基于multisim 在模拟电子技术课程中的教学设计研究

江天亮

[摘           要]  为了提高模拟电子技术课程的授课质量、学习效率、学习效果;也为了激发学生的学习兴趣，增强学生在课堂上的主体地位，让学生在课堂上有课可听、有事可做;为了增强学生对模拟电子技术从感性认识到理性认识的直观性、可操作性。为了学生更好地运用multisim仿真软件和掌握模拟电子技术相关知识，特意研究multisim在模拟电子技术课程中的教学设计。

[关    键   词]  multisim;模拟电子技术;教学设计;授课质量;学习效果

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）20-0086-02

模拟电子技术课程是高职电子类专业（应用电子技术、电子信息工程、通信工程等）及自动化专业必须开设的一门专业基础课，该课程学习的好坏直接影响后续专业课程的学习。模拟电子技术又是一门基础理论知识与实际操作技能联系十分密切的课程，不仅要有扎实的理论基础知识，还要有相当强的实际操作技能，这样才能掌握模拟电子技术课程的相关知识。要学好这门课程离不开理论学习和及时的实验实训学习，而一般的高职院校没有能力配置该课程所需的所有元器件及所需仪器、仪表同时供30～50人使用，怎样才能解决这种教与学的矛盾？只有大力开发、开展虚拟“模拟电子技术实验”让学生直观地观察、理解、认识模拟电子技术相关知识。虚拟仿真实验技术作为一种新兴的技术迅速崛起，诞生了一大批各具特色的电子电路自动设计软件，改变了传统的定量估算及真实的电路实验为基础的模拟电子技术分析和设计方法，其中multisim软件是一款非常不错的典型代表。为了提高学生学习模拟电子技术课程的兴趣和提高该课程授课质量、授课效果，在模拟电子技术课程中使用multisim软件进行同步教学就值得认真研究。

一、授课对象分析

民族地区高职学院一般处在经济发展滞后和交通落后的少数民族聚居区，由于地区发展的不平衡导致高职学院的发展不平衡，这样就带来了生源质量不高的后果，再加上少数民族地区居民对职业教育认识水平相对比较低，学生及学生家长对到职业院校学习职业技术积极性不高，普遍认为只有普高才能改变个人及家庭的社会地位和经济状况。

民族地区高职学院的五年制大专学生大多是初中毕业考试成绩在380～480分之间（初中毕业会考加毕业统考总分1080分），三年制大专学生高考成绩大多数在180～280分之间（高考总分750分），另外，还有一部分生源来至学院的单独招生考试（区域内的中职学校、技工学校、少量的普通高中）。

这些学生的主要特点是：（1）文化基础薄弱，学习模拟电子技术知识相对而言比较困难，缺少理性和感性认识;（2）學习思维比较僵化，容易形成思维定势，不容易理解电子元器件的工作原理、作用;（3）学习目的不太明确，在学习上漫无目的、学习质量低下，具有较强的懒散心理;（4）学习自觉性、自信性偏低，对自己学习能力、认知能力持怀疑态度，过于低估自己;（5）感性认识强于理论分析，行事容易冲动。

二、模拟电子技术课程体系分析

模拟电子技术是电力、电子、通信、自动控制等专业的一门技术基础课程，主要是研究各种半导体器件的性能、电路及其应用的学科，是为后续学习专业课所必需开设的知识储备课程，是整个专业体系中的基础。电子技术的发展为人们的文化、物质生活提供了优越的条件，数码摄像机、家庭影院、空调、电脑等都是典型的应用实例。在工业、科技领域中更具有龙头作用，如通信工程、测控技术、航天航空航海等比比皆是，所以模拟电子技术不仅在理论上是后续学习的基础，而且在实际操作检测上更是不可缺少的基本技能。

三、multisim特色分析

Multisim电路仿真软件最早是加拿大图像交互技术公司（IIT）于20世纪80年代末推出的一款专门用于电子线路仿真的虚拟电子工作平台（EWB），能完成从系统仿真、电路仿真到电路版图生成的全过程，功能主要有以下方面。

1.扩展了原有元器件库。新增了源自Mircochip、Texas Instru-ments、Linear Technologies等公司550多种元器件，使元件总数达到17000余种。

2.不断改进虚拟接口。可以隐藏接口名称、精确名称定位和更安全的接口命名功能，以此来帮助用户创建可读性更高的原理图。

3.提升了可编程逻辑器件（PLD）原理图设计仿真与硬件实现一体化融合的性能。

4.新增波特图分析仪。通过安装NI ELVISmx驱动软件4.2.3及以上版本，可以访问新的NI ELVIS仪器—波特图分析仪，以帮助学生分析其实际电路。

5.专为学生定制了NI myDAQ。NI myDAQ是一款适合大学工程类课程的便携式数据采集设备，集成了8个虚拟仪表。NI myDAQ、NI LabVIEW和Multisim三者可以协同工作进行实际的工程实验，使学生在课堂或实验室之外也能接触原型系统并分析电路性能。

6.增加了AC单频分析。

7.提高打开和保存文件的速度以及移动组件、取消、更改和重新更改的速度。

8.新增NI范例查找器。

9.提高了Multisim原理图与Ultiboard布线之间的设计同步性与完整性。包括对设计冲突的用户界面改进，允许对同一封装中多个门电路之间进行显式匹配的全新对话框以及通过电子表格视图中的结果标签页来更方便地找出那些容易被忽略的设计改动。

四、教学设计分析

（一）模拟电子技术授课主要思路

精选内容、推陈出新，讲清基本概念、基本电路的工作原理和基本分析方法。对较简单的电路，进行人工计算分析;对较复杂的电路，利用计算机及相应软件进行仿真分析和设计。随着电子技术硬件的发展和仿真软件的不断升级，目前，硬件与软件之间的界限越来越模糊，在利用软件对电路进行辅助设计时，不能轻视硬件，引导学生全面发展。

（二）模拟电子技术授课内容安排

注重贯彻从实际出发，由浅入深、由一般到特殊、从感性认识上升到理性分析等原则，通过各种半导体器件及其电路来讲清楚模拟电子技术中的基本慨念、基本原理和基本分析方法。对于基本的和常用的半导体电路，除了作定性的分析外还要介绍工程计算、设计方法和软件设计仿真方法。为了加深对课堂知识的理解，注重multisim仿真电路实例分析，课后配置一定量的作业加以巩固。理论讲解、multisim仿真、学生课堂练习基本上达到1：1：1的时间分配，以增强学生的学习主体地位，促使学生积极动脑思考、及时动手实操，让学生在课堂上有课可听、有事可做。

（三）multisim在模拟电子技术课堂的应用

模拟电子技术是研究半导体器件的性能、电路及其应用的学科。它主要包括晶体管放大电路、反馈放大电路、集成运算放大电路、信号产生及变换电路和电源电路。放大电路是模拟电子技术基本的单元电路，主要有共发射极、共集电极和共基极三种基本组态放大电路，现以共发射极放大电路为例进行应用。

1.在multisim中建立原理图

打开multisim软件，在电路仿真工作区创建仿真电路图，如图1所示。

2.静态分析

（1）直流工作点分析

在multisim界面中，依次点击菜单栏中的仿真（simulate）、分析（analyses）、直流工作点分析（DC operating point analysis），如图2所示。

（2）电路直流扫描

直流扫描分析主要是观察电源电压对发射极的影响，在multisim界面中，依次点击菜单栏中的仿真（simulate）、分析（anal-yses）、电路直流扫描分析（DC sweep analysis），在输出（output vari-able）选项卡中选择需要仿真的节点7和电源电压变化范围，然后点击仿真（simulatea）按钮，如图3所示。由图可知，只有当电源电压超过5V时，发射极电压才随电源电压增大而增加，与放大器工作原理相符合。

3.动态分析

（1）输入输出波形

在放大電路设置合适的信号源，调整偏置电阻，通过示波器观察输入输出波形，通道A接输入波形，通道B接输出波形，如图4所示。可以直观的看到输出与输入波形相位相反，通道B（1v/div）的幅度比通道A（20mv/div）的幅度大得多，符合共发射极倒相放大原理。

（2）交流分析

在multisim界面中，依次点击菜单栏中的仿真（simulate）、分析（analyses）、交流分析（AC analysis），在频率参数（frequency par-ameters）选项卡中设置参数，在输出（output variable）选项卡中选择需要仿真的节点4，再点击仿真（simulatea）按钮，如图5所示。

五、效果分析

在课堂上通过1 ∶ 1 ∶ 1模式对模拟电子技术的基本理论讲解、基本分析方法的剖析，再及时运用multisim软件的仿真，让学生直观地感受模拟电子技术相关参数的设置对电路的影响是非常大的。课后再用实际电子产品进行分析验证，即满足了学生的好奇心，又提高了学生的学习兴趣，增强了学生的动手操作技能。运用multisim在模拟电子技术课堂的教学，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习效率，提升了学生的学习质量。

Multisim在模拟电子技术课程中的及时应用，减少了学校的办学成本，提高了模拟电子技术课程的教学质量，促进了学生的学习，培养了学生学习理论、验证理论的好习惯。

Multisim仿真在课堂中作为教学手段和学习探索的工具，在教学中发挥了很好的功效，取得了很好的教学效果，符合教育主管部门要求加大虚拟仿真实验的建设要求。

参考文献：

[1]康华光.《电子技术基础》模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]梁青.Multisim 11电路仿真与实践[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3]程勇.实例讲解Multisim10电路仿真[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[4]陈国璋.引入EDA技术实施《电子技术》课程教学改革的研究与实践[D].南昌：南昌大学，2011.

[5]蔡志刚.Multisim在中职《电子技术基础》教学中的设计与研究[D].杭州：浙江工业大学，2011.