Multisim仿真教学在模电课程中的应用与实践

摘要：通过将Multisim与“模拟电子技术”课程课堂教学内容、课后知识扩展以及工程实例等方面相结合，介绍了该软件在模电课程中的应用与实践；并与问题式、讨论式教学方法相结合，突破仿真电路在课堂上仅作为单一验证环节出现的局限性。实践表明，引入Multisim仿真不仅可让抽象的理论形象化、具体化，使得理论与实践相结合，更达到了提高学生分析能力和创新能力的目的，教学效果良好。

关键词：Multisim10；仿真；模电课程

作者简介：马晓琳（1979-），女，河北石家庄人，军械工程学院，讲师；李永科（1979-），男，陕西宝鸡人，军械工程学院，讲师。（河北

石家庄 050003）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0090-02

“模拟电子技术”课程是电类相关专业的一门重要专业基础课，它在各专业课程体系中有着至关重要的地位，直接影响着后续专业课程的学习。该课程涵盖的内容广、基本概念以及要掌握的重难点比较多，因此对于初涉电学课程的学生来说会感到枯燥、抽象，难以入手。与先修课程数学、物理、电路等强调理论性不同，模拟电子技术更强调理论与实践相结合，着眼于解决复杂的实际问题，具有很强的专业性和应用性。将Multisim仿真引入教学之中，并与问题式、讨论式教学方法相结合，突破仿真电路仅作为单一验证环节出现的局限性，可以使抽象的理论形象化，使得教学变得更加形象、直观，更能够充分调动学生的积极性，提高学生创新能力和动手实践能力，更为充分体现该课程应用性强的特点。

一、Multisim10简介

Multisim10是一款用于电子线路设计与仿真的EDA工具软件，由美国国家仪器公司出品。该软件简单直观、易学易用，可实现交互式教学。软件中提供了大量虚拟测试仪器仪表，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源、频谱分析仪、逻辑分析仪等，其外观、参数设置和使用方法与真实仪器基本一致，可直观演示电路工作时的实际效果，使用非常方便。[2]特别是提供了电路分析的常用方法，包括：直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、失真分析、噪声分析、直流扫描分析等。[3]借助于Multisim软件的虚拟仿真技术，不仅使学生在课堂上能通过观看老师对电路的操作演示，更加直观理解各个知识点，而且还能使每个人在课堂下都能亲自动手接触电路，包括对元件的选择、参数的设定，以及电路输出结果的测试分析。在课堂上构建虚拟实验室，可以很好地解决理论教学与实际动手相脱节的问题，使得学生的学习兴趣和学习效率都大为提高。

二、Multisim10应用案例分析

1.课堂应用

以多级放大电路这部分教学内容来体现Multisim在课堂教学中的创新应用。多级放大电路在“模拟电子技术”课程当中是作为基本放大电路三种组态之后出现的教学内容，这部分内容实用、重要、综合性较强。传统教学一般多从电路结构入手，逐步分析各级电路和，再计算整个电路增益，即。但电压放大倍数又不是简单的增益相乘，与前一级和后一级输出输入电阻均有关系。这部分单纯的理论讲解较为抽象，学生普遍感到理解困难。以一个仿真电路作为问题的开始，例如单级放大电路仿真增益为50，而两级共射级联后增益仅为100左右，通过对“共射+共射”两级电路分析，发现两级电路的增益值远远没有想象中两个单独空载的共射电路增益之积那么大，那么如何设计电路更为合理，达到增益的最大化？对这个问题的深入探讨可以从一道课后习题入手：基本放大电路如图1所示，图1（a）为电路Ⅰ，图1（b）为电路Ⅱ。由电路Ⅰ、Ⅱ组成的多级放大电路如图1（c）、图1（d）、图1（e）所示，它们均正常工作。试说明图1中（c）、（d）、（e）哪个电路的最大。[1]

从历年教学过程中发现学生对该问题答案不一，此时根据学生一般的认知程度，会出现几种不同并且相互矛盾的答案：增益值大小基本一致，理由是共集电路增益近似为1，三个电路总增益基本为共射电路增益；或图1（e）增益最小，理由是共集电路增益接近1但小于1，故相乘之后总增益值最小；或图1（c）、图1（d）增益相同等等。此时学生的积极性被充分调动起来，可组织学生结组深入问题进行讨论。采用电路仿真，并对仿真结果进行对比。仿真结果表明，图1（e）所得到的电压增益最大，图1（c）次之，图1（d）增益最小。例如“共集+共射+共集”电路的仿真电路及仿真结果如图2所示，其增益值最大。这个答案可能会和学生给出的答案大相径庭，从而激发了学生强烈的求知欲，找出问题的根源。经过分析：正是由于前一级的输出信号是后一级的信号源，后一级的输人电阻是前一级的负载，前后输入输出电阻相互影响才导致增益各不相同。此时适时引入理论分析及公式计算，通过分析引导学员发现和影响增益的问题，分析出图1（d）共集电路以共射电路为负载，后者输入电阻较小，从而导致前者的输入电阻明显减小，，因而输出电压明显小于输入电压，其增益计算总公式为，因此图1（d）增益最低。同理，图1（c）共射电路以共集电路作为负载，由于共射电路输入电阻较低，导致在信号源有内阻的情况下，其增益数值小于，集电极输入电阻较高，作为负载影响不大，虽然图1（c）、图1（d）两图增益均为，但电路结构不同，和具体表示也不近相同；而图1（e）前后级电阻匹配，增益近似为，故而整个电路最大。该部分内容从一个错误结论与实际仿真结果相悖入手，抓住学生的注意力，与问题式教学法相配合，通过设疑等方式启迪、诱导学生主动思考，利用Multisim仿真将课程中的主要知识环节融会贯通，使枯燥、晦涩的理论讲解变得生动、直观、易于接受。

2.课后扩展

又如在乙类推挽式功率放大电路的讲解中，通过Multisim仿真能够直观显示出实际电路产生交越失真的现象，如图3所示。在形象显示电路失真的同时，极大激发学生学习兴趣，进而可将问题扩展，交越失真现象产生的原因是什么，如何消除交越失真？此处采用讨论式教学法，将仿真现象作为切入点，从而引出甲乙类功放电路，该部分电路的仿真可留给学生作为课后问题的扩展。另外，除此电路之外，是否还有其他消除交越失真的电路？如倍增电路等，均可作为进一步的探讨。该处仿真作为课后延伸与扩展，是对课内知识的补充和发展，通过一个小小的仿真，让学生带着无限兴趣和悬念走出教室，学生会把课堂里学到的创新理论和创造性的思维，在课外继续深化到更高层次，这也正是我们在模电课程当中引入Multisim仿真的目的所在。

3.工程实例

结合工程实例，给学生布置一些具有实际功能性的电路进行设计，在极大激发学生探索创新精神的同时，也体现了本门课程工程性强的特点，有助于增强学生日后在专业课程中分析具体电路的实践能力。例如：锯齿波电路是一个应用十分广泛的功能性电路。在以往教学中只将其作为方波发生电路的一个扩展内容进行简单介绍，学生对此不会产生很深刻的印象。现在以雷达屏幕的扫描信号为例，要求设计一个锯齿波信号发生器，图4是学生给出的仿真电路。通过仿真学生对集成运放、反馈、振荡电路和电压比较器等相关知识有了更深刻的理解，并且将这些知识和理论形成了一个完整的体系，在增强了动手实践能力的同时，对今后专业课程的学习也大有裨益。

三、结束语

本文讨论了Multisim仿真在模电课程中创新性的应用与探索，与先进的教学方法配合使用相得益彰，不仅可以使抽象、枯燥的理论学习变得具体、生动起来，而且激发了学生浓厚的学习兴趣，从而加深对电路原理、元器件参数及电路性能的理解，使复杂的电路分析变得简单易懂。提高了学生发现、分析和解决实际问题的能力，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]华成英.模拟电子技术基本教程[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2]马志钢，薛红梅.基于Multisim10的案例教学法在模电课程中的应用[J].中国教育信息化，2011，（3）.

[3]唐小洁.Multisim 10在模电教学中的应用[J].现代电子技术，2011，（22）.

（责任编辑：刘辉）

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