鄭 賓

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南 714000）

0 引言

高職模擬電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程涉及的電路概念原理多、理論性強(qiáng)、比較抽象，學(xué)生理解起來很費(fèi)勁。通過對高職學(xué)生學(xué)習(xí)電工電子實(shí)驗(yàn)課程問卷調(diào)查中，65%的同學(xué)認(rèn)為需要老師的指導(dǎo)才能完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)并得到正確結(jié)論，35%的同學(xué)認(rèn)為可以獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)并得到正確結(jié)論［1］。目前在高職學(xué)校里很多實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備陳舊、資源有限，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目沒有及時更新，實(shí)驗(yàn)課時占整個教學(xué)課時的比例較小。由于高職生的自主學(xué)習(xí)性較差，教師必須要對現(xiàn)有的模擬電路實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行教學(xué)改革，采取多種教學(xué)方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。隨著計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，計算機(jī)仿真技術(shù)在設(shè)計制造、教育科研等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［2］。常用的電子設(shè)計仿真軟件有Protel、Pspices、Multisim等，通過計算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生能對電路原理及理論進(jìn)行科學(xué)的驗(yàn)證，會進(jìn)行常規(guī)電路故障的分析與檢測，能設(shè)計簡單的電路并實(shí)現(xiàn)功能，大大加強(qiáng)了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，有效解決了實(shí)驗(yàn)儀器資源有限的問題，達(dá)到了良好的教學(xué)效果［3］。

1 Multisim軟件介紹

Multisim是美國國家儀器有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力［4］。能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計和驗(yàn)證。目前使用較多的Multisim版本為Multisim 11.0，它具有更加形象直觀的人機(jī)交互界面，包含了Source庫、Basic庫、Diodes等15個元件庫，提供了我們?nèi)粘３Ｒ姷母鞣N建模精確的元器件，比如電阻、電容、電感、三極管、二極管、繼電器、可控硅、數(shù)碼管等等［5］。模擬集成電路方面有各種運(yùn)算放大器、其他常用集成電路。數(shù)字電路方面有74系列集成電路、4000系列集成電路等。同時支持自制元器件，具有數(shù)千種電路元器件，儀器儀表庫中還提供了萬用表、信號發(fā)生器、瓦特表、雙蹤示波器、波特儀（相當(dāng)實(shí)際中的掃頻儀）、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀和電壓表及電流表等儀器儀表［6］。幾乎能夠100%地仿真出真實(shí)電路的結(jié)果，并且容易制作電路模型，迅速了解電路行為，借助高級電路分析，理解基本設(shè)計特征［7］。

2 模擬電路實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路

現(xiàn)有的模擬電路試驗(yàn)一般有如下內(nèi)容：常用電工儀表儀器的使用、元件伏安特性的測繪、晶體管放大電路的調(diào)整與測量、差分放大電路測試、負(fù)反饋放大電路測試等［8］。其中80%都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這樣不能很好地鍛煉學(xué)生的動手實(shí)踐和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出企業(yè)需要的高端技能型人才。所以，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整為3類：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)［9］，比例3∶4∶3。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)指學(xué)生對電路原理進(jìn)行驗(yàn)證、鞏固加強(qiáng)理論知識;應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)指教師對一些典型的電路實(shí)驗(yàn)設(shè)置隱性故障，讓學(xué)生自己去檢測、分析和排除;綜合性實(shí)驗(yàn)指教師給出實(shí)訓(xùn)題目或者由學(xué)生自主選擇，設(shè)計出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的電路圖并進(jìn)行測試，最終得到完整的實(shí)踐測試報告［10］（見圖1）。以上3類實(shí)驗(yàn)在 Multisim仿真平臺下絕大多數(shù)都可以完成，并且學(xué)生能夠多次在計算機(jī)仿真環(huán)境下進(jìn)行測試，同時可以在實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺上構(gòu)建電路并對其進(jìn)行測試，最后比較兩種測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行分析。通過這種實(shí)驗(yàn)方式，學(xué)生能夠熟練的掌握常見電路問題的解決方法，提高了學(xué)生分析復(fù)雜電路問題的能力，開發(fā)電子線路的能力和創(chuàng)新能力。

2.2 Multisim仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

設(shè)計兩級電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路并測試，學(xué)生自行提出設(shè)計方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理電路設(shè)計，在Multisim下構(gòu)建虛擬電路模型，然后調(diào)試—修改—完善，最終達(dá)到設(shè)計要求和測量電路參數(shù)并能寫出實(shí)踐測試報告［11］。

圖1 Multisim實(shí)驗(yàn)仿真仿真過程框圖

兩級具有電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路設(shè)計如圖2所示。要求合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)、分析有無負(fù)反饋時放大倍數(shù)和頻率特性、非線性失真等電路特征指標(biāo)［12］。輸入端接入正弦信號ui（f=1 kHz，Ui=5 mV）。

2.2.1 測量靜態(tài)工作點(diǎn)

不接輸入信號ui，將開關(guān)J1斷開，調(diào)節(jié)R10=35%使UC1=5 V，調(diào)節(jié)R11=55%使UC2=7 V。使用電壓表測個點(diǎn)電位，記錄數(shù)據(jù)在表1中計算［13］。

表1 兩級放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)

結(jié)論：由各點(diǎn)電壓可以判斷出晶體管可以工作在放大區(qū)，并與理論公式計算值相同。

2.2.2 有無負(fù)反饋放大電路大倍數(shù)分析

接輸入信號 ui、R7負(fù)載、Rf=R5，將開關(guān) J1斷開（無反饋），在以上靜態(tài)工作點(diǎn)基礎(chǔ)上，打開仿真開關(guān)，雙擊示波器輸入波形和輸出波形相同如圖3所示，并讀出電壓放大倍數(shù)Auo記錄數(shù)據(jù)在表2中［14］。

然后按鍵盤Space鍵，將開關(guān)J1閉合（有反饋），等待示波器輸出穩(wěn)定波形后觀察輸入和輸出波形如圖4所示，并讀出電壓放大倍數(shù)Auf記錄數(shù)據(jù)在表2中。

結(jié)論：負(fù)反饋使放大電路大倍數(shù)減小。

2.2.3 有無負(fù)反饋大電路通頻帶分析

接輸入信號 ui、R7負(fù)載、Rf=R5，將開關(guān) J1斷開（無反饋），在以上靜態(tài)工作點(diǎn)基礎(chǔ)上，打開仿真開關(guān)，雙擊波特圖儀觀察放大電路中頻段放電壓大倍數(shù)Auom，并用游標(biāo)查找電壓大倍數(shù)Auom下降3 dB時下限截止頻率fL和上限截止頻率fH如圖5所示，同時記錄數(shù)據(jù)在表3 中［15］。

圖2 兩級電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

圖3 無反饋輸入、輸出波形

圖4 有反饋輸入、輸出波形

表2 有無負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)

然后按鍵盤Space鍵，將開關(guān)J1閉合（有反饋），等待輸出穩(wěn)定雙擊波特圖儀觀察放大電路中頻段放電壓大倍數(shù)Aumf，并用游標(biāo)查找電壓大倍數(shù)Aumf下降3 dB時下限截止頻率fLf和上限截止頻率fHf如圖6所示，同時記錄數(shù)據(jù)在表3中。

結(jié)論：負(fù)反饋使放大電路能夠擴(kuò)展通頻帶。

2.2.4 有無負(fù)反饋大電路非線性失真的分析

接輸入信號 ui、Rf=R7，在以上靜態(tài)工作點(diǎn)基礎(chǔ)上，打開仿真開關(guān)，雙擊失真分析儀，將開關(guān)J1斷開（無反饋）總諧波失真數(shù)為8.208%;然后按鍵盤Space鍵將J1閉合（有反饋）總諧波失真數(shù)為0.162%。

圖5 無反饋波特圖

圖6 有反饋波特圖

表3 有無負(fù)反饋放大電路通頻帶

結(jié)論：反饋對放大電路抑制了非線性失真。

3 結(jié)語

在電子實(shí)驗(yàn)中引入Multisim仿真的手段達(dá)到了良好的教學(xué)效果，鞏固了學(xué)生的理論知識，提高學(xué)生的動手實(shí)踐和創(chuàng)新能力。對培養(yǎng)高職學(xué)生綜合素質(zhì)起到了積極作用，也是今后電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的趨勢之一。

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