高职模拟电子技术虚拟仿真辅助教学的实践与研究

【摘　要】虚拟仿真平台（Multisim11）是近年来国内外使用频率很高的电子设计仿真软件。我们以模拟电子技术中差分放大电路仿真教学为例，在给定相关参数的情况下，通过温度扫瞄分析和波形等可直观的展示Multisim11仿真实验在模拟电子技术课堂辅助教学上的优势，拓展了教学思路，更加培养了学生的自主学习能力和电路设计能力。

【关键词】Multisim　虚拟仿真　模拟电子技术　电子设计　辅助教学

一、引言

模拟电子技术是高等职业院校电类相关专业的一门应用性较强的专业基础课，该课程主要是培养学生在模电方面的基本应用能力，培养其解决、分析与模拟电子技术相关的问题的能力。在以往的教学模式中，理论与实践脱节现象严重，知识点抽象不够直观，学生难以理解吸收，打击了学生学习电子技术的学习积极性。随着计算机仿真技术的发展，在课堂和实践教学中充分利用计算机仿真平台将模拟电子技术中枯燥抽象的理论分析以仿真动画、波形、指示灯等形式直观、生动的表现出来，使模拟电子技术课程的教学内容更加易于吸收。课堂教学不仅仅停留在理论分析，而是与实践紧密结合在一起，丰富了教学内容，帮助学生更好的掌握所学的知识点，激发学生的学习兴趣和自主学习积极性，提高了教学效果。

二、Multisim简介

Multisim是美国NI（National Instruments）公司开发的仿真软件，经过多次更新换代，现在已经在使用Multisim11版本。此软件主要是在PC平台上构成一个利用图形操作界面对一个与实际情况非常类似的电路实验进行虚拟仿真的工作台，它几乎能够仿真在实验室内所进行的大部份的电子电路实验，因此在电子电路分析、设计、仿真等项工作中已被广泛地应用，是目前世界上最受欢迎的EDA软件之一，已被广泛应用于国内外的教育界和电子技术界。

三、Multisim在差分放大电路教学中的应用

（一）过程分析

差分放大电路又名差动放大电路，是集成运算放大器中重要的基本单元电路，广泛地应用于多级直接耦合放大电路的输入级，主要用于拟制“温漂”等“零点漂移”现象，这是差分放大电路的突出优点，而往常的教学中该知识点总是较为抽象且难以理解。而利用“Multisim 仿真手段”，让学生通过温度扫瞄仪和示波器等仿真仪器对比观察共发射级放大电路、差分放大电路仿真测量和温度扫描仿真分析的结果，可简单、形象地检测放大电路的“温漂”（“零点漂移”）特性。通过调节各元件的参数或调整电路结构，观测即时变化的波形和图表，学生可以轻松对比出传统共射放大实验电路和带恒流源的差分放大电路的在不同温度情况下的性能指标。

（二）模型搭建及电路仿真

1. 传统共射放大实验电路的温度扫描分析

在Multisim11仿真平台中，搭建如图1（a）所示共射放大实验电路。单击Multisim11 “仿真分析菜单”中的“温度扫描分析”按钮。在弹出的窗口设置栏中将相关参数设置好，如图1（b）所示。单击“仿真”按钮开始仿真，得到如图1（c）所示共发射级放大电路的温扫分析特性曲线图及相关参数值。

通过观测图1（c）的曲线图及所得数值表，可以看出：首先图1（a）所示实验电路的输出电压负温度系数变化现象明显；然后当测试温度从初始值最终上升到110°C时，此时产生的输出电压最大偏差是DVo=（636.1505-567.4128）mV=68.7377mV，变化了大约10.78%。

2.对改进后的差动放大电路进行温度扫描分析

为了增加以上两种电路的对比性，采用了相同的三极管组成的并按单端输出、单端输入接法的有恒流源（输出交流电阻相当于发射极电阻Re）的差分放大实验电路，且信号源、负载等电路参数都相同，如图2（a）所示。在Multisim11仿真平台中新建文件，按图2（a）所示在平台中构建好新的线路，同时对示波器参数调整，最后开启仿真按钮，得到新的测量波形图，如图2（b）所示。通过理论教学可得，在差分放大电路、特别是单端输出接法的差分放大电路中，可以通过增大发射极电阻Re的阻值，来达到有效抑制任一边电路的温漂，并使得共模抑制比提高。

所以这种以工作在放大内的三极管所组成的恒流源来代替差分电路中的射极电阻Re和集电极电阻Rc的手段在各类集成运放电路中被广泛运用。既使得射极电阻Re的增大了阻值，使集成电路中难以得到大电阻及高电压的问题得到克服，又能够将KCMR（共模抑制比）增加了1~2个级别。

再次进行温度分析扫描。在弹出的窗口对话栏中设置线性的扫描方式；将扫描点数设为两点；设置好分析的起点温度26°C；以及终点温度110°C；调整好瞬态分析类型；然后调节起始点时间值为0Sec，终点时间值改为0.001Sec，也就是信号周期；接着在“输出”项目中将待分析的输出节点设置为节点V；单击仿真开始按钮，随即得到如图3所示此改进电路的温度分析扫描特性曲线图及所得参数值。从图3所示的温度分析扫描特性曲线图及参数列表中可以观测到，当温度从起点26°C上升到终点110°C时，图2（a）所示带恒流源的差分放大电路节点V[6]产生的输出电压最大偏差为：DVo=（5.5103-5.47144）V=0.03886V高温110°C时的输出电压最大值比低温26°C时的输出电压最大值仅仅降低了约0.71%。

3. 对比、剖析、讨论

由图1所示共射放大电路的温度扫描仿真分析及图2所示差分放大电路的仿真测量和图4所示温度扫描仿真分析的结果可知：

（1）Multisim的温度分析扫描能够非常直观地检测放大电路的零点漂移特性。

（2）单端输出接法的差动放大电路的KCMR较双端输出接法的差动放大电路要低；双端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数是相应单端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数的两倍。

（3）无论是普通放大电路还是差动放大电路，其输出电压都是按负温度系数规律变化的。

四、结论

通过运用Multisim仿真平台，帮助我们缓解了因资金不足导致设备耗材等受限这些因素的限制，使得许多不能进行实物讲解的实验得以通过仿真直观再现，还可进行各种目的不同的训练，使学生的自主分析、设计和应用能力得到培养，高效且低成本。在模电教学过程中，使用Multisim仿真对抽象的理论教学起到了推波助澜的作用，使模电课程的理论与实践完美融合在一起，极大的丰富模拟电子技术的教学内容，并在后继课程的中也有很好的延伸性。

参考文献：

［1］胡宴如主编.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2004.

［2］王连英主编.《基于Multisim 10的电子仿真实验与设计》. 北京邮电大学出版社，2009-08.