廣東省電子信息技工學(xué)校 李瓊慧

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Multisim仿真在模擬電路實驗教學(xué)中的應(yīng)用探討

廣東省電子信息技工學(xué)校 李瓊慧

【摘要】針對模擬電路實驗教學(xué)的特點，引入電路仿真軟件，建立了虛擬模擬電路和實驗教學(xué)平臺。介紹了Multisim仿真軟件的功能特點，通過教學(xué)實例簡要分析,并將Multisim仿真軟件引入模擬電路實驗教學(xué)的實踐方法,節(jié)省了實驗儀器設(shè)備，提升了模擬電路實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】Multisim仿真軟件；計算機(jī)仿真；模擬電路實驗教學(xué)

模擬電子技術(shù)是高職院校電子類相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一，該課程涉及電子學(xué)科的眾多領(lǐng)域，知識面廣，信息量大，需要學(xué)生掌握理論及實踐兩方面內(nèi)容，通過實驗課程可以有效幫助學(xué)生理解運用知識，彌補(bǔ)課堂教學(xué)的缺陷，在實驗教學(xué)中利用Multisim仿真軟件可以幫助學(xué)生掌握模擬電子技術(shù)中電路的實驗原理、實驗方法和步驟，有助學(xué)生實驗動手能力的提高，下文重點通過實例分析Multisim仿真在模擬電路實驗教學(xué)中的應(yīng)用。

1　Multisim仿真軟件的功能特點

Multisim仿真軟件是Electronics Workbench（簡稱EWB）的升級版本，是美國國家儀器（NI）有限公司推出的虛擬電子工作軟件。在計算機(jī)屏幕上模仿真實實驗室的工作臺，使用者用屏幕抓取的方法選用實驗設(shè)計中將要使用的元器件、連接測量儀器，創(chuàng)建電路，它可以對模擬、數(shù)字或混合電路進(jìn)行仿真，十分便捷。Multisim仿真軟件具有豐富的電路元器件庫和種類齊全的電子設(shè)備。

其主要的特點有：(1)仿真分析能力強(qiáng)。元件、試驗儀器儀表都與實物的性能十分相近，保證了試驗情況最大限度的貼近實際情況；(2)使用者在進(jìn)行電路設(shè)計實驗時可以即時觀察輸出結(jié)果，不斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)或修改實驗設(shè)計；(3)包含如交流分析、傅立葉分析等18種仿真分析方法，方便了使用人員；(4)可以人為設(shè)置故障，如短路、斷路等，使用者通過分析不同故障的狀態(tài)，加深了對電路知識的理解掌握，開拓了學(xué)生的思路，突出了Multisim仿真軟件的特點。

2　Multisim在模擬電路實驗教學(xué)中的應(yīng)用實例

2.1RC振蕩電路

RC振蕩電路是電子電路技術(shù)學(xué)習(xí)中重要的課程內(nèi)容，在Multisim模擬軟件中構(gòu)建一個RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩電路，仿真電路圖如圖1所示。

圖1　RC振蕩仿真電路

該電路中的仿真參數(shù)R1、R2、C1、C2設(shè)置為：R1=R2=10kΩ; C1=C2=100 nF，同時，為了確保起振時幅度平衡，AF取值必須大于1，電路中集成運放設(shè)置為同相放大比例運算電路，二極管D1、D2的作用是穩(wěn)幅。R1、C1與R2、C2組成的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作用為選擇輸出頻率。

就RC振蕩電路來說，為了保證起振時幅度平衡，AF取值必須大于1，電路工作頻率為諧波頻率時，F(xiàn)取值為1/3，則說明放大倍數(shù)A大于3，但當(dāng)放大倍數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3時，輸出波就趨近于方波了，因此為了保證正弦波不失真，放大倍數(shù)A必須稍微大于3。

慢慢增大電位器百分比到80%以上，此時放大倍數(shù)開始大于3，滿足振蕩電路起振條件，由圖2波形圖可以看到電路開始起振，且振蕩幅度不斷增加，然后漸漸趨于穩(wěn)定。此時振蕩頻率為160Hz，

圖2　電路起振，波形幅度逐漸增大

圖3　波形幅度穩(wěn)定

由圖3可知起振時Vi，V0的取值，通過計算可以得出電壓放大倍數(shù)A=Vi/V0=3.22，波形穩(wěn)定后，A為2.97，驗證了上述說法。振蕩電路起振時放大倍數(shù)A稍稍大于3，穩(wěn)幅后為3。

利用Multisim軟件的交流分析功能，還可以得到RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線。從圖4可以看出，當(dāng)振蕩頻率在160Hz左右時，反饋系數(shù)F最大取值為0.33，相位為0，該結(jié)果與理論分析保持一致。

圖4　RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)

繼續(xù)增大電位器百分比，電壓放大倍數(shù)持續(xù)增加，波形幅度繼續(xù)增大（見圖5），電位百分比達(dá)到92%后，振蕩波形開始失真。

圖5　波形失真

圖6　去掉穩(wěn)幅二極管后振蕩波形圖

將圖1中的兩個穩(wěn)幅二極管D1、D2去掉，起振時AF的取值大于1，去掉穩(wěn)幅二極管后電路的輸出不受限制，持續(xù)增大，最終達(dá)到飽和失真，得到圖6的仿真結(jié)果。

2.2半導(dǎo)體二極管的特殊應(yīng)用

半導(dǎo)體二極管是電子技術(shù)中重要的半導(dǎo)體器件之一。常用的半導(dǎo)體二極管種類繁多，課堂上關(guān)于這部分知識的講解時間有限，教師通常是挑選一些常用的、典型的二級管講解，這就造成一種很尷尬的局面，教師會要求學(xué)生課后自學(xué)，但是學(xué)生自學(xué)難以完全掌握知識點，這對于后期的學(xué)習(xí)不利。通過教材知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道普通二極管可以用于整流、限幅電路等，但實際中二極管的用途遠(yuǎn)不止這些，比如，如硅二極管導(dǎo)通時正向壓降約為0.6～0.7V，鍺二極管導(dǎo)通時正向壓降約為0.2～0.3 V，利用硅鍺二極管的這個特性可組成靈活多變的穩(wěn)壓電路，（實例1中的D1、D2）；利用發(fā)光二極管制作直流電源極性測試工具（如圖7所示）等。

圖7　簡易的直流電源極性測試電路

為了幫助學(xué)生了解二極管的這些特性，教師可以利用二極管的正向伏安特性，使用Multisim軟件設(shè)計一個二極管管模擬仿真實驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的幫助學(xué)生鞏固二極管相關(guān)知識。

使用Multisim軟件模擬電路，可以看到許多傳統(tǒng)實驗室無法得到的內(nèi)容，例如圖6中去掉穩(wěn)幅二極管后得到的振蕩波形圖，傳統(tǒng)實驗室只能看到穩(wěn)定的正弦波，對于起振時放大倍數(shù)的大小等理論無法驗證，這實際上不利于學(xué)生對于知識點的理解，自然會影響理論知識的實踐應(yīng)用；同時，通過Multisim軟件模擬電路可以輕易的改變實驗中的某些參數(shù)，很直觀的看到參數(shù)的改變對實驗結(jié)果的影響，加深了學(xué)生對于知識點的理解，這是在實際的實驗室中無法完成的。因為某些參數(shù)的變化可能會引起實驗儀器的損壞，造成一定程度的安全事故；傳統(tǒng)實驗由學(xué)生手動操作，難免會因為學(xué)生動手能力差等原因耽誤實驗時間，且學(xué)校實驗室和儀器有限，也不能保證每個學(xué)生都能將實驗完成，仿真實驗則很好的避免了這個問題，學(xué)生可以隨時隨地利用計算機(jī)進(jìn)行實驗，不受實驗課場地和時間的限制，提高了實驗課效率。實驗室實驗中許多時候?qū)W生害怕自身操作不當(dāng)損壞了儀器儀表，這在一定程度上限制了學(xué)生的操作，而仿真實驗中則不用擔(dān)心這個問題，學(xué)生可以根據(jù)自己的思考大膽創(chuàng)新，改變實驗中的某個參數(shù)進(jìn)行試驗，而不用擔(dān)心損壞了儀器，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新思維，利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3　結(jié)語

通過實例分析可知，利用Multisim仿真軟件彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實驗中的不足，豐富了實驗教學(xué)的內(nèi)涵，降低了實驗教學(xué)的成本，有效提高電子技術(shù)相關(guān)實驗課的教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好的理解課本知識，加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的掌握。但實驗室教學(xué)對于學(xué)生的作用也不可忽視，實際教學(xué)過程中教師應(yīng)將兩種實驗教學(xué)方法相結(jié)合，更好的提高實驗教學(xué)效果。

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