MultiSim进行电子电路设计的教学研究

摘要：电子类专业开设的电子技术课程是一门实践性很强的课程，电子电路的设计与分析是其中必不可少的重要环节。在实践环节，往往是学生在实验室根据给定的电路图，选择元器件搭建实验电路。随着我国电子技术与计算机技术应用的不断发展，推动了电子电路分析与设计的变革，越来越多电子设计自动软件投入使用。Multisim 仿真软件的应用，为高校电子电路实验教学提供了全新平台，克服了以往实验教学中存在的弊端或不足，克服了主观与客观不利因素，同时仿真软件在实验教学中的应用，也突破了时间与地点的限制，学生可以在任何时间、任何地点使用软件进行实验学习，学生还可以根据不同的实验要求，融入个人的思路和观点，调整元件参数，进而获得更直观、更真实的实验数据，树立学生在实验学习中的主体地位，提高学生探究能力与思维能力。因此，Multisim 仿真软件在电子电路实验教学中的应用，具有重要价值。

关键词：Multisim仿真软件;电子电路;实验教学

《电子电路设计》是高等学校工科弱电专业的一门专业技术课。通过该课程的学习使学生掌握电子技术职业岗位所需的专业基础理论和电子装接、电子产品生产管理、PCB设计制作及微控制器应用等专业技能，具有电子产品的生产装配、调试检验、安装维修等较强实际应用能力，从事电子产品的生产、设备维护、生产管理、技术开发、营销服务等岗位工作。随着电子技术的发展，电子元器件的种类越来越多，集成度越来越高，所设计电路的复杂程度也相应提高，而电子产品的更新周期却越来越短，因此，传统的电子电路设计模式就会暴露出许多的局限性：经济与效率的局限性。传统的设计方法除了设计周期过长以外也不经济;教学效果的局限性：传统的教学模式通常是用板书方式向学生讲解原理部分，不能进行仿真教学，效果较差;学生自主学习的局限性：传统的实物设备较笨重，学生只能在课堂上接受知识，不能像仿真教学，设计电路可以装在电脑中，学生随时带到任何一个地方，方便自主学习;实验安全的局限性：专业课程教学中，有时候需要进行故障模拟实验，例如电子电器中的极限电压实验、电子制作完成后加电实验、电器故障模拟实验等。这些实验有些将破坏实习件，有些具有安全隐患，由于目前在国内这一课题的研究并不深入，主要是职业院校的一线教师，尤其是电类专业老师在该领域做了一些教学研究，从理论的深度、实践的广度上都是很有限的，因此目前也未取得整体的效果。

一、概述

Multisim 是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，可实现原理图捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试等功能;界面设计人性化、操作简洁明了、元件库规模庞大、仪器仪表库种类齐全（包括函数信号发生器、示波器、逻辑分析仪等）、分析功能强大（包括直流工作点分析、交流分析、噪声分析等）。Multisim 仿真软件主要应用于电路设计、测试与分析的仿真模拟中，其中涉及到电路模拟、电路自动控制原理、微机接口电路等若干方面。首先，在该仿真软件中，含有较为丰富的元件库，可满足于不同条件、不同要求的数据实验，与真实仪器的使用相似性较高;其次，在仿真软件中内置若干RF 组件模型、元器件等，便于学生根据實验要求自行编程或者设计元器件;再次，Multisim软件的电子分析方法趋向多元化，包括参数扫描分析、傅里叶分析、瞬态分析等，还可满足直流电压表、直流电流表、信号发生器、瓦特表、数字万用表、失真分析仪等真实仪器的操作功能需求，应用范围十分广泛。

二、Multisim功能与特点

Multisim，是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟电路仿真软件。它可以虚拟设计测试和演示各种电子电路（电工学、模拟电路、数字电路等），能够进行详细的电路分析功能，以帮助设计人员分析电路的性能，是电路设计中必不可少的软件，它的主要特点有：

（1）Multisim 的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。

（2）Multisim 的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源;而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

（3）Multisim 具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，可以帮助设计人员分析电路的性能。

三、Multisim 电子电路实验教学中的运用

电子电路实验教学中应用Multisim 软件，其可操作性较强，不需要教师或者学生掌握计算机控制语言、计算机输入及输出指令等专业的知识基础，也不涉及到电子电路图的程序编写，既简单易操作，也与真实的实验环境相接近。只需要将事先设计好的虚拟仪器、虚拟电子元件等放置到Multisim 软件的电路设计窗口即可操作，利用节点将虚拟元器件和仪器仪表的测量接口相连接，就能通过虚拟仪器仪表获得波形、参数等重要实验数据。具体操作步骤，分析如下：使用Multisim 仿真软件， 包括四大步骤：①创建与实验要求相符的电路图;②选择合适的仿真分析方法;③启动Multisim 仿真软件;④处理经过仿真实验获得的相关数据。首先， 将Multisim 仿真软件打开之后，创建一个符合实验要求的仿真电路图;其次，在软件界面左边的“元件工具栏”中选择需要使用的元器件，在软件界面右边的“仪表工具栏”中选择需要使用的仪表;在“放置栏”中选择恰当的连接点，确定连接位置，利用导线将第二步选择的元器件、仪器仪表等与连接点连接;再次，对元器件及仪器仪表的位置进行调整，启动仿真软件，获得仿真实验结果。最后，针对不同实验的要求，可以选择直流工作点或交流工作点为主要分析方法：①直流工作点分析。在软件的任务栏中，分别选择“Simulate → analyse → DC OperationPoint”，此时工作窗口弹出，在窗口选择需要设置的输出直流仿真量，选定后点击“Simulate”，则获得仿真结果;②交流工作点分析。在软件的任务栏中，分别选择“Simulate → analyse → AC Analysis”，打开工作窗口，选择需要设置的输出交流仿真量，选定后点击“Simulate”，则获得电路的交流仿真结果。利用Multisim 仿真软件，将电子电路实验中涉及的虚拟仪器、仪表、数据等直观地展现出来，学生能够快速、直观、完整地观察实验过程，有利于对知识点的掌握和理解。

四、课程教学特点

1、明确工作任务。教师上传微课视频至“超星学习通”平台，并发布学习任务。学生观看微课视频，明确三人表决器电路的电路功能、通电检测正确的效果及通电检测步骤;每位学生完成工作页课前导学部分并上传到“超星学习通”在线学习平台;

2、制定工作方案。教师展示选秀视频，激发学生的创作兴趣。引导学生从产品的功能和技术要点等方面讨论如何制作该电子产品。教师引导学生确定初步工作思路，明确工作具体要求，实施任务按实际工作岗位分工。本次任务设置资料员、设计师、绘图员、采购员、质检员、项目负责人等工作岗位。小组制订工作计划，讨论电路制作方案，明确分工安排及工作岗位职责。

3、优化工作方案。教师指导学生完成逻辑电路图的绘制，点评各小组的设计方案，总结出现的问题和提出修改意见。记录各小组用Multisim软件仿真演示的结果，对仿真结果正确的小组进行鼓励，并肯定该组的成绩。指导学生完成电路接线图的绘制。根据各小组绘制出的电路图，选择最佳的设计方案。课程资源设备全，以学生为中心，教学做合一;教学评价多元化，评价过程与结果结合，线上与线下结合，定

性与定量结合，自评与他评结合;教学效果好，学生参与度高，学习目标达成度高，教学满意度高;成果转化快，学生通过此次学习任务，掌握故障排查的技巧，可用于简单电子产品的维修。

4、教学效果好。本次课程任务教学以学生为中心，做学教合一，依据问卷星统计得到的学生教学过程参与度、学习目标达成度、教学效果满意度数据，综合课中学生电路功能调试的结果以及填写的工作页的反馈信息，本次课教学效果良好，学生学有所得。

总之，通过在电子电路实验教学中应用Multisim 仿真软件，学生对实验的参与和学习兴趣高涨，极大增强学习主动性和积极性，课堂学习氛围浓厚。因此，通过Multisim 软件，节省了仿真实验的时间、降低了成本、提高了教学质量，同时学生的综合分析能力、思维发散能力、创新思维能力都有所提升，有利于实现了培养应用型人才的目标。

参考文献

[1] 趙淑范， 王宪伟. 电子技术实验与课程设计[M]. 北京：清华大学出版社，2019.

作者简介：李勇  1993年8月28日，男  ，河北省衡水市   汉族  本科   天津华宁电子有限公司，职称：助理电气工程师

研究方向：电气设计、电子电路设计相关方向