Multisim仿真软件在电路教学中的应用

孙志伟

（天津财经大学 天津 300000）

Multisim仿真软件在电路教学中的应用

孙志伟

（天津财经大学 天津 300000）

电路是一门比较抽象的理论型课程，传统的教学方法很难让学生直观的理解，在教学中必须加入相关的实验环节加强理论联系实践，有效的掌握原理和提高学生的动手能力。但是，传统的实验方法存在很多弊端。本文通过分析电路课程的教学现状，找出问题所在，最后将Multisim仿真软件应用在电路课程实验教学当中来解决现实问题。

Multisim仿真软件 电路 模型

电路是计算机科学与技术专业最重要的一门专业基础课程，也是一门实践性很强的课程，该课程专业性强，教师讲授和学生学习理解起来都存在一定的难度，特别是配合教学的实验环境较差和学生基础较差的学校这门课程的进行更加有难度。因此，迫切需要一种教学辅助手段来解决这个难题，Multisim仿真软件为电路课程的教学带来革新，是有效提高电路课程教学质量的途径。

一、计算机科学与技术专业实验教学的现状

电路是一门比较抽象的理论型课程，学习电路理论时关键是要理论联系实际，因此实验教学环节是重中之重。学生可根据对理论的理解，根据教学的要求进行实验操作，在实验中验证所学的电路原理。但是在传统的电路实验教学中暴露了很多不足之处，由于受传统实物实验固有缺陷的限制，实验结果往往是不尽如人意的。

电路课程是计算机科学与技术专业学生最先接触到的专业基础课，学生往往是不熟悉电路连接，以及没有掌握好焊接技术，这样在连接电路时非常容易就出现错误，这样一旦出现电路连接错误，就会很容易造成电子元器件及测试仪器的损坏；学生在不熟悉测试仪器操作的情况下也及其容易造成仪器的损坏；由于实验的元器件离散性大，环境变化引起的温漂、干扰等因素会造成实验数据有偏差，不理想；传统的电路实验是以实物为主的，实验设备容易磨损老化，需要定期更新；随着教学要求的提高和电子技术的不断发展，电路课程的教学大纲也需要不断的更新，因此实验设备也要配套更新，这就给教学经费带来了很大的压力。以上种种都是传统电路实验教学的不足之处，因此我们迫切需要教学改革来消除这些弊端，提高电路课程的教学质量。

二、使用Multisim仿真软件辅助教学的优点

1.内容直观，激发学习兴趣，利于培养学生的创新性和创造性

将multisim仿真软件引入教学，有利于开阔学生的视野，增加学生知识面，促进学生更好的学习本专业的各种实验仪器。使用Multisim仿真软件辅助教学，把传统的实验通过计算机终端来实现，将静止的理论教学变成动态的、可视的教学，增强了学生动手操作的能力，同时激发了学生的学习兴趣。例如：使用Multisim可交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。通过Multisim和虚拟器技术，学生可以完成从理论到原理图捕获与仿真，再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。另外，学生根据自己学过的电路原理和元件的基本性能，可以任意搭建电路，基本可以做到只要能想到，就能做到的思想境界，不但提高了创新的效率，更重要的是提高了学生学以致用的能力。

2.安全、准确、省时、省费用

使用Multisim仿真软件辅助教学，可以避免因为电路连接失误、仪器故障等因素带来的安全问题。仿真实验没有干扰信号，比真实的实验更能反映实验的本质，更加准确、真实、形象。通常在传统的实验中，我们都是在印刷电路板上完成元器件的连接与插拔，这样不但费时而且反复的元器件、导线的连接与插拔必然导致电路板或元器件的易损。而使用使用Multisim仿真软件实现实验时可以任意更换元器件、更改参数也不会出现任何损失，这样就省去了实验项目的日常维护费用。

3.Multisim仿真软件的特点

（1）界面直观、操作方便

Multisim将原理图的创建、电路的测试分析和结果的图表显示等,全部集成到同一个电路窗口中,整个操作界面就像一个电路实验工作台,绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上,点击鼠标可用导线将它们连接起来,软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似,测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样,便于实验操作。

（2）具有一个庞大的元器件库

在MultisimDatabase元件库中存放有包括电源类、基本元件类、数字元件类及模拟元件类等14个库的16000多种虚拟元件模型,可基本满足一般电路的实验仿真要求。

（3）强大的虚拟仪器功能

Multisim的虚拟测试仪器仪表种类齐全,有一般实验室具有的通用仪器,如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流电源;还有一般实验室少有或没有的仪器,如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测量仪、频谱分析仪和网络分析仪等各种虚拟仪器

（4）强大的分析功能

Multisim提供了14种电路仿真分析方法,如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、噪声分析、失真分析、直流扫描分析、参数扫描分析、零极点分析、传递函数分析、温度扫描分析、后处理分析等。适用于各种基本电路的分析设计。

三、Multisim仿真软件在电路实验教学中的应用举例

实验内容：二极管单向导电性的演示与验证

打开Multisim 10设计环境。选择：文件-新建-原理图（实验电路图如图1所示），即弹出一个新的电路图编辑窗口，工程栏同时出现一个新的名称。单击“保存”，将该文件命名，保存到指定文件夹下。这里我们用到了一个新的虚拟仪器：函数信号发生器，顾名思义，函数信号发生器是一个可以发生各种信号的仪器。它的信号是根据函数值来变化的，它可以产生幅值、频率、占空比都可调的波形，可以是正弦波、三角波、方波等。这里我们利用函数发生器来产生电路的输入信号。仿真前应设置好函数信号发生器的幅值，频率、占空比、偏移量以及波形型式。示波器的两个通道一路用来检测信号发生器波形，另一路用来监视信号经过二极管后的波形变化情况。

图1 实验电路图与仿真波形图

电路连接完毕，检查无误后，就可以进行仿真了。点击仿真栏中的绿色开始按钮，电路进入仿真状态，双击示波器查看示波器两个通道的波形。如图1所示，可以看到，在信号经过二极管前，是完整的正弦波，经过二极管后，正弦波的负半周消失了。这样就证明了二极管的单向导电性。我们可以试着把信号发生器的波形改为三角波、矩形波，然后再观察输出效果。可以得出同样的结论：二极管正向偏置时，电流通过，反向偏置时，电流截至。

接下来我们尝试在实验电路中将二极管反过来安装，然后观察仿真效果。我们会发现，二极管反向安装后，其输出波形与正向安装时的波形刚好相反。通过Multisim软件来完成二极管单向导电性的演示与验证我们可以直观、精确的得到实验的结果的对比，而且省时省力。

四、使用电路仿真软件存在的问题

电路仿真软件使用十分方便，效果显示非常直观，很有趣味性，为教师提供了一条实验教学的方便之路，为学生提供了一个广阔的活动舞台，对开展素质教育大有益处。诚然，仿真软件功能非常强大，它可以取代《电路》的部分实验课程，且已成为课堂教学的一种辅助形式，但它毕竟是一个模拟系统，不能完全代替电子实习训练，在使用过程中存在一些问题：首先，仿真实验并不能完全代替实物实验，诸如元件的插接工艺、焊点的质量、电烙铁的使用等方面的技能在电路仿真软件中无法学习，必须通过反复实践训练。一味追求仿真，只能走入一个新的误区。其次，不是所有实验都能使用电路仿真软件，如电流表、电压表等仪器的使用。原因是电路仿真软件中的仪表都是数字式的，能直接显示读数，有些实验如果用电路仿真软件教学，学生就无法掌握仪表的接线和读数方法，对教学产生一定的影响。

五、结论

在电路课程的教学过程中使用Multisim建立虚拟仿真实验平台,可以方便地搭建各种电路,以及对电路进行仿真与测试。它具有投资小、维护简单、现象直观、结果精确、图像精彩等特点。这种新的实验方式是电路实验教学的一种很好的辅助手段,并且为学生进行综合性、创新性实验提供了一个很好的平台。为实践教学的改革找到了有效的途径。在不断更新实验教学方法,改进电路课程实验教学质量以及改善实验教学效果等方面起着非常重要的作用。

[1]白菊蓉.Multisim在电路分析系列课程教改中的应用[J].西安邮电学院学报,2011年S1期.

[2]黄荷英.基于Multisim电子仿真软件的电路设计与研究[J].现代电子技术,2012年16期.

[3]陈俊英.基于Multisim的“自动控制原理”课程仿真实验研究[J].实验室科学,2012年03期.

[4]程勇.实例讲解Muhisim 10电路仿真［M］.人民邮电出版社,2010.

本文系天津财经大学2013年校级教学研究与改革项目 “虚拟实验在实践教学中的应用研究-以《电路》课程实验教学改革为例”的研究成果。

本文系天津财经大学2013年校级教学研究与改革项目"虚拟实验在实践教学中的应用研究-以《电路》课程实验教学改革为例"的研究成果。