沙春芳

鹽城師范學(xué)院 江蘇鹽城 224002

Multisim 10 在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

沙春芳

鹽城師范學(xué)院 江蘇鹽城 224002

介紹了仿真軟件Multisim 10 的功能和特點(diǎn)，舉例說(shuō)明了該軟件在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用。將Multisim 10應(yīng)用到模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中，有助于學(xué)生理解理論知識(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力、設(shè)計(jì)能力，切實(shí)提高了模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)效果。

模擬電子技術(shù)；教學(xué)；Multisim 10；仿真

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將電路仿真技術(shù)引入電子類(lèi)課程的教學(xué)已成為一種趨勢(shì)。Multisim 10是美國(guó)國(guó)家儀器公司最新推出的電路仿真軟件，是Multisim的最新版本，該軟件界面友好、分析功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單、使用方便，不僅適合于電子電路的仿真分析，亦適用于模擬電子技術(shù)課程的輔助教學(xué)?？梢詭椭鷮W(xué)生深刻理解和掌握所學(xué)的理論知識(shí)，提高他們應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電路分析和設(shè)計(jì)的能力。同時(shí)能幫助教師更生動(dòng)有效地組織教學(xué)，從而提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

1 Multisim 10 簡(jiǎn)介

Multisim 10 作為一款優(yōu)秀的電子電路仿真和設(shè)計(jì)軟件，可以將大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷脑O(shè)計(jì)和仿真與模擬電路、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)和仿真融為一體，突破了原來(lái)大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷o(wú)法與普遍電路融為一體仿真的局限，同時(shí)將電路原理圖的仿真與PCB設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，使得電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加高效。它具有以下主要特點(diǎn)：(1)全面集成化的設(shè)計(jì)環(huán)境；(2)圖形工作界面友好、易學(xué)、易用、操作方便；(3)具有豐富的元件庫(kù)；(4)強(qiáng)大的分析功能；(5)強(qiáng)大的虛擬儀器儀表功能；(6)高效的“實(shí)時(shí)仿真”模式，在仿真的同時(shí)，允許修改電路的結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)，并且可以立即進(jìn)入新的狀態(tài)開(kāi)始仿真；(7)新增加了對(duì)51系列單片機(jī)、PIC單片機(jī)的支持。

鑒于Multisim 10 具有以上特點(diǎn)，非常適合于電子類(lèi)課程的輔助教學(xué)，因而廣泛應(yīng)用于模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路、高頻電路等課程的教學(xué)中。

2 Multisim 10 在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 解決理論教學(xué)中的難點(diǎn)

在模擬電子技術(shù)教學(xué)中，有些內(nèi)容因比較抽象，學(xué)生難以深刻理解，成為教學(xué)的難點(diǎn)，例如RC橋式正弦波振蕩電路中自激振蕩的建立與穩(wěn)定問(wèn)題，從理論上講只要滿足相位平衡條件和幅值條件就可以產(chǎn)生振蕩，這一過(guò)程為：由于電路中存在噪聲或瞬態(tài)擾動(dòng)，其頻譜分布很廣，其中也包含振蕩頻率f0的成分，該成分經(jīng)電路進(jìn)行正反饋放大，幅度越來(lái)越大，達(dá)到一定程度時(shí)，在穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的作用下，產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波振蕩波形。這一過(guò)程比較抽象，不太容易理解，我們可以利用Multisim 10 仿真模擬這一過(guò)程，把它展示給學(xué)生。按照?qǐng)D1繪制好電路，啟動(dòng)仿真后，示波器上顯示出仿真的波形如圖2所示，從而可以直觀地看出振幅逐漸增大的起振過(guò)程，達(dá)到一定程度時(shí)，在穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的作用下，產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波振蕩波形。如果把D1，D2組成的二極管穩(wěn)幅電路去掉，則得到如圖3所示的波形，比較圖2和圖3的波形，可以形象地說(shuō)明穩(wěn)幅電路的作用；對(duì)于這一電路還可以通過(guò)改變R4的阻值進(jìn)一步討論電路的起振條件：當(dāng)R4≤7.5KΩ時(shí)，不滿足電路起振的幅值條件，電路停振，VO為一條與時(shí)間軸重合的直線；當(dāng)R4>7.5KΩ時(shí)，Av>3電路能起振，但當(dāng)R4的阻值較小時(shí)，電路的起振過(guò)程較長(zhǎng)；隨著R4阻值增大，起振時(shí)間縮短，有利于起振，振蕩很快建立起來(lái)。如果R4>11KΩ，即使有穩(wěn)幅電路的作用，振蕩波形仍失真，因?yàn)殡m然二極管導(dǎo)通后，但仍有Av>3。本電路中R4取9KΩ較合適，電路既利于起振，振蕩波形又好。來(lái)仿真分析，波形如圖4所示。在實(shí)際課堂教學(xué)時(shí)，可以把波形通過(guò)投影儀展示到投影屏幕上給學(xué)生看，加深對(duì)起振和穩(wěn)幅的理解，收到好的教學(xué)效果。

圖1 RC橋式振蕩器仿真電路圖

圖2 帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的RC橋式振蕩電路的輸出波形

圖3 不帶穩(wěn)幅環(huán)節(jié)時(shí)的輸出波形

圖4 參數(shù)掃描分析結(jié)果

2.2 在模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器是模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的一個(gè)典型課題。該電路如圖5所示，由運(yùn)算放大器組成的遲滯比較器和積分器可以很容易地產(chǎn)生方波、三角波信號(hào)，再利用差分放大電路的差模傳輸特性的轉(zhuǎn)彎部分，可以將輸入的三角波變換成正弦波。但是，由于輸入的三角波幅度、差分放大電路中的電位器RW1不易調(diào)整合適，僅僅通過(guò)硬件電路的調(diào)試來(lái)獲得正弦波信號(hào)比較困難。如果在硬件電路的制作、實(shí)驗(yàn)調(diào)試之前，用Multisim 10 對(duì)電路進(jìn)行仿真，在仿真中通過(guò)反復(fù)調(diào)整電位器RP3(調(diào)整輸入的三角波幅度)、電位器RW1(影響差分放大器的差模傳輸特性)，可以得到比較好的結(jié)果。仿真結(jié)果表明，先調(diào)整RP3使送到差分放大電路輸入端的三角波電壓峰值為400毫伏，再將RW1調(diào)整為125Ω，可得到波形較好的正弦波。利用4通道示波器觀察到的方波、三角波、正弦波的波形如圖6所示。因此，先利用Multisim 10進(jìn)行仿真分析，再進(jìn)行硬件電路的制作、調(diào)試，可以達(dá)到事半功倍的效果，可以提高學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的興趣，進(jìn)一步提高學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。

圖5 方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器仿真電路圖

圖6 方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的仿真波形

3 結(jié)束語(yǔ)

Multisim 10 作為教學(xué)的得力助手，可以解決理論教學(xué)中的難點(diǎn)，提高教學(xué)效果；將其引入實(shí)踐教學(xué)中，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，從而進(jìn)一步提高學(xué)生的電路分析及綜合設(shè)計(jì)能力。在模擬電子技術(shù)教學(xué)中引入Multisim 10 仿真技術(shù)輔助教學(xué)是行之有效的。

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Abstract: This paper introduces the function and features of Multisim10, and presents the application of the software in analog electronics teaching with some examples. The application of Multisim 10 in analog electronic teaching can help the students understand theoretical knowledge can help foster their comprehensive analytical ability, designing ability,and it helps improve the teaching effect of analog electronics course assuredly.

Key words: analog electronics; teaching; Multisim 10; simulation

Application of Multisim 10 in analog electronics teaching

Sha Chunfang
Yancheng normal college, Yancheng, 224002, China

2010-10-03

沙春芳，在讀碩士研究生，講師。

鹽城師范學(xué)院教育科學(xué)研究項(xiàng)目“模擬電子技術(shù)教學(xué)方法研究”(編號(hào)：08YCKY044)。