如何让Multisim更贴近模电教学

王秀芹

（江苏省姜堰中等专业学校，江苏泰州，225500）

0 引言

模电是中职机电、汽修、数控等工科类专业必修课，其内容抽象晦涩，逻辑严谨，对中职学生而言，可谓入门难，理解难，实践难，不少学生在课程开始时就有了畏难情绪，学习难以为继。

模电的主要内容是学习各种半导体器件的结构和外特性，以及以三极管、稳压器、555电路等半导体器件为核心所构成电路的原理、功能与应用。随着课程改革和教学要求的改变，留给学生学习模电的教学课时和实验经费越来越少，为了保证教学质量，激发学生的学习兴趣，不少院校尝试把电路仿真软件引入教学中，把枯燥抽象的电学原理与物理现象用各种波形与数据加以佐证，让学生在掌握电路的特点和功能的同时，还能学习各种高级仪表的使用方法，使得教学质量得以保证，也极大地拓宽学生兴趣和眼界。

1 MultiSim简介

MultiSim是NI公司推出的基于Windows平台的仿真软件，秉承“把实验室装进PC中，软件就是仪器”的理念，集电子电路原理分析，设计、虚拟仿真为一体的电子设计自动化环境，在系统建模和仿真，科学工程设计及应用系统开发等方面有着广泛应用。Multisim可帮助教学、科研和设计人员分析模拟、数字和电力电子，深受国内外教师、科研人员和工程师的认可。

2 辅助解题，拓宽题意

在教学中，学生在掌握相关基础知识后，解题与电路设计是学生理解和掌握电路的主要途径，本文试图从解题的角度帮助学生理解模电的特点以及该软件在教学中的特点。

例题1、如图1，VBE=0.7V，β=60，rbb=300Ω，计算该电路的静态点，输入、输出电阻，电压放大倍数。

图1

分析，此题是模电里极为常见的题目，求解也不难，却是学好模电的敲门砖。

现利用教材介绍的方法计算求解：

静态点求解，为计算结果更精确，利用戴维南定理求解，如图2所示 (详细过程略)。

图2

交流参数求解：如图3所示(详细解题过程略)。

图3

为了把电工基础与模电的知识更好地融合，本题的求解采用微变等效电路的方法，其优点是把三极管器件的特性用学生熟悉的电阻和电流源来表达，由于微变等效后的电路比较完整，学生可以很好地分析、运用所学的电工知识。

到此，通常这道习题求解完毕。

基于让Multisim贴近教学的初衷，用这个仿真软件做这个题目。在软件“计算”此题目时，需要设定β值和UBE值，由于这两个值具有一定变化范围，因此选用软件自带的虚拟三极管，并在编辑模型中修改β=60值（BF值），UBE不可修改，经测量在0.7V左右。

图4

对于静态点检测，可以有多种方法，学生在初中学物理时，就要求用仪表测量，在电子技术中，依然用仪表测量，在Multisim中，学生可以调用电流表、电压表、万用表检测电路参数。检测数据如下：

为拓宽学生的思路，也可以利用软件自带的直流工作点分析以及电流、电压探针，可得到同样数据。

对于交流参数的测量，首先利用示波器观察放大信号是否失真，若输出波形得到不失真地的放大，且为倒相，此时根据电压放大倍数的定义，利用虚拟电压表，测量电压放大倍数：

输入电阻的测量，利用定义测量，即：分别用虚拟电压表，电流表，测量，并计算得到：

输出电阻的测量：利用定义，将输入端短路，测量输出电压与电流，

做到这里，题目的要求得到解决，对照理论计算和虚拟测量的数据，两者比较接近，可见把仿真软件引入教学中，具有验证意义又具有工程指导意义—若仿真得不到正确数据，则实际电路就没有必要搭建。

由于仿真平台的强大和便捷性，教学中可以提出如下思路：

(1)但是可以利用这个软件的电流探针功能，此工具按比例(10mV/mA)把电流转化为电压后，用示波器测量，观察出输出电压与输出电流的波形为同相，并计算出输出电流为20.5μA。

(2)可以测量电流放大倍数，计算功率放大倍数，绘制功率曲线，为后继教学内容做铺垫；

(3)在电路确定的条件，观察输入信号幅值为多少时，输出信号出现失真，是什么失真？

(4)拓宽学生的知识面和学会使用高级仪表，在教师的指导下，可以利用波特图仪测量电压放大倍数，关键是学会仪器的调节和数据分析。

3 设计电路，理解电路

学习模电的一个目标，就是设计指定参数的电路，可以说是例1的逆过程。

例题2，单级放大器的设计方法举例：①Vcc=12V，Rs=100Ω；②Vi=10mV，AVL>20；③Ri> 2 kΩ，Ro<3kΩ，RL=2k ；④带宽Δf = 200Hz ～ 3MHz ；⑤有较好的温度稳定性。

对于该电路，传统设计需要大量的计算，搭建电路，最后调试，完成电路设计。因篇幅限制，传统设计从略。

现借助Multisim软件，设计该电路。

设计步骤：

(1)确定电路方案：要求有较好的温度稳定性，放大器的静态工作点必须比较稳定，为此采用具有电流串联交、直流负反馈的共射极放大器。选择晶体管，这里选2SC945 NPN小功率三极管，该管广泛用于小信号放大电路中，可替换的管子种类较多，价格便宜。

(2)根据设计要求，利用软件提供的“CE BJT amplifier wizard”工具初步组建放大电路，并忽略电路进入饱和状态的提示，如图5所示，生成电路如图6所示。

图5

图6

(3)由于软件自动生成的部分元件非标，将电路元件标准化，为减少干扰去除交流信号源，将放大管改为2SC945。利用参数扫描，调节Rb1的值，使静态点合适，此时，Rb1=80k，VCEQ=3.4V，ICQ=2.15mA。如图7所示。

图7

(4)添加信号源Vi=10mV，f=10kHz，电阻Re1=100Ω，使Re、Re1具有电流串联直流负反馈，Re1具有电流串联直流交流负反馈。利用参数扫描，调节Re1=13Ω，使Vom=533mV大于20×14.14=282.8mV。

(5)验证参数：示波器观看波形，没有失真，Av=-577.9/13.7=-42，Ri=9.7mV/2.6μA=3.7kΩ，Ro≤3k，利用波特图仪测得：GV=32dB，fL=116Hz，fH=5.38MHz。

综合各测量参数，表明所设电路测量的参数符合设计要求，比较传统方法，此法要简捷多了，如有需要且条件许可，利用该公司开发的Ultiboard生成PCB电路，制作成电路板，供学生实际焊接，测试。

图9

4 拓宽视野，增加分析手段

由于多种原因，中职模电的教学内容做了不少删减，难度也有所下降，这就给一些学有余力的学生，特别是参见相关比赛的同学，有吃不饱的感觉，例如定时器555电路是一个数模混合中规模集成电路，可以制作多种应用电路，如此“通用”的器件在各种中职模电教材鲜有提及，为提升学生学习和分析电路的能力，可以利用它制作多谐振荡器，在此电路的基础上，串联两级多谐振荡器制作模拟声响电路如图9所示，研究输出波形和接收耳中的嘟嘟声，若能深入研究，学生收益良多，极有成就感。

5 结语

针对中职人才培养目标，在模电教学中，引入Multisim可将深奥，枯燥的模电知识变得生动形象，便于学生理解，既培养了学生的工程思维，又极大地降低学校的硬件投入。