Multisim在电工电子技术教学中的应用

【摘 要】为了克服电工电子技术课程传统教学方法中所存在的种种弊端，将Multisim仿真软件引入课堂教学，对教学实例及相关电路进行仿真分析，使得复杂的电路理论简单化，让教学过程更加形象直观。该方法不仅可以提高教学质量，而且还可以激发学生的学习兴趣，不失为一种好的教学方法。

【关键词】Multisim；电工电子技术；教学

电工电子技术是工科院校非电类专业的基础课程之一，其内容涵盖电工技术基础、模拟电子技术基础和数字电子技术基础等三部分内容。该课程教学内容主要是由理论和实验两部分组成，是一门理论和实践高度契合的课程。但是在电工电子技术教学中，由于实验设备种类较多，而且也不易携带，所以在教室授课的教师往往将授课重心放在理论讲解和电路的分析计算上，课堂教学与实际电路的应用及操作结合不充分，使得教学内容呈现方式缺乏直观性，非常抽象难懂，因而学生的学习积极性不高，导致该课程的授课效果较差。

随着计算机技术的发展，多媒体教学已广泛应用于高校课堂；另外，电子设计自动化EDA软件Multisim不仅对电路具有良好的仿真分析能力，而且还能够贴近实践操作，完全能满足电工电子技术理论教学中实例展示的需求。因此，通过多媒体技术，将Multisim软件引入电工电子技术教学中，不仅为授课教师提供了一个便捷的电路分析展示平台，而且也让学生在抽象的理论教学中观察到电路运行的真实过程，增加了学生的感性认识，这将大大激发学生的学习兴趣，促进电工电子技术教学的向着更深层次的方向发展。

一、Multisim软件简介

Multisim是加拿大Interactive Image Technoligics公司推出的专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim是一个完整的集成化设计环境，其特点及功能如下：

① 人性化的图形界面：Multisim软件的整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到工作窗口内，用鼠标点击相应的端口即可将其用导线连接。软件中虚拟仪器的控制面板和操作方法都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上展示的一样。

② 丰富的元器件库：Multisim元器件库包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种电子元件，而且用户可以自行创建或修改所需元件模型。

③ 多样化的测试仪器：Multisim具有数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪等多种虚拟仪表，所有仪器均可多台同时使用。

④ 完备的分析手段：Multisim具有直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、噪声分析、失真分析、等多种分析工具，基本能满足一般电路的设计分析需要。

⑤ 强大的仿真能力：Multisim可以对模拟和数字电路进行单独仿真或者混合仿真。

Multisim仿真与虚拟仪器技术可以弥补理论教学中因实验设备不足而造成的理论教学与实际操作相脱节的这一问题。学生可以很方便地把学到的理论知识用Multisim仿真的方法真实的再现，加深学习印象。

二、Multisim在电路计算中的应用

在电工电子技术理论授课中，教师在讲解电路的基本定律（定理）的时候，不仅要对定律进行阐述，而且也要对其进行推导证明，然后还要举例验证定律的正确性。虽然教师对知识点的阐述已经非常明晰了，但是在学生内心总觉得还缺少点什么，其原因在于学生没有观察到实际电路，对教师所传授知识的正确性存在一丝怀疑――这样分析计算对么？为了解决这一问题，让学生在理论知识的学习中观察到电路的工作过程，本人在电工电子技术的理论授课中，采用Multisim软件来进行举例展示，下面以基尔霍夫定律来展示教学过程。

① 对基尔霍夫电压定律进行阐述，并讲解其使用方法；

② 使用教材所给例子，检验该定律的正确性及相应的计算方法

③ 使用Multisim软件绘制的教材所提供电路图；

④ 在电路需要计算电压的位置放置虚拟万用表，并对万用表的功能进行选择；

⑤ 确认所有操作步骤无误后，进行仿真，并记录各个万用表测得的数据；

⑥ 将测量的数据与理论计算的数据相比较，验证理论的正确性，其结果如图1所示。

图1 基尔霍夫电压定律验证实验电路图

通过实验发现，无论是对上述电路中的哪一条回路进行仿真计算，其电压之和为总为零，这与基尔霍夫电压定律完全一致。该仿真过程的优势在于不用复杂计算，便可以得知所需的电路参数，省工省时，形象直观。

三、Multisim在电路设计中的应用

在电工电子技术的授课目的之一是让学生学会分析及设计电路。但是对于没有任何设计经验的学生来说，如何验证自己设计电路的正确性呢？如果遇到复杂的电路如何快速读懂电路的作用呢？Multisim仿真软件可以辅助解决此类问题。此处以最为常见的线性电源电路设计为例来讲解如何应用Multisim来进行电路设计及分析的，其具体步骤如下：

① 分析电路设计需求，划分电路各部分的功能。该电路分为降压、整流、稳压和滤波等四部分；

② 在Multisim软件中，按照功能划分，选取各部分电路所需元件，并按照合理的位置进行布局；

③ 连接各元件，检查并分析电路的可行性；

④ 根据电路所需测量信号的类型，在电路的关键部位放置所需的虚拟仪器，此处只需要虚拟示波器即可；

⑤ 进行仿真测试，并通过虚拟仪器输出的信号验证设计的正确性，并及时更改关键元件的参数，使得电路更为合理，其完整电路如图2所示。

图2 线性电源电路图

通过图2中的两个示波器可以分别观察电路输出信号在各阶段的波形，如图3所示。

图3 示波器输出的各阶段整流信号

通过观察示波器输出的信号波形，不仅可以看到线性电源电路的输出波形，而且还可以根据设计要求，更改相应元件的参数，使得电路满足设计要求。通过Multisim仿真的设计方法不仅降低了电路设计的难度，而且也验证了所设计电路的可实现性；另外，教师还可以引导学生进行探索学习，课外让学生利用软件完成作业。这样有利于培养学生的学习兴趣，并且可以形成良好的学习氛围。

结论电工电子技术教学改革是一个持续不断的探索和改进的过程。通过将Multisim电路虚拟仿真平台引入课堂教学，不但能够帮助师生验证理论，使抽象问题直观化、生动化，还能够给予学生更多观察电路、设计电路的机会，同时也为实际电路的操作提供了演练机会。这对于激发学生的学习热情，提高学生的动手能力都有很大的促进作用，能够有效地提升课程的整体教学效果，达到良好的教学目标。Multisim的引入是电工电子技术课程教学改革的有效手段之一。

参考文献：

[1]白菊荣. Multisim在电路分析系列课程教改中的应用[J]. 西安邮电学院学报，2011第16卷第S1期：93-96

[2]赵丽. 基于Multisim技术的电子实验应用[J]. 实验科学与技术，2008（8）：60-63