仿真软件在电子技术教学中的实例分析

董杰

山东省高校信息安全与智能控制重点实验室 山东青年政治学院 济南 250014

1 引言

电子技术作为大学电子类专业的主干课程，也是计算机、通信、网络管理等专业的基础课。它是一门实践性很强的课程，长期以来，电子技术课程教学主要由理论课教学、课程实验和实训教学环节构成，在传统的理论、实验、实训三段式教学模式下，通常是教师教得辛苦，学生学得痛苦，在学习中很多学生往往感到课程内容抽象，概念难以理解。随着计算机多媒体技术的广泛应用，将仿真软件引入大学电子技术课堂教学过程中，可以把抽象的概念和理论用具体的图形和声音表现出来。在课堂上利用软件进行仿真、演示，可以增强学生的感性认识，同时掌握各种仪器的基本使用和电路参数的测试方法，使课堂的教与学形成良好互动，教学内容更生动、直观。学生通过这种方式，更好理解电路的基本理论，可以达到事半功倍的效果。

2 仿真软件的选择及特点介绍

电子类仿真软件是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具，是以计算机的硬件和软件为基本工作平台，集数据库、图形学、图论与拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多学科研制而成的计算机辅助设计通用软件包。利用它从电路设计、性能分析、参数优化到PCB（印刷电路板）和专用集成电路设计，整个过程都可以通过计算机处理完成，因此日益得到广大教育工作者以及科技人员尤其是从事电子技术领域的科技人员的关爱[1]。

常用的电子类仿真软件有View logic、OrCAD、PSpice、Pcad、Protel、Multisim等，其中以PSpice、Protel和Multisim为目前国内外最为常用的EDA仿真软件。它们的功能特点各具特色，在应用时，应针对不同的目的和条件进行合理选择：PSpice功能强大，适合于对复杂电路进行全面的分析和优化；Protel综合性能好，使用范围广，实现了电路仿真与PCB设计的一体化，非常有意义；Multisim直观易用，具有较高的性能价格比，非常适合于电路、电子类课程的理论教学、实验和课程设计，具有广阔的应用前景。

Multisim是加拿大IIT公司推出的颇具特色的电子仿真软件，从6.0版本起有了较大规模的改动，主要增加了大量元件模型，可以仿真更复杂的电路，在很大程度上加强对高频电路的仿真能力和精度，电路图的绘制更加方便，此时软件更名为Multisim。Multisim在设计文件编辑和印制电路板设计方面，与其他通用EDA软件相比并无优势，其优点主要集中在电路仿真上。

Multisim的仿真功能十分强大，无需进行手工连线装配，就可以非常逼真地仿真出真实电路的结果，若是结果不理想，需更换元件或改变元件参数，只需点击鼠标即可完成。Multisim的分析手段也较全面，其中包括电路的直流工作点分析、交流频率分析、瞬态分析、时域和频域分析等电路分析方法。可对仿真电路中的元件设置各种故障，从而观察在不同故障情况条件下的电路工作状态。在进行仿真的同时，还可以列出所有元器件的清单，存储测试仪器的工作状态、显示波形和测量数据。另外，Multisim的兼容性也较好，它能导出被CAD或Protel所读取的文件格式。

3 仿真软件在电子技术教学中的辅助作用

大学教育要实施素质教育，把发展学生学习能力、实践能力、创造能力放在首位，实现从传统知识型向现代创新型培养目标的转变。Multisim为辅助教学提供了一个很好的实用工具，使教师能够在教学过程中对数字电路随时进行仿真实验，用软件进行仿真教学。

教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种逻辑电路的特性，讲解各种输入信号的变化或者电路参数改变对电路输出信号的影响，操作速度快，学生能够形象直观地观察到逻辑电路的工作情况，了解到不同形式的逻辑电路的功能。在演示过程中教师可以随时改变逻辑器件的参数、数值大小或增加逻辑器件的数量，让学生直观地看到从简单电路到复杂电路的变化过程，体会不同电路性能。教师可以方便地改变不同的测试点，使演示实验变得非常简便，使用软件辅助教学可将一些不易理解而又无法用真实仪器在课堂上演示的内容形象地展现在学生面前，做到化繁为简，变抽象为直观，让学生增加感性认识，加深对理论知识的理解和掌握。

Multisim不仅在辅助教学方面，而且在实际电子产品的开发方面应用也非常广泛，好多研发部门都把电子电路仿真软件作为开发、分析电路系统的工具软件，它的应用可以大大缩短研发周期，节约经费，提高效率。让学生提前掌握仿真软件的使用，可以增强学生的自信心，提高他们就业的竞争力。

4 将Multisim仿真软件引入电子技术教学的实例分析

学生刚开始接触模电的时候，对放大电路的交直流分析一直比较困难。很多学生搞不清楚为什么要对放大电路同时进行直流和交流分析？分析静态工作点对交流信号有什么作用？这时需要让他们理解，静态工作点是交流信号工作的一个载体，交流信号的放大必须在这个载体上进行，离开了静态工作点，交流信号没法正常工作。而且静态工作点需要选取合适的位置，位置选取不合适，交流信号的放大就会产生失真。传统的方法是，计算出静态工作点的大小，然后根据三极管Ic和Uce的变化曲线，画出输入和输出交流信号的变化曲线[2]。如此分析，数据较多，图形繁琐，往往让学生理不清头绪，更重要的是没有直观地认识交流信号在静态工作点处的变化情况。

以图1为例，采用仿真的方法分析。图1为一个典型的单管共射放大电路，输入为一个微小交流信号，经过三极管放大，通过电容耦合输出。通过估算，静态工作点处Ub=3 V，Uc=9.7 V，通过仿真得出图1中结点3和5处的波形如图2所示。在图2上，可以看到经过滤除直流信号后，B通道电路最终输出的正弦波的波峰值约为607.8 mV，比输入信号放大了30倍，A通道为交流信号叠加在静态工作点的信号，两个波的波峰值相减为9.27 V，正好约等于静态工作点的Uc值。通过图形看到，必须通过外加的直流电源，让三极管工作在一个合适的静态工作点，交流信号才能正常放大，放大后信号通过电容C3隔离直流信号，最终得到放大后的波形。通过仿真的图2，直流交流分析直观清楚。

5 结束语

Multisim是一种特别适合于教学的电路仿真软件，是用于电子技术课程教学的良好工具，教师上课做演示实验不需要搬动笨重的仪器，只需有一个多媒体教室就可以了。在学生实验过程中使用Multisim，既可扩展实验内容，又可扩充学生的思维空间，这对提高学生的学习积极性、主动性有重要的作用。学生通过Multisim来学习电子技术，不论是在理论上还是在实践上都得到很大的提高，而且又节省了精力，提高了效率。

[1]王萍.电子技术实验教程[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3]刘金华.数字电子技术[M].北京:北京大学出版社,2010.