Multisim 9在电工学教学过程中的应用

2010-06-12李玉长尹均萍

电气电子教学学报 2010年2期

李玉长，尹均萍

（合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽合肥230009）

0 Multisim 9简介

Multisim 9是美国NI公司最新推出的EDA技术，即电子设计自动化技术。Multisim 9继承了EWB5.0C和Multisim 2001软件的优点，在功能和操作方面做了较大规模的改动和升级，扩充了器件库中器件的数量，器件模型设计得更加精确、仿真分析项目增多、分析结果更加精确可靠，它可以完成各种类型电路的设计与仿真，用户还可以上网对仿真元器件库进行升级，从而大大增强了电路的设计与仿真功能。

1 EDA软件渗透于课堂教学的全过程

多年来“电工学”教学工作使我们认识到，非电专业同学初学“电工学”常存在“少兴趣、难点多、学时少、负担重”等问题。针对这些问题，首先，我们于08年就将最新版Multisim 9编入电工学教材［2］，期望把先进的工具软件EDA技术贯穿于电工学教材，使电工学教材的内容及时反映科学技术发展的新成果。

其次，我们将Multisim 9强大的仿真功能渗透于课堂教学的全过程，根据教学经验，针对非电专业同学难于理解和难于接受的章节内容，例如，R、L、C元件的交、直流特性、暂态过程、单管交流放大电路、负反馈、计数器等章节内容，随时进行仿真分析和课堂演示。这样一方面提高了同学们的学习兴趣，另一方面也提高了同学们的认知能力，在这里Multisim 9起到了很好的教学辅助作用，教学效果明显。

例如在讲完R、L、C元件后，我们在课堂上集中仿真如图1所示。

图1 R、L、C元件的交、直流特性仿真

通过上述仿真和演示比较，学生们对R、L、C元件在交、直流电路中呈现的特性一目了然。为暂态过程、交流放大电路的交、直流通路等后续课程打下了坚实的基础。

又如在讲完基本放大电路后，我们进行了单管共射放大电路的仿真与分析，如图2所示。

由如图2（a）所示的静态仿真可知，IE＝IB＋IC，UCE≈6V。若改变Rp，则可实时演示静态工作点的变化。若增大Rp，则显示IC减小，UCE增大；若减小Rp，则显示IC增大，UCE减小。

图2 单管共射放大器的仿真和仿真的失真波形

通过图2（b）所示的动态仿真，可以得出放大电路的电压放大倍数Au≈10，同时通过示波器可以看到输出电压与输入电压反相。

调节电位器RP，改变静态工作点，可以看到输出波形不失真和发生截止、饱和失真时的波形，如图2（c）～（e）所示。

通过放大器的动态仿真与比较分析，使同学们对单管放大电路的电压放大倍数；输出电压与输入电压反相；负载变化对放大倍数的影响；饱和失真与截止失真等诸多概念有了比较直观的印象，加深了对教材内容的理解，有利于理论联系实际。

由于学时紧，仿真的文件是根据教学内容的需要教师在课外首先做好，在课堂上课时不再讲述电路的具体建立过程，只是把电路仿真给同学看，使同学对所讲的理论知识加深理解。电路的建立过程作为课外练习留给学生，这样一方面激励学生自学Multisim 9仿真软件做仿真练习，另一方面也提高了学生学习电工学课程的兴趣。

2 EDA软件应用于实验教学

我校电工学实验课的内容实际分为三个部分，先是预习部分，其次是仿真实验部分，最后是实物实验部分，即要求学生先在Multisim 9中做相关实验的仿真实验，然后才允许进实验室做实物电工电子实验。预习部分和仿真实验部分是学生利用课余时间完成的。仿真实验可以在自己的手提电脑上完成，也可以在电工电子实验室的机房完成。通过这两步后，学生对所做的实验已有了大致的了解，实验结果也心里有数。虽然这样学生的课外实验任务加重，但有了前面的准备工作，学生在实验室的实验的时间缩短了，实验效果却大大提高了。

例如做晶体管共射极单管放大器实验，教师先要求学生预习实验目的、实验原理等相关内容，同时给出Multisim 9仿真实验的电路、参数和仪器；给出仿真实验的内容；给出仿真实验的步骤。

学生根据教师的要求和仿真实验步骤，第一步从Multisim 9元件库中取出电路中所需的元件，连接好电路，设置好参数，并接上测试所需的电压表和电流表。第二步测试静态工作点，将电位器Rp调到50%，令输入信号ui为零，各静态值的仿真结果如图2（a）所示。第三步输入信号ui的幅值设置为100mV，观察输入电压和输出电压的动态仿真数值和波形，如图2（b）和图2（c）所示。第四步保持ui幅值不变，若将电位器Rp调至90%，用示波器观察输入输出电压波形，此时输出电压出现截止失真，如图2（d）所示；若改变Rp为10%，则输出电压出现饱和失真，如图2（e）所示。第五步通过上述仿真可计算出放大电路的电压增益Au。第六步还可以观察有无旁路电容Ce的动态仿真，这时在图中去掉Ce即可。

学生通过上述仿真实验后，再进实验室进行实物单管交流放大器的实验，其实验效果显而易见。

先预习实验内容、后做仿真实验、虽然增加了教师和学生的学时，但丰富了实验教学的手段和内容，可以让同学们随心所欲地搭接各种电路，接入各种仪器仪表，使仿真实验做的又快又好，而不用担心接错线路或烧坏仪器设备，增加了实验的安全性、趣味性和吸引力，最终使实物实验取得更加良好的实验效果。