陳歡

（無錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇無錫，214000）

0 引言

《電工電子技術(shù)》是電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，包括電路基礎(chǔ)、模擬電路基礎(chǔ)、數(shù)字電路基礎(chǔ)三部分內(nèi)容，本課程主要讓學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握電工電子理論知識，培養(yǎng)學(xué)生分析電路、使用常規(guī)電器件與儀器的能力，為今后的工作實踐打下必要的基礎(chǔ)。本課程將理論與實踐相結(jié)合，使學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)既掌握電工電子技術(shù)的理論知識，又學(xué)會常用儀器儀表的使用。

電路基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路三大內(nèi)容集中在一門課程，課時壓縮后僅有64個課時，內(nèi)容多課時少。在教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生更好地掌握理論知識，會加入相關(guān)的實驗，為了觀察實驗結(jié)果，我們會用到各種實驗儀器，如萬用表、示波器、穩(wěn)壓電源等，對于實驗儀器的使用，又需要花費一定的課時去講解示范，使用EDA技術(shù)進行實驗會更加簡單、方便、快捷、直觀，從而提高教學(xué)的效率。同時，仿真軟件更有利于提高學(xué)生的學(xué)習能力、探索能力、解決問題的能力，并且能彌補實驗設(shè)備的不足。

因此，我們在本課程中引入了EDA軟件。常用的EDA軟件有很多，根據(jù)課程性質(zhì)和內(nèi)容，我們選擇了Mulitisim軟件。

1 Multisim軟件簡介

Multisim軟件是美國NI公司推出的電子電路仿真設(shè)計軟件，具有操作界面友好、分析數(shù)據(jù)準確、易學(xué)易用、靈活簡便等特點，因此，在教學(xué)、科研和工程設(shè)計等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。

Multisim軟件提供了數(shù)字萬用表、示波器、信號發(fā)生器、邏輯分析儀等虛擬儀器。軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)鋸、波形和特性曲線等如同在真實儀器上看到的一樣。

2 Multisim在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用

Multisim軟件應(yīng)用于教學(xué)，可以替代電工電子課程中的傳統(tǒng)儀器儀表，使得實驗更加地靈活多樣，電子電路的仿真更加地高效。當需要改變電路連接、調(diào)整器件參數(shù)、更換器件時，操作十分方便，學(xué)生可以很直觀地觀察到實驗結(jié)果。同時，Multisim軟件能夠給學(xué)生提供使用多種儀器儀表的機會，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生的學(xué)習興趣，增強學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

2.1 電路基礎(chǔ)實驗

疊加定理是電路基礎(chǔ)中的一個重要定理。疊加定理指出，在線性電路中，當有多個電壓電源作用時，任一支路電流或電壓，可看作由各個電源單獨作用時在該支路中產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。疊加定理電路如圖1所示，此處以支路電流為例。

圖1 疊加定理電路

電路中，I1、I2、I3分別表示流過電阻 R1、R2、R3的電流。通過理論計算得到：

當15V電源單獨作用時，

當12V電源單獨作用時，

利用疊加定理，兩個電源共同作用時，

利用Multisim軟件對電路圖進行仿真，如圖2、圖3、圖4所示，與理論計算結(jié)果一致，驗證了疊加定律的正確性。

圖2 15V電源單獨作用時的電路

圖3 12V電源單獨作用時的電路

圖4 兩個電源共同作用時的電路

2.2 模擬電路實驗

放大電路是模擬電路中的重要模塊，分壓式偏置放大電路是一個比較典型的共射極放大電路。放大電路正常工作，需要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，如果靜態(tài)工作點設(shè)置不當，放大電路就容易產(chǎn)生非線性失真。若靜態(tài)工作點設(shè)置太高，會產(chǎn)生飽和失真（又叫底部失真）；若靜態(tài)工作點設(shè)置太低，會產(chǎn)生截止失真（又叫頂部失真）。

在如圖5電路中，調(diào)節(jié)電位器R1的觸頭，改變R1的阻值，會改變?nèi)龢O管的靜態(tài)工作點，從而影響放大電路的輸出波形。

圖5 分壓式偏置放大電路原理圖

當電位器R1阻值設(shè)置到60kΩ時，UBE≈0.64V，UCE≈4.88V，滿足放大條件。在三極管的輸入端加上一個交流小信號，設(shè)置示波器參數(shù)，可以得到波形如圖6所示，此時該放大電路具有放大特性。

圖6 放大特性

當電位器R1阻值設(shè)置到20kΩ時，UBE≈0.66V，UCE=0.11V，三極管處于飽和狀態(tài)?？梢缘玫讲ㄐ稳鐖D7所示，此時波形飽和失真。

圖7 飽和失真

當電位器R1阻值設(shè)置到160kΩ時，UBE=0.61V，UCE=9.73V，三極管處于截止狀態(tài)?？梢缘玫讲ㄐ稳鐖D8所示，此時波形截止失真。

圖8 截止失真

在本實驗中，只要調(diào)整電位器的大小就可以改變靜態(tài)工作點，從而觀察非線性失真的情況，理解消除波形失真的方法。

2.3 數(shù)字電路實驗

在數(shù)字電路中，得到N進制計數(shù)器比較簡便的方法是將集成計數(shù)器適當改接成任意進制計數(shù)器。主要有兩種方法：置數(shù)法和清零法。

部分學(xué)生難以理解置數(shù)法和清零法的區(qū)別，在這里使用一片74LS161分別用這兩種方法搭建成十進制計數(shù)器，計數(shù)脈沖由函數(shù)信號發(fā)生器XFG產(chǎn)生，輸出結(jié)果通過數(shù)碼管顯示。利用軟件仿真能夠更加直觀地表現(xiàn)出兩種方法的異同點。

用置數(shù)法將74LS161構(gòu)成十進制計數(shù)器，從0（0000）開始計數(shù)，當計數(shù)至9（1001）時，與非門輸出低電平，將置數(shù)端LOAD置0，如圖9所示。

圖9 用置數(shù)法將74LS160構(gòu)成十進制計數(shù)器

用清零法將74LS161構(gòu)成十進制計數(shù)器，從0（0000）開始計數(shù)，當計數(shù)至10（1010）時，與非門輸出低電平，將清零端CLR清0，如圖10所示。

圖10 用清零法將74LS160構(gòu)成十進制計數(shù)器

通過兩種方法的對比，可以看出，利用集成計數(shù)器構(gòu)成N進制計數(shù)器，置數(shù)法用第N個狀態(tài)產(chǎn)生置零信號；清零法用第N+1個狀態(tài)產(chǎn)生清零信號。

3 結(jié)束語

Multisim軟件操作簡便，使得抽象乏味的實驗變得生動形象，提高了學(xué)生的學(xué)習興趣，深化了學(xué)生對理論知識的理解，增強了學(xué)生的實踐動手能力，降低了實驗成本，改善了教學(xué)效果，有效地提高了電工電子實驗的教學(xué)質(zhì)量。