Multisim仿真軟件在模擬電子技術教學中的應用

李正東 李秀玲 涂科

摘? 要 模擬電子技術是高校電子、通信、計算機類專業的一門核心基礎課程，具有理論復雜、內容抽象、理解困難等特點。描述Multisim虛擬仿真軟件在模擬電子技術課程教學中的典型應用，探討對理論課堂教學的影響。實踐表明，在模擬電子技術課程教學中運用仿真軟件，強化了學生對抽象理論的領會，提高了實驗課程的教學效率，為組織生動高效的課堂教學并提高課堂教學質量和效能提供了支持。

關鍵詞 Multisim;模擬電子技術;仿真軟件;實驗平臺;555定時器;

中圖分類號：TP391.9? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）12-0041-03

Application of Multisim Simulation Software in Teaching of Ana-log Electronic Technology//LI Zhengdong， LI Xiuling， TU KeAbstract Analog electronic technology is a core basic course of?electronic specialty in colleges and universities. It has the characte-ristics of complex theory， abstract content， and difficult to under-stand. This paper mainly discusses the typical application examples of Multisim virtual simulation software in the teaching of analog electronic technology. The practice shows that the application of simulation software in the teaching of analog electronic technology is helpful for students to understand the abstract theory， master the relevant knowledge deeply， organize vivid and efficient classroom teaching， and promote the quality and efficiency of classroom tea-ching.Key words Multisim; analog electronic technology; simulation soft-ware; experimental platform; 555 timer

1 前言

模擬電子技術是高校電子、通信、計算機等相關專業開設的一門核心基礎課程，學好本門課程可為學習后面專業知識打下堅實的基礎。在模擬電子技術課程教學中，教師在講解基礎知識、理論、方法的同時，更重要的是要讓學生學會分析問題的辦法和處置實際問題的本領。由于本課程的實踐性很強，故而在教學過程中必須利用實驗平臺，但實驗教學存在一些問題，如部分實驗需要的元器種類繁多，不易實現;有時因實驗操作錯誤，導致元器件損壞、人身傷害等。采用Multisim虛擬仿真軟件對電路完成輔助驗證，既可以不受實驗場地、儀器的影響，也可以避免元器件損壞及人身傷害風險，提高了安全性。同時，通過運用虛擬仿真儀器，教師可以指導學生實時觀察電子電路各位置的信號波形，加深對原理的理解，從而極大地提高課堂教學質量[1-3]。

2 Multisim仿真軟件簡介

Multisim是美國National Instruments公司研發的一款電子設計自動化軟件，用來對模擬、數字電路進行仿真[4-5]。

Multisim軟件具有界面直觀、操作方便、元件調用便捷、元件標注直觀、仿真真實感較強、與實際的實驗平臺類似度極高等優點。軟件具有類型齊全的元器件庫、種類多樣的測試儀器（如萬用表、示波器、信號發生器、邏輯變換器、邏輯分析儀等）、完善的仿真分析手段、豐富的仿真能力等特點，是目前在電路分析中應用較廣的仿真軟件。Multisim仿真軟件界面如圖1所示。

3 Multisim仿真軟件在模擬電子技術教學中的應用范例：555定時器構成單穩態觸發器

555定時器是一種非常有用且精確的定時器，既能作為定時器使用，也能作為振蕩器使用。作為定時器，最常見的是單穩態模式，555定時器能方便地產生單脈沖。當在觸發端加上觸發電壓時，該芯片將輸出單個矩形波，波形的寬度由外部RC電路決定。作為振蕩器，最常見的是非穩態模式，555定時器可以產生方波輸出，波形脈寬、頻率可通過兩個外部的RC充電、放電電路調整。555定時器內部結構圖如圖2所示。圖2中的三個5 kΩ的電阻在電源電壓和地之間充當一個三級分壓器。最底部的5 kΩ的電阻上端電壓為1/3Vcc，中間的5 kΩ電阻的上端電壓為2/3Vcc。比較器同相和反相輸入端的電壓大小決定了輸出高電平還是低電平。如果比較器同相輸入端的電壓比反相輸入端的電壓大，那么它的輸出邏輯電平為高;否則，輸出邏輯電平為低。比較器輸出結果送給RS觸發器作輸入，觸發器的輸出由RS輸入端的電壓狀態決定。

在單穩態工作模式下，觸發器有兩個工作模式，一個是穩態模式，一個是暫穩態模式。當給555定時器電路輸入外部脈沖時，單穩態觸發器就會由一個穩定狀態變化為一個暫穩態狀態。因為電路中RC延時電路電容充、放電，從而引起555定時器兩個輸入腳（2腳、6腳）的輸入電壓發生變化，與電阻上電壓比較后會影響555定時器的輸出，最終導致暫穩態保持一段時間后，又回到初始的穩態。

用Multisim模擬仿真軟件搭建555定時器單穩態觸發器，如圖3所示，電源電壓為5 V，輸入觸發電壓Vin為占空比95%、頻率0.02 kHz的方波信號代替。在單穩態電路中，555定時器初始輸出為低電平，此時放電晶體管導通狀態。當在第2腳施加一個負的觸發脈沖時，比較器2的同相輸入端電壓與反相輸入端電壓進行比較后得V->V+，所以比較器2輸出低電平，導致觸發器置位，輸出高電平。此時，放電晶體管截止，電源開始給電容C1充電，充電電壓從0 V

向Vcc增大。當電容充電電壓達到2/3Vcc時，比較器1的同相輸入端電壓與反相輸入端電壓進行比較后得V->V+，比較器1輸出低電平，導致觸發器復位為低電平。此時，放電晶體管導通，電容C1上電壓迅速放電到0 V，輸出將保持低穩態，直到施加另一個觸發脈沖為止。

用模擬的泰克示波器分別顯示2腳輸入方波控制信號、6腳處電容C1上的電壓信號、3腳輸出信號，三路信號的波形圖如圖4所示。單穩態電路只有一種穩態，輸出復位在

0 V，當2腳輸入一個反相的觸發脈沖后，輸出將被置位高電平，其持續時間由R1C1網絡確定。高電平輸出脈沖的寬度為：

twidth=1.1R1C1

根據理論分析，當修改外加電阻R1或電容C1的數值時，電容充電的時間會發生變化，因此在波形圖上也應該有相應的變化。現在Multisim仿真軟件中將電容C的數值由

0.2 μf變為0.4 μf，經軟件仿真后，所得仿真波形圖如圖5所示。由于此時電容充電時間常數增大一倍，因此，電容充電時間加長，高電平輸出脈沖的寬度也產生相應的延長。實驗仿真測到的數據與理論分析結果是一致的。

經過對555定時器構成單穩態觸發器電路的仿真過程進行剖析，信號的輸入波形與輸出波形的關系非常清晰明了。運用Multisim仿真軟件仿真輔助理論教學，能夠使學生十分直觀地看到實驗現象，從而加深對理論知識的了解，極大地提高理論課程的課堂教學效率。

4 結語

Multisim模擬仿真軟件界面明晰、操作容易，仿真效果形象生動。在理論教學中應用Multisim仿真軟件來輔助教學，能夠使學生將理論知識和模擬仿真過程緊密聯系起來，加深對理論知識的理解程度，以解決純理論不便于理解、實驗組織復雜的問題。同時，模擬仿真軟件的使用不受教學學時的限制，學生可以利用課余時間對所學知識進行仿真練習，這對開展翻轉課堂教學、培養學生的自主學習能力、提高課程教學質量等都具有積極的意義。

參考文獻

[1]張林，鄧天平，彭立.“模擬電子技術基礎”翻轉課堂教學實踐[J].電氣電子教學學報，2018，40（2）：57-61.

[2]鐘兆根，孫雪麗，張亞周，等.NI ELVIS在模擬電子技術教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2019（14）：31-33.

[3]葉朝輝，華成英，閻捷，等.模擬電子技術實踐創新能力培養的探索[J].實驗技術與管理，2017，34（1）：29-32.

[4]梁麗.Multisim仿真軟件在電子電路設計中的應用[J].中國教育技術裝備，2015（10）：35-37.

[5]佘艷，林晨.Multisim仿真在電工電子實驗中的應用[J].電子世界，2018（15）：185，187.