【摘 要】虛擬仿真平臺（Multisim11）是近年來國內(nèi)外使用頻率很高的電子設(shè)計仿真軟件。我們以模擬電子技術(shù)中差分放大電路仿真教學(xué)為例，在給定相關(guān)參數(shù)的情況下，通過溫度掃瞄分析和波形等可直觀的展示Multisim11仿真實驗在模擬電子技術(shù)課堂輔助教學(xué)上的優(yōu)勢，拓展了教學(xué)思路，更加培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和電路設(shè)計能力。

【關(guān)鍵詞】Multisim 虛擬仿真 模擬電子技術(shù) 電子設(shè)計 輔助教學(xué)

一、引言

模擬電子技術(shù)是高等職業(yè)院校電類相關(guān)專業(yè)的一門應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程主要是培養(yǎng)學(xué)生在模電方面的基本應(yīng)用能力，培養(yǎng)其解決、分析與模擬電子技術(shù)相關(guān)的問題的能力。在以往的教學(xué)模式中，理論與實踐脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，知識點抽象不夠直觀，學(xué)生難以理解吸收，打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)的學(xué)習(xí)積極性。隨著計算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，在課堂和實踐教學(xué)中充分利用計算機(jī)仿真平臺將模擬電子技術(shù)中枯燥抽象的理論分析以仿真動畫、波形、指示燈等形式直觀、生動的表現(xiàn)出來，使模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容更加易于吸收。課堂教學(xué)不僅僅停留在理論分析，而是與實踐緊密結(jié)合在一起，豐富了教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生更好的掌握所學(xué)的知識點，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)積極性，提高了教學(xué)效果。

二、Multisim簡介

Multisim是美國NI（National Instruments）公司開發(fā)的仿真軟件，經(jīng)過多次更新?lián)Q代，現(xiàn)在已經(jīng)在使用Multisim11版本。此軟件主要是在PC平臺上構(gòu)成一個利用圖形操作界面對一個與實際情況非常類似的電路實驗進(jìn)行虛擬仿真的工作臺，它幾乎能夠仿真在實驗室內(nèi)所進(jìn)行的大部份的電子電路實驗，因此在電子電路分析、設(shè)計、仿真等項工作中已被廣泛地應(yīng)用，是目前世界上最受歡迎的EDA軟件之一，已被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的教育界和電子技術(shù)界。

三、Multisim在差分放大電路教學(xué)中的應(yīng)用

（一）過程分析

差分放大電路又名差動放大電路，是集成運算放大器中重要的基本單元電路，廣泛地應(yīng)用于多級直接耦合放大電路的輸入級，主要用于擬制“溫漂”等“零點漂移”現(xiàn)象，這是差分放大電路的突出優(yōu)點，而往常的教學(xué)中該知識點總是較為抽象且難以理解。而利用“Multisim 仿真手段”，讓學(xué)生通過溫度掃瞄儀和示波器等仿真儀器對比觀察共發(fā)射級放大電路、差分放大電路仿真測量和溫度掃描仿真分析的結(jié)果，可簡單、形象地檢測放大電路的“溫漂”（“零點漂移”）特性。通過調(diào)節(jié)各元件的參數(shù)或調(diào)整電路結(jié)構(gòu)，觀測即時變化的波形和圖表，學(xué)生可以輕松對比出傳統(tǒng)共射放大實驗電路和帶恒流源的差分放大電路的在不同溫度情況下的性能指標(biāo)。

（二）模型搭建及電路仿真

1. 傳統(tǒng)共射放大實驗電路的溫度掃描分析

在Multisim11仿真平臺中，搭建如圖1（a）所示共射放大實驗電路。單擊Multisim11 “仿真分析菜單”中的“溫度掃描分析”按鈕。在彈出的窗口設(shè)置欄中將相關(guān)參數(shù)設(shè)置好，如圖1（b）所示。單擊“仿真”按鈕開始仿真，得到如圖1（c）所示共發(fā)射級放大電路的溫掃分析特性曲線圖及相關(guān)參數(shù)值。

通過觀測圖1（c）的曲線圖及所得數(shù)值表，可以看出：首先圖1（a）所示實驗電路的輸出電壓負(fù)溫度系數(shù)變化現(xiàn)象明顯；然后當(dāng)測試溫度從初始值最終上升到110°C時，此時產(chǎn)生的輸出電壓最大偏差是DVo=（636.1505-567.4128）mV=68.7377mV，變化了大約10.78%。

2.對改進(jìn)后的差動放大電路進(jìn)行溫度掃描分析

為了增加以上兩種電路的對比性，采用了相同的三極管組成的并按單端輸出、單端輸入接法的有恒流源（輸出交流電阻相當(dāng)于發(fā)射極電阻Re）的差分放大實驗電路，且信號源、負(fù)載等電路參數(shù)都相同，如圖2（a）所示。在Multisim11仿真平臺中新建文件，按圖2（a）所示在平臺中構(gòu)建好新的線路，同時對示波器參數(shù)調(diào)整，最后開啟仿真按鈕，得到新的測量波形圖，如圖2（b）所示。通過理論教學(xué)可得，在差分放大電路、特別是單端輸出接法的差分放大電路中，可以通過增大發(fā)射極電阻Re的阻值，來達(dá)到有效抑制任一邊電路的溫漂，并使得共模抑制比提高。

所以這種以工作在放大內(nèi)的三極管所組成的恒流源來代替差分電路中的射極電阻Re和集電極電阻Rc的手段在各類集成運放電路中被廣泛運用。既使得射極電阻Re的增大了阻值，使集成電路中難以得到大電阻及高電壓的問題得到克服，又能夠?qū)CMR（共模抑制比）增加了1~2個級別。

再次進(jìn)行溫度分析掃描。在彈出的窗口對話欄中設(shè)置線性的掃描方式；將掃描點數(shù)設(shè)為兩點；設(shè)置好分析的起點溫度26°C；以及終點溫度110°C；調(diào)整好瞬態(tài)分析類型；然后調(diào)節(jié)起始點時間值為0Sec，終點時間值改為0.001Sec，也就是信號周期；接著在“輸出”項目中將待分析的輸出節(jié)點設(shè)置為節(jié)點V；單擊仿真開始按鈕，隨即得到如圖3所示此改進(jìn)電路的溫度分析掃描特性曲線圖及所得參數(shù)值。從圖3所示的溫度分析掃描特性曲線圖及參數(shù)列表中可以觀測到，當(dāng)溫度從起點26°C上升到終點110°C時，圖2（a）所示帶恒流源的差分放大電路節(jié)點V[6]產(chǎn)生的輸出電壓最大偏差為：DVo=（5.5103-5.47144）V=0.03886V高溫110°C時的輸出電壓最大值比低溫26°C時的輸出電壓最大值僅僅降低了約0.71%。

3. 對比、剖析、討論

由圖1所示共射放大電路的溫度掃描仿真分析及圖2所示差分放大電路的仿真測量和圖4所示溫度掃描仿真分析的結(jié)果可知：

（1）Multisim的溫度分析掃描能夠非常直觀地檢測放大電路的零點漂移特性。

（2）單端輸出接法的差動放大電路的KCMR較雙端輸出接法的差動放大電路要低；雙端輸出接法的差動放大電路的電壓放大倍數(shù)是相應(yīng)單端輸出接法的差動放大電路的電壓放大倍數(shù)的兩倍。

（3）無論是普通放大電路還是差動放大電路，其輸出電壓都是按負(fù)溫度系數(shù)規(guī)律變化的。

四、結(jié)論

通過運用Multisim仿真平臺，幫助我們緩解了因資金不足導(dǎo)致設(shè)備耗材等受限這些因素的限制，使得許多不能進(jìn)行實物講解的實驗得以通過仿真直觀再現(xiàn)，還可進(jìn)行各種目的不同的訓(xùn)練，使學(xué)生的自主分析、設(shè)計和應(yīng)用能力得到培養(yǎng)，高效且低成本。在模電教學(xué)過程中，使用Multisim仿真對抽象的理論教學(xué)起到了推波助瀾的作用，使模電課程的理論與實踐完美融合在一起，極大的豐富模擬電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，并在后繼課程的中也有很好的延伸性。

參考文獻(xiàn)：

［1］胡宴如主編.模擬電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2004.

［2］王連英主編.《基于Multisim 10的電子仿真實驗與設(shè)計》. 北京郵電大學(xué)出版社，2009-08.