Multisim仿真系统软件在电子电路教学中的应用研究

【摘 要】 随着电子工业的快速发展，在电子电路技术日新月异的形势下，技工学校的教学任务和教学手段也在做相应的改进。作为技工学校的一名普通的教师，我们以培养高技能人才为己任，不断寻找更能适应中等职业技术教育的手段和方法。计算机技术应用的产生、发展和壮大，在很大程度上为各行各业的发展起到了至关重要的作用。Multisim是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，它以强大的设计和仿真功能在我国得到广泛的推广和应用。在电路分析，电子电路的教学中，Multisim能指导学生做好实验课程的电路仿真，也从另一方面提高了技校学生的学习兴趣，使教学任务得以更好地完成。

【关键词】 Multisim 仿真 教学应用

1 问题的提出

在以往单一的教学中，教师只是把书本上的知识总结归纳地讲给学生，从学生的角度分析，技校的学生思想比较活跃，但基础知识相对比较差，再加上电路分析本身就是一个很抽象的学科，这就使学生在学习电路分析的时候感到有一定的困难，从而对学习没有兴趣，成绩自然就不好。那么，如何尽快地培养出满足市场需要的电工电子技能型人才成为教学工作者必须研究的问题。

由于在电子电工实验和实习操作中，我们需要很多相关的实验仪器，其中有些仪表仪器价钱比较昂贵，操作起来也比较复杂，若在实验和实习中完全依赖这些昂贵的仪器进行实做训练，投入大，消耗的成本比较高。因此，电路模拟软件就是我们所需要的一种教学新方法。

运用Multisim仿真系统教学是解决这一问题的重要途径。它既能解决学生实习时不熟悉仪表操作的问题，又可以大大提高学生的学习兴趣，还能提高学生的电子电路设计的能力，使课堂的实验演示更加灵活方便。

2 电子设计软件教学模式的确定

职业技术教育的电子电工技术应用专业的职业培训是使学生获得电子电工应用专业职业技能，既能适应现有的社会传统的电工电子专业的需要，也可以参与新项目的研究和开发。为此，我们需要建立一整套适应教学和市场需要的培养体系，使技校的学生除了动手能力、实践能力很强以外，参与新技术研究的能力也得到提高。

电工电子软件的应用技术教学模式应当是将传统的教学模式与新的多媒体教学模式相结合，使学生在掌握书本上的科学知识和专业知识的同时与实践相结合，更能从学生直观地角度来阐述难懂得知识。从另一个方面来说，给一些学习较好的同学一个电子设计的平台，从而能得到更好地锻炼。

3 Multisim仿真系统在教学中的应用

3.1 Multisim仿真系统的选用。我们选用了Multisim2001，它是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件。Multisim2001与EWB相比在功能上有了较大的改进，提供了标准的实际元（器）件库、RF库、功能强大品种齐全的仿真仪器和能满足各种需求的分析方法。Multisim2001的开放式元件库和仿真结果的输出，可与多种EDA软件匹配。其本身也是一个完整的系统设计工具，结合Spice、VHDL、Verilog可对模拟、数字和RF电路进行仿真。Multisim2001也被广泛的用作“电路分析”、“模拟电子线路”、“数字电路”和“通信电子线路”等课程的仿真设计平台。使电工、电子技术理论课的教学更加生动活泼，课堂实验演示更加灵活方便。

3.2 Multisim仿真系统在电工电子教学中的应用。

3.2.1 在电路分析中的应用。在电路分析中，戴维南定理一个非常重要的内容，但是，它对于技校的学生来说又是一个十分难理解的解题方法。在理论知识掌握了一定程度以后，我们用Multisim仿真系统软件来验证，会让学生更好理解定理、方法的应用，在Multisim中用万用表分别测量电路的端口电压和端口短路电流，就可以轻松地求出线性电路的戴维南等效电路，使计算简单化。

如图1-1所示电路为例：利用戴维南定理求解戴维南等效电路，同时，熟悉在Multisim中选取元件、连接电路、表头测量的基本操作过程。

图1-1 戴维南定理应用电路

基本操作：①从元器件库中选取电压源和电阻，创建图1-1所示电路。②启动Place菜单中的Place Junction命令，再启动Place中的Place Text命令，在需要添加端点的位置上点击鼠标，输入文字A、B。从右边仪表库中选出数字万用表（Multimeter），并接至端点A、B：表头“+”与A连接，“-”与B连接，如图1-2所示。双击XMM1，在面板上选择“V”和“DC”。启动仿真开关，万用表读数为8.0V，如图1-3所示，此为A、B两端的开路电压。

图1-2 测量开路电压和短路电流

图1-3 图1-4

③仍将万用表接至A、B两端，在面板上选择“A”和“DC”，启动仿真开关，万用表读数为2mA，如图1-4所示。此为A、B两端短路电流。④根据戴维南定理，等效电阻等于电路的端口开路电压和端口短路电流的比值，故该电路的戴维南等效电阻R=8/2=4。⑤根据测量的数据，可画出戴维南等效电路，如图1-5所示。

从这个例子我们可以看出，在解决较复杂的电路问题的时候，可以应用Multisim系统软件将这一解题方法直观的展现在学生面前，使学生能有兴趣接受和掌握这一定理的应用，丰富了课堂教学。

3.2.2 Multisim在电子线路中的应用。在模拟电子线路分析与设计过程中，经常需要选择合适元器件。如果在设计过程中，每换一个元件就进行一次测量，则工作量非常大。利用Multisim提供的大量的仿真分析法，可以为电路设计提供许多有效的方法。

例如：单级共射放大电路是放大电路的基本形式，为获得不失真的放大输出，需要设置合适的静态工作点，静态工作点过高或过低，都会影起信号的失真。通过改变放大电路的偏置电压，可以获得合适的静态工作点。

单级共射放大电路是一个低频、小信号放大电路。当输入信号的幅度过大时，即便有了合适的静态工作点，同样会出现失真。改变输入信号的幅值即可测量出最大不失真输出电压。放大电路的输入、输出电阻是衡量放大器性能的重要参数。那么，我们通过Multisim仿真系统软件，为放大电路选择合适的静态工作点，以及如何利用系统软件测量放大电路的性能参数。

3.2.3 静态工作点的设置。创建如图2-1所示电路，运行仿真开关，可看到如图2-2所示的输出波形。然后我们更改一下元件的参数，看看它对放大电路有什么影响。

双击电阻R3，将其数变为R3=27kohm，可以看到输出波形如图2-3所示。很显然，由于R3增大，三极管基极偏置电压增大，致使基极电流、集电极电流增大，工作点上移，输出波形出现了饱和失真。

图2-1 单级共射放大电路

图2-2 共射放大电路输出 图2-3 共射放大电路输出

由理论分析可知，工作点偏高，易引起饱和失真，消除的方法是：增大基极电阻，以减小基极电流，使工作点下移。如果工作点偏低，会引起截止失真，消除的方法是：减小基极电阻，以增大基极电流，使工作点上移。

在电路窗口单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中点击show命令，选择show node names。启动Simulate菜单中Analysis下的DC Operating Point命令，在弹出的对话框中的Output variables页将节点2、3、4作为仿真分析点，点击Simulate按钮，可获得仿真结果如图2-4所示。

图2-4 仿真分析点

3.2.4 输入信号的变化对方法电路输出的影响。现在我们相应的改变输入信号V1，将输入信号幅值变为5mV时，测得的波形如图2-5所示。再分别改变为15mV、20mV时，都有相应的失真，输出波形上宽下窄，当输入信号幅值改为21mV时，波形严重失真，如图2-6所示。因此说明，由于三极管的非线性，图2-1所示的放大电路仅适合小信号放大，当输入信号太大时，会出现非线性失真。

图2-5改变输入时的输出波形

图2-6改变输入时的输出波形

3.2.5 测量放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻。放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻是放大电路的重要性参数。我们利用数字万用表对它们进行测量。

3.2.5.1 测量放大倍数。利用图2-1所示电路，双击示波器图标，就可以从示波器上观测到输入、输出电压值，计算放大倍数Av=V0/Vi。

3.2.5.2 测量输入电阻。如图2-7所示，将万用表接入电路中。运行仿真开关，可从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则Rif=Ui/Ii，测得频率为1kHz时的输入电阻。

图2-7 输入电阻测试电路

3.2.5.3 测量输出电阻。根据输出电阻计算方法，将负载开路，信号源短路，在输出回路中接入电压表和电流表，如图2-8所示。设置为交流AC，从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则ROf=UO/IO，测得频率为1kHz时的输入电阻。

图2-8 输出电阻测试电路

4 Multisim仿真系统的应用效果、存在的问题及解决的方法

通过以上举例分析，Multisim仿真系统软件无论在教师教学中还是在学生的学习过程中都很方便，在引入仿真教学之前，教师只是仅限于书本上的知识，而学生对这些枯燥的知识没有学习兴趣，既影响了教师的教学效果，也影响学生的学习效果。引入Multisim仿真系统之后，学生可以直观的分析电路，使学生的学习主动性与积极性大为提高。另外，在技能训练中，可以激发学生的动手、动脑能力，大大节约了实习训练成本。

当然，软件的应用也会存在一些问题，比如仿真出来的一些曲线可能和以往见到的不太一样，学生存在对比，以至于混淆；软件对学生英文水平也是一个大的挑战，等等。这就要求教师要正确的引导和指导学生，弥补软件教学的不足。

总之，Multisim加工仿真软件在教学中的应用尚在起步与研究探索阶段，只要积极思考在应用中产生的问题，主动采取应对措施，正确发挥其在教学中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。

参考文献

1 蒋卓勤等.Multisim2001及其在电子设计中的应用.西安电子科技大学出版社

2 电工基础.中国劳动和社会保障出版社

3 电子电路基础.中国劳动和社会保障出版社