沈校強(qiáng)

(江蘇省宜興中等專業(yè)學(xué)校 江蘇宜興 214206)

《電子電路》是自動(dòng)化控制類、電氣類、電子通信類和計(jì)算機(jī)類等專業(yè)不可缺少的一門(mén)基礎(chǔ)專業(yè)課。經(jīng)過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)后,學(xué)生能夠了解電工技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展情況和應(yīng)用,學(xué)習(xí)電工技術(shù)和電子技術(shù)必要的基礎(chǔ)概念、基礎(chǔ)知識(shí)以及基礎(chǔ)技能,為以后課程或者從事相關(guān)的技術(shù)工程等打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。電子電路實(shí)驗(yàn)是《電子電路》教學(xué)中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及理論聯(lián)系實(shí)際能力的重要環(huán)節(jié),是訓(xùn)練學(xué)生專業(yè)技術(shù)的必要手段。

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題

圖1

圖2

圖3

圖4

在傳統(tǒng)的完成電子電路實(shí)驗(yàn)時(shí),學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)室里用給定的元器件自己搭建真實(shí)實(shí)驗(yàn)電路,或者也可以采用現(xiàn)成的電路實(shí)驗(yàn)箱,根據(jù)要求,用儀器儀表測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和觀察波形,完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康??？墒怯邢薜膶?shí)驗(yàn)課時(shí),使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室忙于接線等簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)任務(wù),對(duì)于電路設(shè)計(jì)等需要思考方面時(shí)間和精力不足,出現(xiàn)問(wèn)題后也不會(huì)自我解決,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生可能很快就遺忘。這樣的實(shí)驗(yàn)不僅效果較差,也可能會(huì)打消學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。另外,為了滿足電子電路實(shí)驗(yàn)要求,學(xué)校需要購(gòu)買(mǎi)大量的儀器儀表、設(shè)備、工具、元器件等,這需要大量的經(jīng)費(fèi)。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)時(shí),可能會(huì)因操作不當(dāng)而損壞這些儀器,這樣不僅大大增加實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師的工作量,而且對(duì)以后開(kāi)展實(shí)驗(yàn)造成較大的影響。

2 Multisim9的簡(jiǎn)介

Multisim9是美國(guó)NI公司推出的Multisim一個(gè)比較經(jīng)典的版本。Multisim9是虛擬元器件以及儀器和儀表,并且將儀器儀表和元器件整合起來(lái),是一個(gè)測(cè)試電路功能、設(shè)計(jì)電路的虛擬仿真軟件。Multisim9的元器件庫(kù)提供大量的電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用,里面虛擬測(cè)試儀器、儀表和元器件種類齊全,其中包括常用的儀器,如電壓電流表、萬(wàn)用表、穩(wěn)壓直流電源、信號(hào)發(fā)生器、示波器等,還有一些少有甚至沒(méi)有的儀器,如數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、波特圖示儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、邏輯分析儀等。軟件還有直流靜態(tài)點(diǎn)的分析、交流工作點(diǎn)的分析、瞬態(tài)分析、失真分析、傅里葉分析等各種仿真分析功能。特別是在元件庫(kù)中有與實(shí)際元件相似的仿真元器件,可以使仿真結(jié)果更加可靠和準(zhǔn)確。

在課堂教學(xué)中應(yīng)用Multisim9仿真軟件可以對(duì)模擬、數(shù)字或混合電路進(jìn)行仿真,采用直觀的圖形界面模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái),用鼠標(biāo)點(diǎn)取等方式選用儀器和元器件,方便、快捷。學(xué)生在對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí),如同在實(shí)驗(yàn)室里使用真實(shí)儀器儀表進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn),投資少,還避免了損壞儀器儀表,學(xué)生可以大膽實(shí)驗(yàn),更好地掌握課堂教學(xué)內(nèi)容,加深對(duì)原理、概念的理解。通過(guò)在教學(xué)上電路仿真,可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電子電路的綜合分析能力、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

3 利用 Multisim9進(jìn)行仿真和設(shè)計(jì)實(shí)例:單級(jí)共射放大電路的測(cè)試

完成按圖所示的單管共射放大電路進(jìn)行仿真電路的創(chuàng)建,用元件工具欄 (Componet Toolbar) 進(jìn)行元器件的選用,用儀表工具欄 ( Instrument Toolbar) 進(jìn)行儀表的選用,在對(duì)元器件以及儀表的位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后,連接導(dǎo)線并做適當(dāng)調(diào)整,并根據(jù)需要改變某些導(dǎo)線的顏色,最后如圖調(diào)整好信號(hào)發(fā)生器。

圖5

圖6

圖7

進(jìn)行仿真后,可以通過(guò)電路中的儀表直接讀出電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

雙擊雙蹤示波器,可以同時(shí)觀察到輸入和輸出的波形。調(diào)節(jié)時(shí)基控制Timebase刻度Scale為(500us／Div),使波形更便于觀察,調(diào)節(jié)通道Channel A、B的Scale刻度 (A通道5mV/Div,B通道為500mV／Div),使波形有合適的幅度。這時(shí)的雙通道示波器圖標(biāo),可以出現(xiàn)如圖所示界面。反復(fù)調(diào)整電位器R4,使輸出波形幅度不失真且最大。通過(guò)示波器,我們還能算出電路的電壓放大倍數(shù)和增益。

我們可以拖動(dòng)游標(biāo)1至輸出波形的波峰,再拖動(dòng)游標(biāo)2至輸入波形的波峰。由圖示可以讀得輸出信號(hào)的波峰峰值為Vo=905.0575mV。同樣,可以讀出輸入信號(hào)的波峰峰值為Vi=7.3454mV。由此,可以算出電路的放大倍數(shù)Au=Vo/Vi=123.2142倍,再經(jīng)計(jì)算得出電路的增益為Gu=201ogAu=41.8dB。

放大電路具有一定的頻帶寬度,這是由于上限頻率受到三極管截止頻率的制約,下限頻率受到旁路電容和耦合電容的影響。我們可以用波特圖示儀測(cè)量電路的幅頻特性曲線,如圖所示將電路的輸入和輸出分別連接至波特圖示儀輸入端和輸出端。經(jīng)過(guò)仿真后鼠標(biāo)雙擊波特圖示儀進(jìn)行觀察和測(cè)量,可以看到電路的增益為41.722dB,這與前面的計(jì)算結(jié)果基本上是一致的。用鼠標(biāo)拖動(dòng)讀數(shù)軸,從鼠標(biāo)指針指示處找到對(duì)應(yīng)增益下降3dB處的兩個(gè)頻率值,分別為上限頻率fH=13.50MHz和下限頻率fL=53.36Hz,如此可以求得電路頻帶寬度為BW=f H-f L=13.50MHz。

雙擊失真度儀,然后反復(fù)調(diào)節(jié)電位器R4,可以發(fā)現(xiàn)在電位器調(diào)節(jié)到75%時(shí),失真度最小,為0.418%。

4 結(jié)語(yǔ)

Multisim9是一種使用簡(jiǎn)便,功能齊全的電路仿真測(cè)試與設(shè)計(jì)軟件,可成為電子電路實(shí)驗(yàn)有力教學(xué)工具。將電路仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際動(dòng)手操作二者有機(jī)地互為補(bǔ)充,可以有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室與實(shí)驗(yàn)的不足,使實(shí)驗(yàn)更完善和充實(shí)。這一點(diǎn)對(duì)于帶有設(shè)計(jì)性目的的實(shí)驗(yàn)特別適合。經(jīng)過(guò)軟硬結(jié)合、相互補(bǔ)充等方式,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和實(shí)驗(yàn)效果。通過(guò)這樣的學(xué)習(xí),學(xué)生加深了對(duì)電路的感性認(rèn)識(shí),也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,學(xué)生的創(chuàng)新能力更好地得到了鍛煉。

根據(jù)以上的分析,我們可以看出,在教學(xué)中采用電子仿真軟件具有較多的優(yōu)點(diǎn),但從目前中職學(xué)生的能力來(lái)看,在教學(xué)和平時(shí)運(yùn)用時(shí)采用仿真軟件仍然存在一些問(wèn)題和難題。(1)該仿真軟件采用的不是我們國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn),而是美國(guó)的(ANSI)標(biāo)準(zhǔn),盡管在其中的歐洲的標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)使用的很相近,但仍然有部分儀器儀表和元器件,它們的標(biāo)識(shí)或者符號(hào)與我們國(guó)標(biāo)存在一定的差異,這就對(duì)現(xiàn)在的中職學(xué)生多了一些障礙;(2)由于仿真軟件是在電腦上操作,所以必須要求學(xué)生要具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和一定的計(jì)算機(jī)操作能力,這就對(duì)學(xué)生有了更高的要求;(3)學(xué)生還必須要有一定的英語(yǔ)知識(shí)。由于這個(gè)仿真軟件是由國(guó)外公司開(kāi)發(fā)的,所以軟件的操作界面是英文,如果學(xué)生要想獨(dú)立地、熟練地操作這個(gè)軟件,必須要能夠明白指令,而這沒(méi)有一定的英語(yǔ)知識(shí)是不行的。即使我們可以使用一些漢化工具對(duì)它進(jìn)行漢化,使之成為我們熟悉的中文界面,并且排除漢化過(guò)程中的問(wèn)題,也不可避免地會(huì)受中西方語(yǔ)言的不同或者翻譯專業(yè)等限制,某些名詞的翻譯可能會(huì)有差異,所以目前仿真軟件的使用還局限在老師的課堂教學(xué)中,離學(xué)生實(shí)際獨(dú)立操作還存在差距。

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[2]路勇,佟毅,張宇威.電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真.清華大學(xué)出版社,2010.

[3]朱彩蓮.Multisim電路仿真教程.西安電子科技大學(xué)出版社,2007.

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