Multisim仿真软件在“模拟电子技术”课程中的应用

蒋 诚

(无锡太湖学院，江苏 无锡 214100)

0 引言

“模拟电子技术”课程是电子信息、通信、自动化等工科专业的核心基础课，该课程与电路理论、数字电子技术简称“三电”，其中“模拟电子技术”课程常被学生被认为是3门课程中最难的一门，入门难、理解难和实践难。在这种心理下，很多学生在课程开始时就失去兴趣，导致最后难以通过该课程的考核。

“模拟电子技术”课程以介绍常用半导体器件的结构、原理和特性为主，并在此基础上着重阐述半导体器件构建的模拟电子电路的基本组成、工作原理和分析方法[1]。其先修课程是“高等数学”“大学物理”“电路理论”等，在这些先修课程的基础之上进一步系统学习模拟电子电路的基础理论知识和实践应用[2]。本门课程的主要内容以基本半导体器二极管、三极管和场效应管为基础，构建并分析常用模拟电子电路的基本原理和输入、输出特性。

此课程的教学目标：(1)使学生获得电子技术方面的基本理论；(2)获取基本知识和基本技能；(3)培养学生实践能力，集中安排实践环节，电子技术实验A(48学时，包含模拟电子技术实验、数字电子技术实验和电子技术综合设计课题)，进一步提高学生分析问题及解决问题的能力，为以后深入学习电子技术某些领域中的内容及其专业应用打好基础。

但在集中安排的实践环节中，学生只是在实验箱上机械地按照实验指导书接线、测量以及记录数据，难以克服理论课程的弊端。因此，在教学过程中，可引入相应的电路仿真软件将难以理解的知识生动形象地展示出来，增强学生对理论知识的理解认识。

1 Multisim简介

Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于模拟/数字电路板的设计工作，包含电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有强大的仿真分析能力[3]。Multisim中具有丰富的元器件库，元器件的管理形式呈开放式，学生能够根据地电路的需求添加相应的元器件。Multisim仿真软件的基础是正向仿真，为学生提供了一个软件平台，学生可在硬件实现之前利用Multisim对电路进行观测及分析。

2 运算放大电路的教学

2.1 理论教学

通常情况下，输入级、中间级、输出级、偏置电路4个部分组成集成运算放大器的内部电路。运算放大器质量的好坏由输入级决定，要求输入电阻高，减少温度及干扰信号的影响。中间级主要进行电压放大，提供足够大的电压放大倍数。输出级与负载连接，要求其输出电阻低，带负载能力强，输出足够的电压和电流以满足负载的需要。偏置电路为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定静态工作点。

2.2 用Multisim进行电路分析

当运算放大器开环放大倍数足够大时(104以上)，反相比例放大器的闭环电压放大倍数为：

电阻RF、R1选用不同值时，Auf可以大于1，也可以小于1，若RF=R1，Auf=-1，表明放大器的输出电压等于输入电压的负值，称此运算放大器为反相跟随器。反相比例放大器的仿真图及各元件参数如图1所示。

图1 反相比例放大器(直流信号)

图1所用的运算放大器为LM741，LM741是一种应用广泛的通用型运算放大器，其特点有：(1)不需要处理频率补偿；(2)输入有过压保护；(3)输出有过载保护；(4)无阻塞和振荡现象。电路中各元件参数一定时，直流输入信号分别取值0.3，0.5，0.7，1.0，1.1，1.2时对应的输出电压的结果：理论计算值为：-3，-5，-7，-10，-11，-12；实际测量值为：-2.987，-4.987，-6.987，-9.986，-10.986，-11.118；实际放大倍数为：-9.96，-9.97，-9.98，-9.98，-9.98，-9.265。

在该比例放大器的输入端加入1 kHz，有效值为0.5 V的交流信号，可用示波器观察输出波形，电路仿真图如图2所示。

图2 反相比例放大器(交流信号)

在输入信号为1 kHz、有效值为0.5 V的交流信号下，R1=10 K、RF=100 K的条件下，输入输出波形如图3所示。

图3 输入输出波形

通过Multisim仿真软件对模拟/数字电路进行仿真，除了能让学生对理论知识理解得更加透彻外，还能让学生掌握得更加牢固，为后续学习过程中解决相应问题打下基础，也可提高学生分析、解决问题的能力，同时锻炼其动手操作能力。

3 结语

针对无锡太湖学院人才培养目标的应用性，在“模拟电子技术”的教学中引入仿真软件的教学手段，将抽象、枯燥的知识点生动形象地展示在学生面前，让学生在教学中的主体地位得到了充分体现，其对课程的知识体系有了比较宏观的认识，弱化了学生对“模拟电子技术”课程的畏难心理；进一步锻炼学生运用理论知识解决实际问题的应用能力，以满足应用型人才的目标要求。