教学做一体化的模电课堂——基于Multisim软件的运用

王 凯

(河南水利与环境职业学院，河南 郑州 450000)

0 引言

1 目前的教学情况

模拟电子技术理论性、实践性很强的专业基础课，内容繁杂、抽象难懂，要求学生对各个元器件的参数以及不同元器件的组合会呈现什么样的特性有充分了解。这门课程往往在大一开设，很多学生对这些元器件初次接触，在并没有很好了解的情况下，面对大量的公式推导和乏味的理论分析逐渐对该课程失去了学习兴趣。目前的教学模式，先进行理论学习，期末再进行典型实验的验证。这中间时间间隔太长，导致实验不能及时帮助学生理解、验证理论，到做实验时理论已经忘的差不多了。甚至出现上课听不懂，实验不会做的恶性循环。应充分发挥该课程实践性强的优势来解决这一问题，引入新的教学模式，激发学生的学习积极性和创造性。

2 教学与Multisim结合的必要性

美国的模块化教学以及创新实验室的使用充分锻炼了学生的动手能力，让学生在实践中发现规律掌握知识。而我们的传统理论式教学无法让学生体会到该课程的真正魅力以及在实际中的应用。随着电子技术和计算机技术的迅速发展，EDA软件的出现，电子设计已经由传统的“手工设计”阶段发展到“计算机辅助设计”阶段。Multisim界面简洁，操作简单，元件库丰富，适合模电教学的使用，将Multisim引入《模拟电子技术基础》的课程教学，让学生在课堂学习的同时看到各个器件的特性、电流通过各个器件的各种变化及其仿真结果。增强了学生对新事物的感性认识，激发了学习兴趣。从实验教学的角度看，在电子技术高速发展的今天，各种新型器件，芯片不断更新换代。由于实验室受客观条件的限制，不仅不能及时的提供最新的元器件，而且存在仪器和元件的损坏问题，教学效果不理想。利用Multisim软件进行模拟电子技术的辅助教学，可以很好的解决这些问题。

3 Multisim软件介绍

NI Multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NI Ultiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。Multisim在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及SPICE模拟。适用于板级的模拟、数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

Multisim的主要功能与特点：

1）直观、方便的人机界面。电路的创建、器件的选用和虚拟测试仪器均可方便的选取，而且虚拟测试仪器齐全，外管与实物相似，操作如同真实设备一样。

2）拥有庞大的元件库，、更新及时。增强了仿真电路的实用性，同时可以由用户自己新建或扩充已有的元件库，所需参数可从厂家的产品使用手册中查到。

3）强大的电路分析能力。能够完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析等电路的分析方法，从而帮助设计人员分析电路的性能。

土壤是种子生根发芽的重要基础条件，但依据多样化的传播形式，随机掉落至地面之上。很多种子在适合的环境中生产，植被逐渐的状态，但也有很多种子掉落至比较恶劣的环境之中，在土壤中逐渐消亡，在此，仍有一部分种子会处于休眠状态中，被称之为土壤种子库。很多动物以种子为食，在环境要素与生物要素影响下，部分种子萌芽，部分种子消亡，很多休眠中的种子成为了植被恢复更替的内在动力。质量比较小的种子具有持久种子库的优势。因此，植被在种子阶段时，种子库为植被的恢复与更新创造了良好的条件，长期保存着种子的活力，并在适宜的环境中发挥其生态意义。

4）适用范围广。可以完成电工电路、模拟电路、数字电路及射频电路等。可对仿真电路各个元器件设置不同故障，观察不同故障下的电路工作状况。仿真的同时，软件可以存储测试的所有数据、测试仪器的工作状态、显示波形。

4 Multisim在《模拟电子技术基础》课程教学中的应用方案

在教学中，安排部分学时为上机课，Multisim作为理论联系实践的桥梁，一方面可以加深对理论知识的理解，另一方面为动手实践做好铺垫，让教、学、练有机的结合起来。

1）针对“教”

教学中可以将理论教学与仿真环节同时进行，边将边用软件构建电路。Multisim的元件库中提供了数千种实际元件和仿真元件供选用，绘制电路图非常方便，元件参数可根据需要更改。绘制完成后进行仿真，使抽象的概念形象化。对所讲电路进行即时分析，各个元件的工作过程生动形象的展示在屏幕上，具有极好的演示效果，提高模拟电路课程的趣味性和直观性。使学生始终保持极高的学习兴趣。

如：利用Multisim观察半导体二极管的单向导电性

在Multisim中构建二极管电路，如图1（a）所示，图中VD是虚拟二极管，输入端加上最大值Uim=4，频率为1kHz的正弦波电压，接入一台虚拟示波器XSC1，这是一台双踪示波器，有A、B两个通道，A端接二极管电路的输入端，B端接电路的输出端，如图1（a）所示。

图1 二极管仿真电路

电路仿真以后，可向学生展示示波器，观察到输入、输出波形，如图1（b）所示。为便于区别，用较浅颜色色显示输入波形，用较深颜色显示输出波形。由图可见，输入信号是一个双向的正弦波电压，而经过二极管以后，在输出端得到一个单方向的脉动电压，学生可以直观的了解二极管具有单向导电性。

2）针对“学”

要求学生学会模拟电子技术方面的基本知识、基本理论，对各自放大电路有一定的认识，可以分析各种放大电路的特点。同时要求掌握Multisim的简单使用方法。

3）针对“做”

在学生掌握一定的模电知识和对Multisim比较熟悉后，教师布置一些基础电路图，让学生完成仿真，使学生在完成仿真过程中发现规律，掌握知识点。

如：单管共射放大电路Multisim仿真

指导学生在Multisim中构建单管共射放大电路如图2（a）所示，电路中三极管的

（1）测量静态工作点

让学生在仿真电路中接入三个虚拟数字万用表，分别设置为直流电流表或直流电压表，以便测量IBQ、ICQ和UCEQ，如图2（b）所示。

电路仿真后，可测得 IBQ=40.19μA，ICQ=2.007mA，UCEQ=5.979V。

（2）学生观察输入输出波形

图2（a）中的单管共射放大电路仿真后，学生可从虚拟示波器观察uI到uO和的波形如图2（c）所示。突入颜色较浅的是uI的波形，颜色较深的是uO的波形。由图可见，uO的波形没有明显的非线性失真，而且uO与uI的波形相位相反。

将图2（a）中的虚拟数字万用表分别设置为交流电压表或交流电流表。 由虚拟仪表测得，当 Ui=9.998mA时，Uo=783.331mV，Ii=10.481μA，则

为了测量输出电阻Ro，可将图2（a）电路中的负载电阻RL开路，此时从虚拟仪表测得，则

让学生将以上仿真结果与课堂上所讲的估算结果进行比较，发现其中规律。

图2 单管共射放大电路

5 总结

要在有限的学时内达到较好的学习效果就必须根据时代的发展不断的更新教学方法和教学手段。Multisim是一款邮箱的电路设计与仿真分析软件，在教学中利用Multisim将模拟电路安排到计算机机房进行授课。让学生边学边练，不仅可以使学生更好的掌握理论知识，还可以进一步培养学生的应用能力、综合分析能力、排出故障能力和开发设计能力，更重要的是让学生掌握知识的同时掌握了一款实用的软件。将对学生今后的学习乃至工作都有巨大的帮助，学校培养出符合社会需求的高素质人才。

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