基于Multisim 9仿真电路的设计

沈校强

(江苏省宜兴中等专业学校 江苏宜兴 214206)

《电子电路》是自动化控制类、电气类、电子通信类和计算机类等专业不可缺少的一门基础专业课。经过这门课程的学习后,学生能够了解电工技术和电子技术的发展情况和应用,学习电工技术和电子技术必要的基础概念、基础知识以及基础技能,为以后课程或者从事相关的技术工程等打下坚实基础。电子电路实验是《电子电路》教学中不可或缺的一个环节,是培养学生分析问题、解决问题以及理论联系实际能力的重要环节,是训练学生专业技术的必要手段。

1 传统教学中存在的问题

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图4

在传统的完成电子电路实验时,学生按照实验的内容在实验室里用给定的元器件自己搭建真实实验电路,或者也可以采用现成的电路实验箱,根据要求,用仪器仪表测量实验数据和观察波形,完成实验目的。可是有限的实验课时,使得学生在实验室忙于接线等简单的实验任务,对于电路设计等需要思考方面时间和精力不足,出现问题后也不会自我解决,实验结束后学生可能很快就遗忘。这样的实验不仅效果较差,也可能会打消学生的实验兴趣。另外,为了满足电子电路实验要求,学校需要购买大量的仪器仪表、设备、工具、元器件等,这需要大量的经费。学生在完成实验时,可能会因操作不当而损坏这些仪器,这样不仅大大增加实验指导老师的工作量,而且对以后开展实验造成较大的影响。

2 Multisim9的简介

Multisim9是美国NI公司推出的Multisim一个比较经典的版本。Multisim9是虚拟元器件以及仪器和仪表,并且将仪器仪表和元器件整合起来,是一个测试电路功能、设计电路的虚拟仿真软件。Multisim9的元器件库提供大量的电路元器件供实验选用,里面虚拟测试仪器、仪表和元器件种类齐全,其中包括常用的仪器,如电压电流表、万用表、稳压直流电源、信号发生器、示波器等,还有一些少有甚至没有的仪器,如数字信号发生器、波特图示仪、逻辑转换器、逻辑分析仪等。软件还有直流静态点的分析、交流工作点的分析、瞬态分析、失真分析、傅里叶分析等各种仿真分析功能。特别是在元件库中有与实际元件相似的仿真元器件,可以使仿真结果更加可靠和准确。

在课堂教学中应用Multisim9仿真软件可以对模拟、数字或混合电路进行仿真,采用直观的图形界面模拟真实的实验室工作台,用鼠标点取等方式选用仪器和元器件,方便、快捷。学生在对电路进行仿真实验时,如同在实验室里使用真实仪器仪表进行电路实验,投资少,还避免了损坏仪器仪表,学生可以大胆实验,更好地掌握课堂教学内容,加深对原理、概念的理解。通过在教学上电路仿真,可以进一步培养学生对电子电路的综合分析能力、开发设计能力和创新能力。

3 利用 Multisim9进行仿真和设计实例:单级共射放大电路的测试

完成按图所示的单管共射放大电路进行仿真电路的创建,用元件工具栏 (Componet Toolbar) 进行元器件的选用,用仪表工具栏 ( Instrument Toolbar) 进行仪表的选用,在对元器件以及仪表的位置进行适当调整后,连接导线并做适当调整,并根据需要改变某些导线的颜色,最后如图调整好信号发生器。

图5

图6

图7

进行仿真后,可以通过电路中的仪表直接读出电路的静态工作点。

双击双踪示波器,可以同时观察到输入和输出的波形。调节时基控制Timebase刻度Scale为(500us／Div),使波形更便于观察,调节通道Channel A、B的Scale刻度 (A通道5mV/Div,B通道为500mV／Div),使波形有合适的幅度。这时的双通道示波器图标,可以出现如图所示界面。反复调整电位器R4,使输出波形幅度不失真且最大。通过示波器,我们还能算出电路的电压放大倍数和增益。

我们可以拖动游标1至输出波形的波峰,再拖动游标2至输入波形的波峰。由图示可以读得输出信号的波峰峰值为Vo=905.0575mV。同样,可以读出输入信号的波峰峰值为Vi=7.3454mV。由此,可以算出电路的放大倍数Au=Vo/Vi=123.2142倍,再经计算得出电路的增益为Gu=201ogAu=41.8dB。

放大电路具有一定的频带宽度,这是由于上限频率受到三极管截止频率的制约,下限频率受到旁路电容和耦合电容的影响。我们可以用波特图示仪测量电路的幅频特性曲线,如图所示将电路的输入和输出分别连接至波特图示仪输入端和输出端。经过仿真后鼠标双击波特图示仪进行观察和测量,可以看到电路的增益为41.722dB,这与前面的计算结果基本上是一致的。用鼠标拖动读数轴,从鼠标指针指示处找到对应增益下降3dB处的两个频率值,分别为上限频率fH=13.50MHz和下限频率fL=53.36Hz,如此可以求得电路频带宽度为BW=f H-f L=13.50MHz。

双击失真度仪,然后反复调节电位器R4,可以发现在电位器调节到75%时,失真度最小,为0.418%。

4 结语

Multisim9是一种使用简便,功能齐全的电路仿真测试与设计软件,可成为电子电路实验有力教学工具。将电路仿真实验和实际动手操作二者有机地互为补充,可以有效地弥补传统实验室与实验的不足,使实验更完善和充实。这一点对于带有设计性目的的实验特别适合。经过软硬结合、相互补充等方式,提高了学生学习的兴趣和实验效果。通过这样的学习,学生加深了对电路的感性认识,也激发了学生的学习热情,学生的创新能力更好地得到了锻炼。

根据以上的分析,我们可以看出,在教学中采用电子仿真软件具有较多的优点,但从目前中职学生的能力来看,在教学和平时运用时采用仿真软件仍然存在一些问题和难题。(1)该仿真软件采用的不是我们国家的标准,而是美国的(ANSI)标准,尽管在其中的欧洲的标准与我国使用的很相近,但仍然有部分仪器仪表和元器件,它们的标识或者符号与我们国标存在一定的差异,这就对现在的中职学生多了一些障碍;(2)由于仿真软件是在电脑上操作,所以必须要求学生要具有一定的计算机基础知识和一定的计算机操作能力,这就对学生有了更高的要求;(3)学生还必须要有一定的英语知识。由于这个仿真软件是由国外公司开发的,所以软件的操作界面是英文,如果学生要想独立地、熟练地操作这个软件,必须要能够明白指令,而这没有一定的英语知识是不行的。即使我们可以使用一些汉化工具对它进行汉化,使之成为我们熟悉的中文界面,并且排除汉化过程中的问题,也不可避免地会受中西方语言的不同或者翻译专业等限制,某些名词的翻译可能会有差异,所以目前仿真软件的使用还局限在老师的课堂教学中,离学生实际独立操作还存在差距。

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