仿真软件在模拟电子技术课程项目教学中的应用

李 琪，杨 欣

（安阳工学院 电子信息与电气工程学院，河南 安阳 455000）

模拟电子技术是一门在电子技术方面入门性质的技术基础课程，是高等院校电类各专业必修的专业基础课，而且随着电子技术、计算机技术的发展，它也不断成为理科及工科本科生的必修课程.项目教学法是将传统学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目，围绕着项目来组织和开展教学，使学生能够直接参与到项目全过程中去的一种教学方式[1].自20世纪70年代以来，随着计算机、集成电路、电子系统设计的迅速发展，以计算机辅助设计为基础的电子设计自动化软件研制成功并开始投入使用，通过辅助分析与仿真技术实现了硬件设计软件化，为电子电路设计、仿真分析和实验结果验证提供了一条新途径.同时为电子技术电路的设计提供了一个功能强大的虚拟实验室，使得电子电路的虚拟实现成为可能.相比其他仿真软件而言，Multisim10仿真软件的优势较为突出.

1 Multisim10的特点

Multisim10有一个完整的集成化设计环境，具有直观的图形界面，庞大的元器件库，强大的仿真能力和分析功能，完善的虚拟仪器功能,从而成为各类学校电工、电子实验教学的首选工具软件[2].Multisim10仿真软件具有以下特点：

（1）具有生动的图形界面、操作简单、便于学习和使用.采用直观的图形界面创建电路,在计算机屏幕上模拟仿真实验室的工作台,绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取[3].

（2）具有丰富的元器件库和比较齐全的仪器仪表库.元器件库提供上千种电路元器件供电路设计选用，并且已有的元器件库可以不断的在线更新，方便工程设计及实验教学中使用.

（3）拥有强大的电路分析功能.Multisim10提供了十多种检测电路特性的分析方法.如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、失真分析、直流扫描分析、温度扫描分析、零-极点分析、射频分析等[4].

（4）实验和设计实现同步.实验和设计中使用的元器件及测试仪器仪表完备，方便对电路进行设计和仿真，并及时给予修改和调试，可以做到一边设计一边通过实验来验证设计.

2 项目的设定

项目的设定充分考虑到模拟电子技术课程内容、教学大纲要求以及学生的能力的提高.共设置了五个项目.

3 Multisim10在项目教学中的应用

项目确定后，要求通过Multisim10实现电路的设计和仿真.整个设计过程包括3个步骤：首先分析项目要求，然后根据项目的具体任务要求，制定方案.最后对仿真结果进行评价，也是对整个项目实施效果的一个总结.

下面我们以项目3为例，介绍如何利用Multi-sim10完成项目的设计和评价.

表1 项目内容

3.1 项目任务的具体要求

设计一个音频功率放大电路，该电路可以实现低音、高音的控制及音量放大功能.提出的指标要求是：

（1）负载电阻为8Ω；

（2）额定输出功率为10w；

（3）带宽大于 50Hz～15kHz；

3.2 项目的实施

根据设计要求分析，要实现一个低功率的音频放大电路，至少需要三级放大电路：前级放大电路、音调调节电路、功率放大电路.前级放大电路采用比例运算放大电路实现信号放大，音调调节电路采用负反馈式调节电路实现、功率放大电路采用集成功率放大器实现.利用仿真软件Multisim10可以在虚拟的电子平台对电路进行设计.

3.2.1 前级放大电路

图1 前级放大电路

利用集成运放NE5532实现同相比例运算电路，放大输入信号，采用电压负反馈使电路的输出阻抗减小，如图1.此时电路的放大倍数Au=1+R3/R2=11.电容C6用来滤波，减少失真.

3.2.2 音调调节电路

音调调节电路采用负反馈式调节电路.其中R4控制低音，R9控制高音.当R4滑到最左端时FL=1/(R4*C3*2π)=33.86Hz.符合设计要求的可调最低频率.当R9滑到最左端时可知FH=1/（C4*R8*2π）=15.4KHz，也满足设计要求的可调最高频率.

图2 音调放大电路

3.2.3 功率放大电路

图3 功率放大电路

电路的功率放大电路由集成功率放大器TDA2030接成OCL电路输出形式.集成功率放大器通过R13，R14，C9引入了电压串联负反馈，目的是为了提高输出电压信号的稳定性，减小输出波形失真.其中，D1、D2为保护二极管，滑动变阻器 R11实现音量的控制.

3.3 项目的评价

利用软件Multisim10对电路进行仿真，根据仿真结果评价项目的实施效果.电路仿真图见图4.

图4 音频功率放大电路仿真图

3.3.1 测量频带宽度

分别取输入信号频率为 50Hz、1KHz、15KHz的正弦波信号，利用Multisim10虚拟仪器进行波特图仿真，如图5、图6、图7所示.

图5 50Hz仿真波特图

图6 1kHz仿真波特图

由上面仿真结果可知，频率在50Hz-15KHz的正弦波信号满足频带宽度要求.

3.3.2 测量电压放大倍数

图7 15KHz仿真波特图

通过仿真测量输入信号频率分别在50Hz、1KHz、15KHz时电路的电压放大倍数，数据如表2所示.

表2 音频功率放大电路电压放大倍数

3.3.3 测量最大不失真输出功率：

根据直流电源为15V,负载电阻为8Ω，通过测试，当UI=113.136mV时，允许的最大不失真输出电压UO=9.618V,最大不失真输出功率Po=11.583W>10W满足设计要求.

4 结束

综上所述，将Multisim10应用到模拟电子技术课程项目教学中，为学生提供了一个更广阔的电子平台，使模拟电子实验不受实验设备和实验场所的限制，节约了项目经费，增加了学生的操作机会，提高了学生的学习兴趣.

〔1〕刘靖岩.项目教学法在模具拆装实训中的应用[J].辽宁教育行政学院学报，2007（04）：115-117.

〔2〕朱华光.Multisim10在模拟电路实验中的应用及研究[J].现代电子技术，2010（15）：192-193.

〔3〕吴霞，卢飒.Multisim10软件应用于级联计数器电路的案例分析[J].仪表技术，2009（07）：68-69.

〔4〕王国战，卢超.Multisim仿真分析方法的研究[J].长春工程学院学报 （自然科学版），2009（03）：53-55.