Multisim10辅助模拟电路实验教学的探究

2015-07-29吴文智

黑龙江教育·理论与实践 2015年6期

吴文智

（黑龙江大学电子工程学院，黑龙江哈尔滨150080）

一、引言

实验课程在高校人才培养过程中起着非常重要的作用，模拟电路实验课程属于高校理工科教学计划中的基础课程，是面向普通高校理工科学生尤其是电子信息、通信工程、自动化等专业开设的一门专业基础课，是电子线路中最基本的理论和常用电路，担负着普及电子技术基础知识以及为后续专业课程打基础的双重任务。旨在传授学生必备基础微电和弱电知识的同时，更重要的是引导学生在实验操作过程中，形成正确的科学观念，掌握科学方法，培养科学精神。

社会的进步以及科技的发展促进了教育事业的发展，越来越多的现代化教学仪器设备（如投影仪、摄像机和无线Wi-Fi等）的引入丰富了课堂教学，传统意义上的实验课堂面临着严峻挑战。长久以来，在模拟电路实验课程的教学过程中还存在以下几方面问题：（1）模拟电路实验课程开设在理论课程之后，是对理论教学过程的延伸和拓展，着重通过数学推导分析电路的功能和实际输出结果，较为抽象，不易于学生掌握与理解。（2）模拟电线路课程的应用性强，传统的实验教学方法常会让学生感到枯燥乏味，抽象难懂，丧失了学习的积极性。（3）器件的识别、线路的连接和信号的观察等是实验课上同学必须完成的内容，课上还经常须要对电路的输入、输出信号进行波形分析和数值计算，并要当堂独立完成实验报告。学生多任务重，任课教师往往不能面面俱到照顾到每一个学生。从而造成了实验课程教学效果不够理想，难以充分调动学生的积极性和主动性。（4）现有的电子线路实验箱大多是模块化设计，围绕核心芯片连接电路，已有的标识性元件和固有模块设计很大程度上限制了学生的思维。因此，如何改进实验课堂教学模式，如何使学生能够通过更好地掌握实验课的教学内容成为模拟电路实验教师普遍关注的问题。

二、Multisim10仿真软件简介

Multisim是80年代末IIT公司在电子工作平台（Electronics workbench）基础上推出的电子线路仿真设计软件。2010年推出Multisim10版本，其具有清晰的图形界面、强大的仿真能力和分析、强大的虚拟仪器等功能，能胜任电路分析、模拟电路、数字电路、高频电路等个课程的虚拟仿真，并提供多种基本分析方法。使用Multisim10的仿真电路功能，操作容易，能够克服电路设计不合理、容易出错等原因产生的错误，能有效反映实验效果。现以设计一个工作点稳定共射放大电路为例来说明Multisim10在电子线路课程设计中的应用。

三、静态工作点稳定共射放大电路的仿真设计与实验教学

工作点稳定放大电路实验目的是学习基于三极管的基本放大器主要技术指标的测试方法，研究阻容耦合放大器电路元件参数对放大器主要技术指标的影响，加深对其特性的理解。三极管是电路的核心器件，利用Multisim10建立与之相对应的仿真电路图，电路的放大倍数以及小信号输入下的输出波形等参数都受静态工作点的影响，静态工作点直接影响三极管的性能。学生可以通过调节分压电阻的阻值，来观察信号的放大、饱和失真等情况。引入Multisim10仿真软件后，则可直接改变β 参数值，观察电路的工作情况，综合对比分析分压电阻、电源电压和β 等主要参数分别在三极管工作性能方面的作用。可以进一步了解截止失真和饱和失真等情况下放大电路的基本特征。学生可以更为直观地理解各个元器件在该放大电路中所起的作用，又能从整个实验电路的角度理解其作为一个整体所实现的功能。可以通过调节电路中各个元器件的物理参数，了解各个元器件在静态工作点稳定电路当中所起到的作用。

四、Multisim10仿真辅助电子线路实验教学的作用

以2013年教育部对黑龙江大学开展本科教学审核评估试点工作为契机，在本科生基础课程中开展课程设计内容，引入Multisim10仿真软件辅助实验教学，提高学生对所学知识的实际应用能力。从课堂教学的统计结果来看，其作用具体表现在以下几个方面：

（一）对任课教师提出更高的要求，仍有大量工作有待深入

教师不但要对实验电路给予学生足够的引导，在软件仿真方面也需要能够及时发现问题并尽快解决。实验课中引入仿真软件不单纯是针对单一的某个实验内容，而是希望能在完成基础实验内容的基础上，对电路内容有更深层次的理解，在原电路的基础上构建更为复杂的贴近实际应用的实验电路，这就不可避免地对任课教师的教学提出了更高的要求，须要课前完成大量的准备工作，如当教学大纲、教学计划、实验指导书明确具体的要求和规范、完善。如何配合实验操作开展课程等，这其中还须要依据仿真技术的特点开展验证型、设计型以及综合型、创新型实验等不同实验类型教学的尝试，并与传统实验教学内容的相互融合须要更加规范化。

（二）提高了学生对电子线路课程的学习和实践兴趣

实验课中引入Multisim10仿真需要学生课前了解软件的简单操作，由于实验电路在理论课上已经讲过，实验结果基本都是已知的，实验课的主要目的是完成检验，做到理论和实验课程的结合，相互促进。引入软件仿真，新颖性大大增加，引入仿真软件调动了同学的学习兴趣，能够按照当堂课的内容完成相应的仿真电路的搭建，学生的创新拓展意识得到增强，80%以上的同学能够在课堂上完成既定的实验电路的Multisim10仿真的同时，也能完成相应的搭建和结果测试。

（三）实验设备损坏率明显降低

未使用Multisim10之前，学生通常都是初次接触电学元器件和实验设备，芯片插放位置错误、引脚接错和人为因素造成的设备故障率高。在引入Multisim10软件仿真时，首先在电脑上进行操作，会自动进行错误识别并引导使用者找到出错原因。教师不但可以引导学生会针对这些易出错的知识进行深入地学习，而且教师也可不必总是强调实验步骤，可以将讲解重点放在指导实验设备的使用上，对于实验过程中频繁出现的故障和问题进行引导和统一讲解。