Multisim在模拟电子技术课程教学中的应用

Multisim在模拟电子技术课程教学中的应用

作者：王书杰 陈震

来源：《数字技术与应用》2011年第09期

摘要：以基本共射放大电路仿真分析为例，探讨了Multisim软件在基于工作过程导向的模拟电子技术课程教学中的应用。利用仿真软件，可以帮助学生快速完成电路分析、测试和设计，让专业理论知识生动化、具体化，提高了学生自主学习能力和创新能力，改善了课程的教学效果。

关键词：共射放大电路 仿真分析 Multisim 模拟电子技术

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)09-0080-02

模拟电子技术是高职院校电子信息类专业学生的一门重要的专业基础课，该课程在实施项目化教学改革时，强调“知识、能力、素质并重，学生主体”的教学理念，采用教学做一体化方式展开教学[1]，立足于“典型电子产品开发设计工作过程”导向，将课堂多媒体教学、电路仿真测试、网上信息检索、专业英文资料阅读分析、硬件电路装配测试等环节融为一体。因此电路仿真测试应该在课程学习过程中占据重要地位。同样，在模拟和数字电子产品开发过程中，工程技术人员也往往要借助电路仿真软件来协助其进行产品研发。本文研究了Multisim仿真软件在模拟电子电路分析和设计时的实践应用。 1、Multisim软件概述

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司的一款EDA软件[2]，它包含了原理图图形输入和电路硬件描述语言输入方式，可以完成模拟、数字、射频和单片机电路的仿真分析和设计。该软件具有丰富的电路仿真分析测试功能，可以由用户交互式地构建仿真电路，在此基础之上进行电路基本参数分析、电路特性分析、电路误差分析等工作，从而让用户能够快速、高效地完成电路构建、验证和PCB设计工作。由于Multisim软件拥有丰富的元器件库和虚拟仪器库可供用户在电路设计过程中直接调用，而且软件本身以图形界面为主，一般都可以采用菜单、工具栏和热键相结合的方式进行操作，使用简便易于掌握，因此受到广泛的欢迎，在电子信息类工程技术人员中用户数量众多[3]。目前该软件在国内使用较多的版本是Multisim2001和Multisim10。

2、Multisim在模拟电路分析和设计中的应用 2.1 软件仿真的必要性

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为了提高模拟电子技术课程的教学效果，在课堂上必须融入实践教学环节，用教学做一体化方式进行授课，这一点已经得到广大高职院校电子技术类课程任课教师和企业方的共识。利用软件仿真，学生可以快速便捷地把课上刚刚学到的理论知识用计算机真实的再现出来，并且可以根据教师提出的性能指标要求，在课堂上通过软件自带的虚拟仪器和分析工具设计出符合要求的单元电路，创造出真正属于自己的电子产品。 2.2 仿真电路的构建

以基本共射放大电路非线性失真的产生与消除教学单元为例。对三极管放大电路这部分内容而言，高职学生主要的学习要求是掌握放大电路直流工作点分析、交流动态参数分析计算以及对放大电路非线性失真现象的理解。图1所示是一个利用Multisim元件库和虚拟仪器构建的基本共射放大电路。信号源使用频率为1KHz的正弦波信号，R1、W、R2为放大电路偏置电阻，其中电位器W用于调节NPN三极管2N2222A的静态工作点，使用虚拟示波器观察对比电路输入输出波形，以此分析电路的交流特性，研究放大器的非线性失真的问题。 2.3 静态工作点分析

静态工作点分析主要用来计算放大电路的直流参数。在Multisim软件中可以通过直流工作点分析（DC Operation Point Analysis）命令来完成。启动simulate菜单中的Analysis命令下的DC Operation Point命令项，可以得到如图2所示的直流分析结果。此时我们可以直接从图2看出，三极管基极电位为0.67V，UCEQ=5.87V，学生可以将计算机仿真得到的数据与理论计算的结果进行对比，自行验证自己是否真正掌握放大器静态工作点的计算方法。 2.4 交流分析

对于高职学生而言，在Multisim中的交流分析可以直接通过对虚拟示波器面板的观察得到所需数据。图3所示为基本共射放大电路虚拟示波器的面板，从中我们可以读出该放大器输出幅度、放大器增益、输入输出相位关系，以及此时是否存在非线性失真等等。从示波器面板显示我们可以清楚地看到，共射放大电路是反向放大器，此时放大器输入信号幅度为20mV，输出幅度约为1.5V，电压增益约等于-75。 2.5 非线性失真分析

在Multisim软件中构建仿真电路后，学生通过电位器W阻值的调节改变电路静态工作点位置，就可以在计算机的虚拟示波器界面上观察到如图4所示的饱和失真现象[4]。此时教师可以与学生一起分析饱和失真与静态工作点位置之间的关系，得到如下结论：当电位器W阻值减小，三极管基极和集电极电流加大，放大器工作点位置在输出特性曲线上往上方移动，接近三极管饱和区，此时放大器将很容易形成饱和失真。

在此基础之上，教师可以引导学生思考如何消除饱和失真，然后由学生自行通过软件仿真去验证自己的设想。接下来教师再启发学生思考如何通过改变静态工作点位置，让电路产生如

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图5所示的截止失真，让学生自行操作，再将失真消除。由于学生在授课过程中始终主动积极地参与教学，因此课堂气氛活跃，学生感到有成就感，激发了他们的学习热情。与以往枯燥的单纯的理论灌输相比，学生比较容易掌握所学知识。 3、电路仿真的效果

从实际实施效果来看，电路软件仿真环节的实施，使得模拟电子技术课程的教学变得生动活泼，通过电路仿真分析，加深了学生对课堂上教师所讲理论知识的理解，让枯燥的理论知识的学习变得直观易懂，从而提高了课堂学习的效率，取得了良好的教学效果。 参考文献

[1]吴强.高职学院模拟电子技术课程教学改革思考[J].泸州职业技术学院学报, 2010(3):16-18. [2]闫俊荣.Multisim10仿真在模拟电子技术课程教学中的应用[J].高师理科学刊,2011,31(12):91-93.

[3]沙春芳.Multisim10在模拟电子技术教学中的应用[J].中国现代教育装备,2011(3):125-126. [4]李宏恩.Multisim电路仿真软件在模拟电子技术课程教学中的应用[J].科技信息,2009(31):908-909. 作者简介

王书杰（1975- ）男，江苏泰州人，讲师。研究方向为电子信息工程技术。