Multisim 在电工电子技术课程教学中的应用

沈艳河，李自鹏

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

电工电子技术课程是高职高专非电类工科专业的一门重要的技术基础课，它包含电路基础、电机与变压器、电气控制、模拟电子技术、数字电子技术等多门学科基本知识，是后续专业课程学习和今后工作的基础，也是学生实践动手能力培养与提高的重要部分。 但是，该课程概念抽象、数学公式多、实验性和工程性强，这使我们在使用传统教学手段教学的过程中遇到困难。

随着计算机仿真软件的不断发展，如何有效地利用各种软件提高电工电子技术课程的教学效果值得研究[1]。 而Multisim 软件的出现与多媒体教学手段的广泛使用，为电工电子技术课程教学理念的更新和教学手段的改革提供了条件。 本文试结合黄河水利职业技术学院国家示范性高等职业院校建设中相关专业课程的教学改革实践，对Multisim 在电工电子技术教学中的应用进行探讨。

1 引入Multisim 的必要性与可行性

1.1 必要性

2006 年12 月，学院被教育部、财政部正式确定为国家示范性高等职业院校建设计划2006 年度立项建设单位。 随着示范性建设的深入展开，学院确立了以就业为导向、产学研结合的教学理念，教学计划也随之发生了相应的变化。 大学物理课程不再作为机电工程系工程机械、汽车故障诊断和维修、数控技术、机电一体化技术、模具设计、机械制造与设计6 个专业的教学内容，同时高等数学的学时也大幅压缩。 由于大学物理课程内容中电学方面知识的缺失和数学分析手段的弱化，给电工电子技术教学带来了更大的难度。

目前在电工电子技术实验教学方面，我院仍主要采用实物元器件进行硬件连线的测试方式。 这种传统实验方式由于受实验条件的限制，在给学生开设扩展型、设计型和综合型的实验课时经常遇到困难，特别是新器件、新设备价格昂贵，购置更为不易。 并且，随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品与计算机联系日益紧密， 电子电路也日臻完善，而实验仪器的更新周期却越来越短，由于资金等方面的原因， 学校实验室不可能总是购买最新的实验设备。 这在一定程度上造成了实验条件、设备与工程实际的脱节。 同时，原有的实验设备老化也造成了实验的不便和不理想[2]。 另外，高校扩招后，随着我校学生数量的增多，在实验教学的安排上也出现了一定程度的紧张，在规定的时间，学生无法真正完成实验， 造成电工电子技术实验课质量下滑的现象。 如何在我校现有的条件下，提高理论教学和实验教学效果， 是任课教师一直在探索和思考的问题。

Multisim 的出现，在一定时期内、一定程度上为我们解决这个问题提供了条件。 Multisim 仿真技术与多媒体教学相结合，可以将虚拟实验室搬到理论课堂的教学中。 教师可以深入浅出地分析各种电路及元器件的特性，讲解各种参数改变造成的影响，贴近实际地进行实验设备的调试分析。

1.2 可行性

1.2.1 Multisim 10 的特点

Multisim 是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics 简称IIT 公司)推出的以Wind ows 为基础的仿真工具，被美国NI 公司收购后，更名为NI Multisim。 而V10.0 即NI Multisim 10，是National Instruments 推出的Multisim 最新版本。 它具有以下特点[3]:

（1）用软件的方法虚拟电子、电工元器件。（2）元器件库提供了数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库。 （3）虚拟测试仪器仪表种类齐全。（4）具有较为详细的电路分析功能。（5）可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学电路、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。（6）可以实现计算机仿真设计和虚拟实验。

1.2.2 Multisim 10 在教学中的应用

1）理论教学。综合Multisim 10 仿真技术和多媒体教学，将虚拟实验室搬到理论教学课堂的教学中，借助Multisim 10，对一些抽象的概念和繁杂的数学推理进行仿真，用波形、图形等形式生动形象地进行表现，可以使理论教学的内容言之有物，不再枯燥无味，从而调动学生的学习兴趣，提高教学效果。

2）实验教学。 （1）使用Multisim 10 的虚拟电子实验技术，在创建实验电路时，元器件和测试仪器均可直接从元件库中选取，而且软件中的测试仪器的图形与实物外形基本相似。 在仿真试验的过程中，可使学生熟悉常用电子仪器的测量方法。（2）利用软件中提供的各种分析方法，可以帮助学生更快更好地掌握教学内容，加深对概念、原理的理解。（3）利用Multisim 10 仿真软件进行电工电子技术教学，不仅可以弥补实验仪器、元器件短缺以及规格不符合要求等缺点，还能培养学生的综合分析能力和创新能力。 总之，仿真实验是计算机技术飞速发展的必然产物，是一种现代化的教学手段，它能弥补传统实验教学的不足。 与传统实验教学方法相比，这种虚拟仪器技术既省时又经济，而且还可以避免试验中发生各种损坏和事故。

当然，也不能将实验教学完全建立在仿真实验的基础上，因为仿真实验毕竟有自己的缺陷。 比如完全采用仿真实验来进行实验教学，会淡化学生对真实仪器的感受，减弱学生的基本操作技能[4]。

基于此，我们采用仿真实验与传统实验相结合的方法，根据现有实验条件去完成基本的实验，相对复杂的实验采用仿真实验进行预习，使学生熟悉实验仪器、实验原理、实验内容和实验操作，等到有一定的感性认识后再进行实际操作，以避免初次实验时的盲目性和对元器件的损坏。 另外，采用仿真实验去完成创新性、综合性实验和设计，或指导学生根据兴趣采用仿真方法进行一些实验。 仿真实验与传统实验相结合的方法不仅加深了学生对实验的理解，同时提高了他们实践动手能力、创新能力和计算机应用能力。

2 Multisim 应用实践

2.1 组装调幅收音机实习应用实例

组装调幅收音机是我院电工电子技术课程一个重要实习项目，通过这项实习，培养学生的动手能力，使学生能够识别常见的电子元器件，能够操作相应的电工工具，使用相关的仪器，了解电子设备制作、装调的全过程，掌握查找及排除电子电路故障的常用方法。 但是，在实习过程中，学生普遍反映收音机的原理太抽象、理解不了，组装的过程中也经常发生元器件张冠李戴的错误，对元器件造成很大的损坏和浪费。

在电工电子技术课程中引入Multisim 10 仿真软件之后，我们在理论教学与实践教学之间架起了衔接的桥梁，解决了理论教学与实践脱节问题。 在进行收音机组装项目之前，我们先安排了4 个课时的仿真实验， 通过Multisim 10 虚拟实验室功能，对收音机的原理及各元器件的功能进行讲解和演示，使学生对收音机的原理及各元器件都有了初步的认识。 之后，再进行实习，错误就很少发生，元器件基本上没有张冠李戴现象。

2.2 AM 调制实习应用实例

下面以AM 调制为例，来介绍Multisim 10 在电工电子课程实验中的使用[5]。

2.2.1 分析实验原理调幅是载波信号的振幅随着调制信号的某种特征的变换而变化。声音信号由1KHZ 交流信号源V1（图中用蓝色正弦信号显示）提供，高频载波信号由20KHZ 交流信号源V2 提供，模拟乘法器A1 使声音信号与载波信号做乘法运算，V3=V1*V2。 虚拟示波器XSC1 的A、B 通道分别输入的是声音信号和载波信号，虚拟示波器XSC2 用来观察AM 信号。

2.2.2 创建试验电路

电路原理分析之后，我们就可以创建AM 调制试验电路图了。 其步骤如下：（1）创建新表单。 点击“文件”，选择“新建”，选中“原理图”，就成功创建了一个新的空白电路图表单。（2）创建电路图。在元件工具栏中点击在元件库列表中，选择两个交流电源及两个接地端，两个交流信号源分别作为声音信号源和载波信号源。 按照要求，选中参数和属性设置，然后点击、选中元件。 点击，在元件库列表中选择电阻，根据要求进行属性和参数设置后，在表单上单击，显示选中的元件。（3）在测试仪器工具栏中，点击，选择两个虚拟示波器，放入电路图表单中。（4）连线。 把元器件添加完之后，就可以连线了，把鼠标放到元器件的接线端子上，按住鼠标左键不放，移动到另一元器件的接线端子上，松开鼠标，就完成了这两个端子之间的连接。 按照上面的操作，可以完成全部线路的连接。

2.2.3 实验仿真

图1 AM 调制电路图Fig.1 AM modulation circuit diagram

图2 声音信号和载波信号波形Fig.2 Voice signal and carrier signal wave shape

图3 AM 调制后的波形Fig.3 AM wave shape after modulation

2.2.4 实验结果

从仿真曲线结果可以看出：AM 调制是用调制信号（例如声音）去控制载波信号的振幅，使振幅随着调制信号瞬时值产生线性变化， 而载波的频率和初相位则保持不变。

在这一以仿真实验的过程中，我们可以像进行真实实验一样，对元器件“如实”操作。 在此过程中，学生不仅掌握了AM 调制原理，同时也熟悉了元器件特性和使用方法，并且避免了由于盲目操作对元器件的损坏。

3 结语

教学实践证明，对于电工电子技术课程教学来说，Multisim 仿真软件是一种很好的辅助手段。Multisim 仿真实验非常方便，形象直观，为学生自主性、创造性进行实验提供了广阔空间。它弥补了传统教学模式的不足，能够更好地帮助学生理解、掌握基本知识，培养和提高学生的创新精神和实践能力，应当进一步推广应用。

[1] 刘亚娟，黄显德. Multisim 在《信号与系统》教学中的应用[J]. 中外教育研究，2009(1):55-56.

[2] 吴君晓，宋守云，平林端. 基于Multisim 的模拟电子技术实验的教学改革[J]. 河南机电高专学报，2007(1):20-22.

[3] 甘祥根，陈丽红. Multisim 及其在电子技术课程中的应用[J]. 科技与经济，2006 (23):109-111.

[4] 吕君. 基于EDA 仿真技术在电子实验教学的应用研究[J].电脑知识与技术，2006(8):197-198.

[5] 杨欣，王玉凤，刘湘黔，等. 电子设计从零开始[M]. 北京：清华大学出版社，2005：38-39.