仿真软件与电子技术实验教学改革

摘要：本文对电子技术实验教学中出现的问题进行了分析，提出了把仿真软件的运用增加到实验教学中的观点，并介绍了仿真软件Multisim的功能和特点，以及在电子技术实验教学中的应用。

关键词：实验教学改革；电子技术；Multisim

中图分类号：TP319 文献标识码：A

1引言

电子技术是工科电子类专业和计算机专业的专业基础课，教学质量的优劣直接影响到该专业后续课程的学习。该课程分为模拟与数字两部分，在教学中有相当难度。一方面由于这门课的内容广泛，涉及了众多的原理电路和应用电路，学生在学习中需要很长时间来消化；另一方面由于电子技术的实践性较强，必须用大量的实验来辅助和加深理论学习。

为解决第一方面的问题，近年来许多高校在电子课程的教学中应用了多媒体技术，并且形成一种趋势，各校多媒体教学课件的水平也在不断提高。使用多媒体课件不仅可以节省大量板书电路图的时间，而且动画的适当应用也使得教学内容更加生动形象，这对于学生理解理论知识有很大的帮助，课堂教学取得了不错的效果。但对于第二方面，限于实验学时的分配与实验室硬件资源的配置，一直没有很好的解决办法。

以往的电子实验教学方法是在课堂教学后进入实验室对若干个电路进行验证，由于实验室不可能同时容纳所有学生，大部分学生要等待较长的时间才能对所学电路进行实验，在等待的过程中容易产生理论与实验相脱节的现象。即使有少数学生能够在课堂学习之后马上进入实验室，刚刚从课堂听来的知识也还没能全面系统地吸收消化，仍然处于一种似懂非懂的状态中，面对实验设备无从下手，实验的效果并不好。

其次，大多数电子技术实验室都存在严重的元器件品种和数量不足，以及实验仪器、电路板陈旧老化的问题。受到这些硬件条件的影响，电子实验开设的学时较少，实验内容局限在一定范围内并且多属验证性实验。而电子技术这门课的要求是学生能够熟悉大量的原理电路并对简单的应用电路具有分析和设计能力，教学资源与教学目标两者之间形成巨大的落差。学生只能在有限的条件下进行指定的实验项目，不能充分展开设计思想，大量的电路也不可能在有限的实验学时中一一进行验证，这在很大程度上影响了学生的学习效果和学习热情。许多教师曾经抱怨学生对实验环节不够重视，我认为这种现象实在不能归咎于学生。

在这种情况下，教师可以尽量开辟渠道，使学生接触更新颖的实验方法，在有限的学时内提高实验的效率，同时提高学生的分析与设计能力。在实验教学中使用电子线路设计和仿真软件Multisim就是一种很好的尝试。

2仿真软件Multisim

EWB(Electronics Workbench)是加拿大Interactive Image Technologies公司(简称IIT公司)推出的专门用于电子线路设计和仿真的工具软件。20世纪80年代推出的EWB 5.0版本，以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，于20世纪90年代在我国得到迅速推广，受到电子行业技术人员的青睐。跨入21世纪初，IIT公司在保留原版本优点的基础上，增加了更多功能，特别是改进了EWB 5.0软件虚拟仪器调用有数量限制的缺陷，推出了EWB 6.0版本，并取名Multisim，意为多重仿真或万能仿真，也就是Multisim 2001版本，2003年又升级为Multisim 7.0版本。Multisim 7.0功能相当强大，它有十分丰富的电子元器件库，可供用户调用组建仿真电路进行实验；它提供18种基本分析方法，可供用户对电子电路进行各种性能分析；它还有多达17台虚拟仪器仪表和一个实时测量探针，能胜任各种电子电路的分析和仿真实验。Multisim 7.0已经相当成熟和稳定，是IIT公司在电子仿真软件领域中的一个里程碑。以后IIT公司又相继推出Multisim 8.0、8.3.30等版本，2005年以后，加拿大IIT公司已经隶属于美国国家仪器公司(National Instrument，简称NI公司)。美国NI公司于2006年初首次推出Multisim 9.0版本，该版本的界面、元件调用方式、搭建电路、虚拟仿真、电路基本分析方法等还是沿袭了之前各版本的优良传统，软件的内容和功能又取得很大进步。比如元件工具条中增加了单片机和先进的三维设备。另外，Multisim 9.0基本界面右边的虚拟仪器工具条下方增加了4台LabVIEW采样仪器，分别是麦克风、播放器、信号发生器和信号分析仪。2007年初，NI公司又推出最新的NI Multisim 10版本。

Multisim操作界面如下图所示，面对显示器如同在实验室面对着一个左面放着器件、右面放着仪表、中间放着实验面包板的工作台，常用元器件库有信号源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟器件库、TTL数字集成电路库、CMOS数字集成电路库、其他数字器件库、混合器件库、指示器件库、其他器件库、射频器件库、机电器件库等，可供用户调用组建电路进行实验；仪器仪表栏依次为数字万用表、函数发生器、瓦特表、双通道示波器、四通道示波器、波特图仪、频率计、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、IV分析仪、失真分析仪、频谱分析仪、网络分析仪、Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器等，能胜任各种电子电路的分析和仿真实验。在仿真―分析菜单下，Multisim提供的基本分析功能如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、失真分析、噪声分析、直流扫描分析、参数扫描分析等等，可供用户对电子电路进行各种性能分析；不仅如此，Multisim的交互式仿真功能，可以在仿真的同时通过键盘简单地改变交互式元件的参数，立即就可以得到相应的仿真结果。可以说，在计算机上运行Multisim，就如同走进一个设备先进功能完善的电子实验室。

3在电子实验教学中运用Multisim 仿真技术的方法和优势

Multisim可以实现仿真实验教学，在实验教学中引入Multisim等仿真技术既是教学内容与手段改革的必然趋势，也是学科建设和发展的迫切需要，但决不能忽视了硬件实验的重要性。只有在教学中将现代化手段与传统模式相结合，才可以帮助学生更快更好地掌握知识，进一步培养和提高学生综合实验和创新的能力。在电子实验教学中运用Multisim仿真技术的方法是让学生在正式实验之前，先在Multisim上模拟实验，然后再在真实实验设备上进行。这样既可以弥补学生实验学时的不足，又可以提高实验效果，对于培养学生的综合实践能力也是非常有益的。与传统的电子实验相比，这种方法具有如下优势。

(1) 经济优势

有些实验设备昂贵，特别是较为先进的实验设备，需

要很大的资金投入，而且平时维护的工作量也比较大。Multisim仿真软件功能强大、动态逼真，它提供的最坏情况分析、温度扫描分析、噪声分析等功能是一般电子实验所不具备的。同时，使用Multisim在计算机上建立虚拟电子电路实验平台，实验中不会消耗元器件，弥补了传统实验元器件损耗大的缺陷，并省去大量的实验准备时间，降低了实验成本。更为重要的是仿真实验的引入突破了时间和空间的限制，使实验场地不再局限于传统意义的实验室，所有配备电脑的教室甚至学生寝室都可以用来进行实验，实现一机多用，一室多用，大大提高了实验设施的利用率。

(2) 提高实验学习效率

利用Multisim软件进行电子技术仿真实验，实验过程非常接近实际操作的效果。学生在这个虚拟的电子实验平台上练习之后，一些注意事项、实验原理、仪器使用方法等已经基本掌握，再到实验室进行实验时就可以很好地避免盲目操作，实验效率大大提高。使用Multisim仿真软件可以方便地建立各种所需电路，快速准确地对电路进行仿真分析。与传统实验过程相比较，节省了实际元器件安装调测的过程。而且Multisim能够进行交互式仿真，学生在实验过程中可以不断修改电路，同时观察仿真结果，发现错误可以立即更正，调试方便，不必重新搭建电路。

(3) 有助于学生创新能力的培养

在Multisim这个虚拟的电子实验平台上，学生可以根据兴趣自己选择实验内容，自行设计实验方案，自主地进行电路分析和设计；实验项目不再局限于实验教材，设计性实验的比例提高了，综合性、研究型实验逐渐进入学习范围。这种方式激发了学生自主学习的积极性，拓展了学生的思维发展空间，培养和提高了学生的综合实验能力。学生在进行仿真实验的过程中会遇到问题、分析问题、解决问题，最终积累经验，这就是一个自我学习的过程。学生有独立思考、自主探索的时间和空间，可以使学生深刻地掌握原理运用知识，还可以帮助他们把各个分离的知识点组合为一个整体。学生的独立思考能力、动手操作能力、分析问题能力、解决问题能力、创新能力也都会得到提高。

4结束语

在实验教学中使用电子线路设计和仿真软件Multisim，解决了学生理论学习与动手实验这两个环节之间的衔接问题；增加了实验的数量、扩展了实验的范围、加大了设计性实验的比例，能够引起学生的兴趣；同时可以在不增加硬件投入的情况下有效地缓解实验室资源的紧张。现今的工程设计人员在做设计时都是先用仿真软件模拟，然后再实践。因此以学生为起点，利用Multisim仿真软件做虚拟实验，使学生既掌握了一种新的电子电路设计软件，又掌握了一门新型的实验分析方法，在将来的就业竞争中具有一定的优势。

参考文献

[1] 华成英,童诗白. 模拟电子技术基础(第四版)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

[2] 韩力,吴海霞,齐春东. Electronics Workbench应用教程[M]. 北京:电子工业出版社,2006.

[3] 余群,舒华,陈新兵. MultiSim进行电子电路设计的教学研究[J]. 实验科学与技术,2007,(10).

Applied Multisim On Electronic Technology Experimental Teaching

Abstract: This paper analysis’s the problems of the electronic technology experimental teaching, suggests to take simulation software’s into the experimental teaching, introduces functions and feathers of the Multisim, and describe the applications on experimental teaching

Keywords: experimental teaching, electronic technology, Multisim