使用multisim10仿真软件提高模拟电路教学质量

柴万东，张立萍

（赤峰学院 物理与电子信息工程学院，内蒙古 赤峰 024000）

1 引言

模拟电路课程是电子类、计算机等专业的一门实践性很强的专业技术基础课程，其传统的学习方法是先进行理论学习，然后是实验环节，目的是为了培养学生分析、设计模拟电路的能力.而在学习过程中，学生们普遍反映模拟电路课程比较难学，太抽象，难以理解，如果在进行模拟电路理论教学的同时，利用Multisim仿真软件进行模拟电路实验演示,可以合理选择电路元件，适当修改电路参数，进行各种电路仿真，有利于学生理解理论课程，从而提高了模拟电路的课堂教学质量.

2 Multisim10仿真软件介绍

Muhisim10仿真软件是一种用于电路设计和仿真的电子自动化设计软件，专门用于电路、模拟电路、数字电路的设计与仿真.Muhisim10软件功能非常强大，仿真效果形象生动，是模拟电路、数字电路教学的首选仿真软件.Muhisim10软件是由美国NI公司推出的设计、仿真软件，它的功能特点如下：

1.图形界面友好、直观：它的操作界面就好像一个实际的电子操作平台，可以将电子元器件和测试仪器直接拖动到屏幕上，在元器件之间点击鼠标进行导线连接，完成电路的绘制工作，并进行相应的仿真.

2.具有丰富的元器件和测试仪器：Multisim10仿真软件有16000种元件和21种测试仪器可供使用.除默认仪器外，还允许用户使用LabVIEW设计的仪器仪表，使电路测量更加简单.

3.电路分析和仿真功能强大：Multisim10仿真软件可以用于模拟电路、数字电路、模拟/数字混合电路、射频电路、单片机以及VHDL的设计仿真.

Multisim10软件基于Windows操作系统，易于学生掌握和使用.

3 Multisim10软件在模拟电路教学中的应用

3.1 Multisim10软件的仿真步骤

（1）使用Multisim10器件库中提供的原件与虚拟测试仪器在工作区中搭建电路；

（2）确定元器件参数和虚拟测试仪器的工作模式；

（3）加入输入信号，启动Multisim10进行仿真；

（4）修改参数，再次仿真，进行比较.

3.2 单管共射放大电路仿真实验

3.2.1 建立电路原理图

启动Multisim10后，在工作区中画出单管共射放大电路原理图，如图1所示.先在元件工具栏（ComponentToolbar）或仪表工具栏（InstrumentToolbar）中选择合适的器件，点击鼠标将其拖至相应位置，用导线将其连接成单管共射放大电路，然后双击元器件打开它的特性对话框，对器件进行标识、赋值，最后仔细检查无误后保存.

图1 单管共射放大电路仿真电路图

3.2.2 静态工作点分析

图2 直流工作点分析选项

分析电路的静态工作点时，只要将电路中的交流电源设置为零，也就是设置函数信号发生器输出波形的幅度为零，同时接通12V直流电源，调节滑线变阻器Rp的阻值，用直流电压表测量Ub、Ue、Uc，亦可通过单击软件中菜单栏Simulate/Analyses/DCOperatingPointAnalysis命令，打开DCOperatingPointAnalysis对话框，在弹出的对话框output页面中分别选中$2、$5、$6节点，即 Ub、Ue、Uc节点，如图 2所示，点击Simulate按钮，系统便得到运算的结果，如图3所示，图中显示的是三个节点的静态电压值.

图3 直流工作点分析结果图

从图3的运算结果可以看到，节点Ub、Ue、Uc的电压分别是2.33044V、1.52810V、9.02286V，与理论运算的结果基本一致，由于 Uc>Ub>Ue，并且 Uce=Uc－Ue≈7.49V，Ube=Ub－Ue＞0.7V，即三极管的发射极正偏、集电极反偏，所以可以判断出电路处于放大电路的工作状态.

3.2.3 电压放大倍数计算

将输入信号设置为1000Hz、50mv的正弦波信号，双击接在电路输入、输出端的虚拟示波器，打开仿真开关，观察示波器上的输入电压、输出电压波形，如图4所示.学生可以从图中清晰地看出：输出信号幅度远大于输入信号幅度，且同为正弦波，体现了信号的放大作用；而且输出信号的相位与输入信号相反.因此我们又将单管共射极放大电路称作反相电压放大器.这样会使学生对信号放大电路有一种直观的印象，不仅帮助学生加深理解，而且激发了学生的学习兴趣.移动光标读出输出信号、输入信号的一组数据值，计算放大倍数Av=782.440mV/（-49.980mV）=-16.

图4 输入电压、输出电压波形

图5 输出电压产生截止失真

3.2.4 观察输出波形失真

学生在学习波形失真的内容时，往往没有直观的认识，所以总是混淆饱和失真与截止失真，通过Multisim10仿真软件中展示出两种失真波形，学生就会对这部分内容记忆深刻.在图1所示的电路中按“shift”+“A”键逐渐增大电阻Rp，电路中积极偏置电阻增大，基极电位下降，静态工作向下偏移接近截止区，会出现截止失真，当Rp增大到300kΩ/40%时，波形出现了明显的截止失真；反之，当按“shift”+“A”键逐渐减小电阻Rp时，电路中积极偏置电阻减小，基极电位上升，静态工作向上偏移接近饱和区，会出现饱和失真，当Rp减小到300kΩ/5%时，波形出现了明显的饱和失真，如图6所示.

图6 输出电压产生饱和失真

4 总结

通过以上实例可见，在模拟电路课堂教学中使用Multisim10仿真软件模拟电路非常方便，仿真结果直观、精确，对模拟电路教学是一种很好的辅助手段，它弥补了传统教学模式的不足.通过Multisim10仿真，可以降低学生对课程的抽象感，帮助学生更好地理解、掌握理论知识，使理论课的教学更加生动有趣，可以更好的吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣.学生在使用Multisim10软件进行设计、仿真时，可以根据需要适当修改电路元件参数，使电路的工作状态达到最佳，从而使学生尽快掌握设计功能完善的模拟电路的能力.但由于使用Multisim10软件进行设计、仿真存在一定的局限性，因为虚拟电路与实际电路、虚拟仪器与实际仪器之间还存在着一定的差异性，并不能完全代替实际的实验操作，所以只有将理论教学、实验教学和软件仿真三者有机的结合起来，发挥各自的优势，充分调动学生的积极性，才能取得更好的教学效果.

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