浅谈Multisim10在模拟电子技术课程实验中的应用

2013-05-16李琪杨欣

中国校外教育(上旬) 2013年7期

李琪杨欣

模拟电子技术实验课是通过实验手段培养学生在模拟电子电路方面正确使用电子仪器、设计及调试电路等方面的实践能力。由于传统实验方法受实验设备、场所和时间限制，同时还存在着实验设备陈旧、实验效率低等问题，所以计算机的辅助分析及仿真技术在电子技术实验中得到了广泛的应用。

仿真软件模拟电子实验教学

模拟电子技术是一门在电子技术方面入门性质的专业基础课程，是高等院校电类各专业必修的专业基础课，而且随着电子技术的飞速发展和计算机技术的迅速普及，它也不断成为几乎所有理工科本科生的必修课程。模拟电子技术实验课是通过实验手段培养学生在模拟电子电路方面正确使用电子仪器、设计及调试电路等方面的实践能力。由于传统实验方法受实验设备、场所和时间限制，同时还存在着实验设备陈旧、实验效率低等问题，所以计算机的辅助分析及仿真技术在电子技术实验中得到了广泛的应用。

一、Multisim10的特点

Multisim10是美国NI（National Instruments）公司推出的以Windows为基础的仿真软件，目前在电子技术领域中使用最广。Multisim10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，是一个可以实现原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

1.图形工作界面友好、易学、易用、操作方便

采用直观的图形界面创建电路，在计算机屏幕上模拟仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。

2.具有丰富的元器件库和虚拟仪器库

元器件库提供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，方便在工程设计中使用；虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

3.拥有强大的电路分析功能

Multisim10提供了十多种检测电路特性的分析方法。如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、失真分析、直流扫描分析、温度扫描分析、射频分析等。

4.设计与实验可以同步进行

可以边设计边实验，设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可方便地对电路设计和仿真，并及时修改和调试。

二、Multisim10在模拟电子技术实验中的应用

确定实验内容后，可以通过Multisim10实现电路的仿真和分析。整个仿真过程包括：首先通过仿真软件搭建电路，由于模拟电路信号是交直流信号并存，所以分析时还需要通过仿真软件进行静态分析和动态分析。下面我们以单管共射放大电路为例，介绍如何利用Multisim10完成实验内容的仿真和分析。

1.建立仿真电路

在Multisim10电路窗口中建立如图1所示的晶体管共射极单管放大器仿真电路。晶体管共发射极放大电路属于音频放大电路，或者叫做低频放大电路，这种电路的频率特性是对于50～20000HZ之间的频率信号有正常的放大作用。在这个频带以外的频率不能正常放大。1KHZ是音频的中间频率，用这个频率的信号既代表了信号的主要特点又能使放大器工作在正常范围。信号大小的选择：在几十毫伏到100毫伏之间。设置信号源幅值为14.14mV，频率为1kHz的正弦波信号。

2.静态分析

当输入信号Ui=0时，确定静态工作点，确定电路中有关的直流电流、电压值。

Multisim10软件为用户提供多种虚拟仪表，如数字万用表、函数信号发生器、示波器等。利用虚拟仪器可以测量放大电路中静态电流及三级管的极间电压值。

设置信号源输出为0V，打开仿真开关，万用表“XMMl”及“XMM2”分别测量三级管基极电流和集电极电流，万用表“XMM3”测量三极管的管压降，如图2。读出测量值并确定静态工作点：IBQ=40.19UA，ICQ=2.007MA，UCEQ=5.979V。

三、动态分析

动态分析是在放大电路的输入信号不为零的情况下，计算放大电路的的输入、输出电阻、电压放大倍数、最大不失真输出电压等。这里我们主要分析最后两个参数。

1.电压放大倍数

利用图1作为仿真电路图。调整信号源幅值为14.14mV，频率为1kHz的正弦波信号。打开仿真开关，从示波器的窗口观测输入和输出电压的波形，万用表“XMMl”及“XMM3”分别测量放大电路的输入电压和输出电压的有效值，读数为：Ui=9.998mV，Uo=783.331mV，则电压放大倍数Au=78.3。

2.最大不失真输出电压

为了获得最大的动态范围，应将静态工作点设置在交流负载线的中点，在放大器正常工作的情况下，逐步增大输入信号的幅度，用示波器观察输出电压，当输出波形出现失真现象时，然且逐步减小输入信号的幅度，使输出幅度最大，且无明显失真时，测出输出电压的值，此时输出电压的有效值就是最大不失真输出电压。

利用图1所示的仿真电路，打开仿真开关，反复调整信号源输出信号大小，使得输出电压最大且没有（下转第99页）（上接第96页）明显失真，最大不失真输出电压为Uom≈3.8V。

四、Multisim10应用到模拟电子技术课程实验中的意义

随着电子技术的快速发展，利用仿真软件搭建虚拟实验室进行电子电路的设计已经广泛应用到模拟电子技术的辅助教学与实践教学中。

1.不受实验设备和实验时间的限制

由于资金的限制，大多数院校存在仪器设备老化、更新慢的情况，利用仿真软件搭建的虚拟平台可以及时更新元件库，为用户提供更大限度的自由。

2.可以随时随地灵活应用到实验教学中

通过计算机将实验现象演示给学生，有利于学生对电路的掌握。

3.可以节约经费

通过软件搭建虚拟电子平台，在确定设计方案制作成品之前可多次搭建电路，运行电路，避免了器件因为电路设计有问题出现过多的损耗。

综上所述，将Multisim10应用到模拟电子技术实验教学中，为学生提供了一个更广阔的电子平台，使模拟电子实验不受实验设备和实验场所的限制，增加了学生的操作机会，增强了学生的动手能力，提高了学生的学习兴趣。