Multisim在“模拟电子技术”项目式教学中的应用

李娟娟，凌 云，张 飞

(苏州大学 1.电子信息学院， 2.计算机科学与技术学院，江苏苏州 215006)

0 引言

美国国家仪器NI公司推出的最新版本Multisim 11是一款功能强大且具有创新内涵的虚拟仿真软件，可用来克服在传统电子学教育上遇到的很多障碍和问题［1］。

本课题采用Multisim 11并结合它的最新特性:虚拟接口—On-Page Connector和 Global Connector等，为高职高专电子类专业“模拟电子技术”课程开发了相应的虚拟仿真项目，可用于该课程的课堂教学、综合实训、毕业设计以及顶岗实习学生再学习和答疑等方面，融“教，学，做 ”为一体，改变传统的教学方法和模式，以弥补电子类专业教学中实践和课堂教学脱节等问题。

1 传统教学模式和方法的革新

传统教学中，电子产品设计采用如下的方法。

(1)构思和绘制电路原理图，采购元器件，在万能板或实验台上搭建和焊接电路;

(2)加直流电源后进行调试，使用万用表测量电路静态工作点是否正常，从信号源输入测试信号，采用示波器观察电路输入和输出波形等。

(3)经反复试验和调整，得到最后样品。

采用虚拟仿真软件Multisim 11教学后，电子产品设计方法进行了如下改革。

(1)构思电路原理图，用Multisim 11软件绘制原理图;

(2)利用软件中的万用表、函数发生器、示波器和逻辑分析仪等虚拟仪器仿真该电路图。若电路出错，仿真软件会提示错误，只要关闭仿真开关即可修改。反复调换元器件，改变信号强弱，直到电路达到设计要求为止;

(3)利用Multisim 11所提供的多种电路分析方法，对设计的电路进行最佳工作点分析、温度影响分析和失真度分析等性能测试，直至所有条件满足设计要求;

(4)根据仿真成功的电路设计图绘制电路板，焊接调试，最后制成样品;

如果构思的电路原理并非正确可行，就不能冒然通电试验。我们即使采用了一些限流和限压等保护措施，在第一次通电时，很可能元件瞬间烧毁，重则贵重仪器报废。

上述改革说明，我们采用Multisim 11设计电子产品，具有安全系数高、投入设备少、周期短和性能优等优势。

2 以项目为载体的教学应用

2.1 教学项目设计

为了更好地确定虚拟仿真项目，课题组成员深入苏州高新工业区创业园和苏州德奥电梯有限公司等单位进行调研，了解企业所需人才的知识结构和能力素质并与企业达成了校企合作协议。该协议内容包括:订单式培养、建立校内外实训基地、学生顶岗实习和成立专业教学指导委员会等。

企业需要学生具备如下的专业能力:①电子装配和制作能力;②利用模拟和数字电字技术基本理论分析、调试和维修简单电路的能力;③使用计算机辅助设计软件绘制电路图和设计线路板并进行仿真等能力。

课题组研究和制定了Multisim 11在“模拟电子技术”教学中的虚拟仿真项目，并打破课程原有教学节拍，不再按照原有课程的章节一一讲授，而是将各部分知识分解成一个个知识点。为了完成一个项目抽取每个部分的不同知识点加以组合，我们将项目安排由简到繁，由易到难，将重要知识点在实施过程中加以强调，便于学生更好地理解。这种项目式教学安排如表1所示［2］。

表中五个教学项目都有明确的实施步骤。下面我们以“简易正弦波发生器”这个项目为例，讨论结合Multisim 11展开项目教学法。

表1 “模拟电子技术”课程教学项目设计

2.2 项目实施步骤

(1)确定项目任务，编写项目任务书。该项目由2个学习任务构成:①振荡电路的种类及识别，主要由教师讲解;②简易正弦波发生器的设计及制作，由学生在教师的指导下分小组完成;

(2)布置项目，分发项目任务书，讲解项目要求，使各小组明确学习任务和要求;

(3)教师审核学生的活动计划与方案后，完成“简易正弦波发生器”的设计及制作。学生需要掌握的内容包括:自激振荡条件、起振条件、反馈回路RC选频网络的设计和反相比例放大电路的设计。学生还需结合Multisim 11，掌握最新虚拟接口技术。

(4)项目小组活动实施时，学生通过查阅资料、上网搜索、教师辅导和解构单元实体等形式，自主获取课题的相关知识，资料，整理取舍后进行项目任务的设计和验证。其设计电路如图1所示。

上图左上角的测量工具使用了Multisim 11中最常用也最重要的虚拟仪器:示波器XSC1。还使用其最新技术虚拟接口—On-page Connector(页面上的接口)，Global Connector(全局接口)。图中output是On-page Connector，其作用是把集成电路741引脚6输出信号和示波器A通道相连。它们之间不需要实际连线，只需要设置On-page Connector及Connector Name(output)即可连接。虚拟接口的优势体现在:当电路较复杂或非常复杂时，使用Connector可以避免繁杂的连线，使得电路图清晰，可读性强，也可避免因连线过多而导致不必要的错误。但是它的使用限于当前的电路原理图。

图1 简易正弦波发生器

图中VCC、VEE和GND都是 Global Connector，它的作用和On-page Connector相同，唯一的区别是Global Connector可用于当前的电路原理图、子电路原理图和继承电路模块中。

图2 示波器测试正弦波产生图

图2为虚拟示波器测试的output正弦波信号，指针T1和T2显示一周期时间，由此可知仿真结果振荡频率为f'0=1/(T2 －T1)=159.156Hz。

可知，f0和f'0基本一致，说明该电路设计合理可行。

图中的反相比例放大电路，由运放741、R3、R4、R5构成。其增益为A=(R3+R4+R5)/R3=3.03。

可知有AF=3.03/3=1.01。因为AF略大于1就能满足正弦波振荡器起振条件。图中的两个二极管1N4148在电路起振后，能够稳定电压振幅。

(5)项目答辩与师生评价。学生通过项目成果汇报，项目自我评估、组别互评、教师点评和师生共同总结等程序完成对各小组课题任务完成的评价。

(6)项目教学总结完成后把项目工作的结果归档。我们可以将设计的虚拟电路图作为后续的“综合实训”教学素材，让学生在实训中根据虚拟电路图设计电路板，搭建电路实物。我们也可以将其应用到企业生产实践中去，使项目工作的结果尽可能具有实际应用价值。

3 结语

基于multisim 11开发的“模拟电子技术”课程的虚拟仿真项目给学生直观，形象和逼真生动的效果。这种包括“设计、仿真、调试、优化”的操作可以提高学生的学习兴趣和学习效果，增强学生的动手能力。并且，籍此培养学生的创造能力和创新意识，为学生再学习和提高实际问题的处理能力创造一条捷径，也为顶岗实习学生及毕业生深入学习提供良好的平台。

［1］Tracy Shields.教学思路实践-使用 Multisim 10［M］.America:E-lectronic Workbench Corporation，2009.

［2］宋燕飞等.模拟电子技术项目驱动教程［M］.兰州:兰州大学出版社，2010.