Multisim仿真软件在模拟电路课程教学中的应用

2017-01-14张静任文华

计算机时代 2016年12期

张静+任文华

摘要：模拟电路是一门难度较大的电子类基础课，具有理论复杂，概念抽象和实验操作难度大等特点，因此在教学上存在较大困难。仿真对理论教学可以起到非常好的辅助作用，文章探讨了Multisim电路仿真软件在模拟电路教学中的应用，并以稳定工作点放大电路为例介绍其优点和待讨论的问题。

关键词：模拟电路；计算机辅助教学； Multisim仿真软件；实验操作

中图分类号：TN709 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）12-95-02

Abstract： Analog circuit is a basic course of electronics，with the characteristics of complex theory， abstract concept and difficult operation in experiment， therefore， there is great difficulty in teaching. Simulations can play a very good role in support of the theory teaching； this paper discusses the application of Multisim circuit simulation software in the teaching of analog circuit， and taking the amplifier circuit of stable operating point as an example， introduces the advantages of Multisim and the problems to be discussed.

Key words： analog circuit； computer aided instruction； Multisim simulation software； operation in experiment

0 引言

在过去的二十年中，计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction，CAI）得到了长足的发展，并在很多教学实践，尤其是工科专业的教学中取得了成功的应用[1]。工科专业的课程教学中概念和方法通常都比较抽象复杂，并且往往需要实验的配合。然而，实验本身也有困难，而且某些实验还存在一定的危险，因此，工科专业的教学一直比较困难。连接理论教学和实验的桥梁是仿真，其优点是不需要实际的物理对象，而用计算机模拟，具有直观，操作方便和无危险等，比如Matlab和Labview等软件都取得很好的应用[2-3]。

作为电子类基础课程之一，模拟电路由于其涉及的理论基础难度大，逻辑性强，实验操作不易等问题，长期成为教学的难点[5]，尤其是在没有很好的电路基础和物理基础的情况下，学模电是难上加难。无论是二极管和三极管的特性，基本放大电路，还是集成电路，其理论都非常不直观，需要从很多角度去看才能更好地理解。模拟电路实验有助于对理论的理解，然而，模拟电路的实验设计和实现非常耗费时间，而且要求熟练使用示波器、万用表等工具，这对低年级的本科生而言有很大的难度。电路仿真软件Multisim的出现，为理论和实验之间由架了一座桥，在模拟电路的教学中起到了非常好的促进作用[4]。尤其是简单的工作界面，可以随意调整元件的参数，丰富的虚拟测量仪器库，使得该软件在越来越多的电路课堂教学中被使用。

本文首先对Multisim进行基本介绍，然后通过稳定工作点放大电路应用，说明如何通过仿真和理论结合，以加深学生的理解。

1 Multisim的介绍及其在模拟电路中的应用举例

1.1 Multisim的基本介绍

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，目前使用比较广泛的是Multisim10。其特点包括：界面友好，元器件和测量仪器丰富，以及分析工具强大等。

Multisim的工作界面非常简单实用，它还具有丰富的电子元器件库，且以实际元器件的名称命名，因此，使用Multisim中的芯片前必须要去了解这方面的资料，这对IT工作者是一个非常好的习惯。为了方便用户使用，元器件的参数还可以进行修改。另外，Multisim还具有强大的分析功能，包括：直流工作点分析，交流分析，瞬态分析，傅里叶分析等[4]。

1.2 稳定工作点放大电路的应用举例

以模拟电路的非常典型的稳定工作点放大电路为例，其电路如图1所示，这里虽然电路并不复杂，但如果想让学生在实验课中用分立元件搭出该电路，并且能顺利通过调试，需要很多时间，并且老师可能要逐个帮助调试，显然效率很低。

而通过Multisim，只需从元器件库中调出所需要的器件，输入相应的特性大小值，并通过导线连接，然后，加入信号源和示波器，就组成了仿真电路，如图2所示。运行后通过示波器就可以看到仿真结果，如图3所示。

所加的信号源为幅值是10mv，频率为100hz的正弦信号，由图3可以输入和输出信号的相位差并非理论上所说的180度，原因在于所加的电容的容抗大小不能忽略，因此产生了一定的相位差。可见仿真从很多方面可以加深对信号和电路的理解。

由图1和图2可以看出，电路图和仿真电路图基本类似，所以基本不太会出错，而在电路板上搭线，出错的概率将会大大增加。当需要调节电阻大小和电容大小时，可以非常方便地做到，从而可以观察失真，更好地理解静态工作点高低与失真的关系，输入信号幅度与失真的关系等等。

3 总结与展望

本文对Multisim软件进行了简单的介绍，并将其应用在模拟电路教学中。通过稳定点工作放大电路的理论讲述和实验的比较，说明Multisim在模拟电路教学中的各种优点。

Multisim的使用，需要对相应的电子元器件有一定的了解，这是一个相对困难的问题，需要学生主动去查找资料。仿真对理论教学可以起到非常好的促进作用。通过了解基本的理论知识再去做仿真，做完仿真发现问题后，又回头去研究理论知识，此过程可以大大地提高教学效果。

参考文献（References）：

[1] 何克抗.CAI的理论基础和以学位中心的课件设计[M].北京

师范大学出版社，1998.

[2] 易灵芝，王根平，李卫平，彭寒梅.MATLAB在电工学CAI中的