Multisim在电类专业课程中的应用研究

郭 华， 郭 霞，田 超

（西安交通大学城市学院电气与信息工程系，陕西西安,710018）

0 引言

随着计算机技术的飞速发展，软件仿真已成为教学中必不可少的手段。重视仿真软件的应用不仅可以使理论教学更加形象生动，也可以培养学生的探索、创新能力，弥补实验设备的不足。

电类专业课程的仿真软件多种多样，如Multisim、Pspice、TINA、Protel、Protues、Matlab等等。各门课程在选择仿真实验时，通常根据课程特点选用软件，不同软件的学习至少占用4~6学时，再进行相应的硬件实验。因此在有限的软硬件学时中，仿真软件的学习时间大约要占去三分之一到四分之一，实验效率比较低。若能够找到一种简单易学的软件，涵盖多门专业课或专业基础课，则可节省时间、事半功倍。待专业知识巩固之后，再去拓展多种软件。

作者根据总结教学经验进行教学改革，选择适合的Multisim仿真软件应用于电路、模拟电子技术、数字电子技术、自动控制原理、高频电子线路、电力电子技术等专业基础课中，取得良好效果。

1 Multisim在模拟电子技术实验中的应用

Multisim是NI公司推出的原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。它提供数千种电路元器件；虚拟测试仪器仪表种类齐全，既有一般实验用的通用仪器，还有一般实验室少有或没有的仪器，可以完成各种类型的电路设计与实验；并具有较为详细的电路分析功能。实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，效率高；便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学、开展综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新的能力。

模拟电子技术课程中从分立元件到集成芯片的设计都可以在Multisim元件库中找到较为合适的器件，根据绘制好的电路进行相应的静态和动态分析。图2.1.1是一个典型的基极固定分压的共射极电压放大电路。图中XFG1为信号源，XSC1为双通道示波器。静态工作点的位置会影响电路的动态性能指标，可给基极分压电阻RB1串联一个电位器R1，随时调节电位器的大小，改变静态工作点的位置。

Multisim中的“DC Operating Point”选项可显示静态工作点。分析电路的动态性能指标使用“AC analysis”选项，图2.1.2为图2.1.1所示电路的频率特性。移动光标可以找到对应相位180o的幅值，即理论计算时的中频区电压放大倍数，输出电压与输入电压的相位相差180o。若将此时的放大倍数下降3dB，则对应频率值即为区分低、中、高频的上下限截止频率。

2 Multisim在自动控制原理实验中的应用

自动控制原理的理论教学中利用典型环节的数学特性分析自动控制系统的物理意义。如果仅利用Matlab仿真，绘制根轨迹或波特图，只能从数学角度分析，其物理意义不明。因此，可借鉴Multisim的电路分析功能，搭建电路模拟典型环节，再根据电路特性进行分析计算，有助于学生对理论知识的理解。

由集成运放、电阻、电容组成的两个惯性环节，也可以看作一个振荡环节。利用Multisim自带的波特图仪可看到电路的频率特性曲线：点击按钮“Magnitude”显示幅频特性，点击按钮“Phase”显示相频特性，如图2.2.1所示。振荡环节的幅频特性分为两部分：低频段与零分贝线重合，高频段为斜率–40dB/dec的一条斜线；两部分的交点对应频率为转折频率。相频特性在0o~ –180o之间，转折频率处的相位为–90o。用户可调节横纵轴的显示范围，让图形更便于观测。

3 Multisim在高频电子线路中的应用

因分布参数的影响，高频电路实验比模拟电路实验和数字电路实验复杂得多，分析和理解更加困难，可能会因为一个元件的放置位置或导线的布线等使测试结果出现较大的误差；因此，完成一个实验的时间较长。利用Multisim可延长学生实验时间，提高实验室的利用率，弥补传统实验教学的不足。

例如，采用乘法器组成AM调幅电路。利用Multisim自带的频谱分析仪能够观察输出频谱，示波器观察调幅波形，如图

2.3.1 所示。由频谱分析仪面板右下方可以看到， 指针当前所处频率为20KHz，此时载波分量幅值最大。调幅波中有3个频率分量：载波分量、上边频分量和下边频分量。运行仿真电路，改变调制信号的电压，可以观察调幅度对波形的影响。

图2.1.1 基极固定分压的共射极电压放大电路

图2.1.2 共射放大电路的频率特性

图2.2.1 振荡环节的幅频特性和相频特性

图2.3.1 AM调幅电路输出频谱和调制解调信号

4 结论

通过此项教学改革，节省了实验学时；同时学生熟练应用软件，解决问题的效率随之提高。教学改革之后，除模电实验需要全面引入Multisim软件，需6学时授课时间外，其他实验均可根据具体课程与仿真软件结合的特殊应用讲解2学时即可，节省出6学时左右。

实践证明，Multisim中丰富的电路分析功能可适用于多门电类课程的仿真实验。将Multisim 应用于电类专业课程教学中，可以免受实验教学内容和仪器仪表的限制，丰富实验内容，拓展实验教学的空间和时间。另外，仿真软件的使用激发了学生的学习兴趣， 提高学生的自学能力和创新意识。

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