輸出與輸入波形相位相反，通道B（1v/div）的幅度比通道A（20mv/div）的幅度大得多，符合共發射極倒相放大原理。

（2）交流分析

在multisim界面中，依次點擊菜單欄中的仿真（simulate）、分析（analyses）、交流分析（AC analysis），在頻率參數（frequency par-ameters）選項卡中設置參數，在輸出（output variable）選項卡中選擇需要仿真的節點4，再點擊仿真（simulatea）按鈕，如圖5所示。

五、效果分析

在課堂上通過1 ∶ 1 ∶ 1模式對模擬電子技術的基本理論講解、基本分析方法的剖析，再及時運用multisim軟件的仿真，讓學生直觀地感受模擬電子技術相關參數的設置對電路的影響是非常大的。課后再用實際電子產品進行分析驗證，即滿足了學生的好奇心，又提高了學生的學習興趣，增強了學生的動手操作技能。運用multisim在模擬電子技術課堂的教學，激發了學生的學習興趣，提高了學生的學習效率，提升了學生的學習質量。

Multisim在模擬電子技術課程中的及時應用，減少了學校的辦學成本，提高了模擬電子技術課程的教學質量，促進了學生的學習，培養了學生學習理論、驗證理論的好習慣。

Multisim仿真在課堂中作為教學手段和學習探索的工具，在教學中發揮了很好的功效，取得了很好的教學效果，符合教育主管部門要求加大虛擬仿真實驗的建設要求。

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