沈 歡 王云秀 沈鉆楊 肖 俊

（西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院，四川 南充 637000）

Multisim在電子類教學(xué)中的應(yīng)用

沈 歡 王云秀 沈鉆楊 肖 俊

（西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院，四川 南充 637000）

數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)是電子類專業(yè)學(xué)生必修的兩門專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中引入Multisim仿真軟件有助于加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。文章以數(shù)字電子技術(shù)中計(jì)數(shù)器和模擬電子技術(shù)中基本共射放大電路為例介紹了利用Multisim設(shè)計(jì)這兩種器件的過(guò)程，通過(guò)軟件仿真可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)其實(shí)際的設(shè)計(jì)能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

Multisim；電路仿真；計(jì)數(shù)器；基本共射放大電路

傳統(tǒng)的電子類課程基本是教師通過(guò)黑板、課本結(jié)合特定的多媒體教學(xué)設(shè)備口頭授課。學(xué)生從教師的口頭表述、枯燥的文字和繁瑣的圖表中獲得信息，學(xué)生理解知識(shí)較為困難，也很難把握其中的精髓。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)輔助軟件能夠取得良好的教學(xué)效果。Multisim軟件是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI公司）開(kāi)發(fā)的實(shí)用性強(qiáng)的電路仿真軟件，在課堂教學(xué)中利用Multisim對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)采用現(xiàn)場(chǎng)演示分析，學(xué)生能夠更直觀形象地理解理論知識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)他們的設(shè)計(jì)能力。

1 Multisim的特點(diǎn)

Multisim是一款利用Windows為平臺(tái)開(kāi)發(fā)的仿真工具，能快速、輕松、高效地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、原理圖繪制、電路分析和電路仿真，可以對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、電工電路、單片機(jī)電路等多種電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真。該軟件功能強(qiáng)大且簡(jiǎn)單易懂，其配備多種虛擬儀器和豐富的元件庫(kù)，根據(jù)需要可對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，在電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2 引入Multisim的教學(xué)優(yōu)勢(shì)

（1）教學(xué)內(nèi)容方面：電子類科目的實(shí)驗(yàn)課程分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、提高性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。在完成基本要求之后，學(xué)生可以在允許范圍內(nèi)選擇自己感興趣的方向進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度和深度。

（2）教學(xué)方法方面：教師采用講授法和演示法相結(jié)合，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，通過(guò)觀察和思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行思維活動(dòng)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，發(fā)展觀察力、想象力和思維能力。

（3）學(xué)習(xí)方法方面：教師用較少的時(shí)間精細(xì)講解知識(shí)點(diǎn)，給學(xué)生留下充分的思考時(shí)間，讓學(xué)生有明確目標(biāo)，帶著問(wèn)題去看書，學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)。

（4）教學(xué)資源方面：制作實(shí)際電路之前先用軟件仿真，通過(guò)不斷調(diào)整元件參數(shù)達(dá)到最理想的仿真結(jié)果，避免了重復(fù)制作電路板和購(gòu)買元件的資源浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)需要的大量測(cè)試儀器、硬件設(shè)備問(wèn)題也可以得到完美解決。

（5）實(shí)驗(yàn)安排方面：在安裝有Multisim的電腦上即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，擺脫了時(shí)間和空間的限制。教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，變動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程安排，增加了實(shí)驗(yàn)的靈活性，學(xué)生接觸數(shù)電模電的機(jī)會(huì)，以及學(xué)生的見(jiàn)識(shí)。

3 Multisim仿真步驟

具體的仿真調(diào)試過(guò)程如圖1所示。首先，啟動(dòng) Multisim軟件，建立電路文件后保存到指定文件夾下。其次，放置元件，在組的下拉菜單中選擇需要的元件組，再?gòu)淖逯羞x擇不同的類別，選擇合適的規(guī)格，點(diǎn)擊確定按鈕后鼠標(biāo)出現(xiàn)了虛線框的元件，將其放在電路窗口中即可，可以根據(jù)電路需要，將元件水平翻轉(zhuǎn)、垂直翻轉(zhuǎn)等。然后，繪制原理圖，即連接元件，按照電路圖排列好元件，將鼠標(biāo)移動(dòng)到元件連接端口，出現(xiàn)小黑點(diǎn)時(shí)單擊鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)鼠標(biāo)到下一元件的端口再單擊即可。最后，單擊仿真按鈕進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真數(shù)據(jù)可用文檔形式保存。

從電路窗口的右側(cè)儀器庫(kù)中選擇需要的儀器，將儀器連接到電路中，雙擊儀器可直接觀察仿真結(jié)果。若仿真結(jié)果和預(yù)期理想結(jié)果相差較大，可返回原理圖進(jìn)行分析，調(diào)整元件參數(shù)，直到達(dá)到滿意的結(jié)果為止。

圖1 Multisim仿真過(guò)程

4 Multisim教學(xué)實(shí)例應(yīng)用

4.1 數(shù)字電路應(yīng)用——計(jì)數(shù)器

在數(shù)字電路中，計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可用來(lái)計(jì)脈沖數(shù)，還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻、執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算等邏輯功能。計(jì)數(shù)器種類很多，按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來(lái)分，有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。根據(jù)計(jì)數(shù)方式不同，分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。根據(jù)計(jì)數(shù)的增減趨勢(shì)，可以分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器。

下面以74290為主要元件的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。74290是二-五-十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，具有異步清0、置9的功能。該計(jì)數(shù)器由四個(gè)JK觸發(fā)器和一些控制門組成，QA、QB、QC、QD是計(jì)數(shù)輸出，QD為最高位，INA和INB是兩個(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入端，R0（1）和R0（2）是直接清零端，R9（1）和R9（2）是直接置9端，其外部引腳排列及芯片邏輯符號(hào)參見(jiàn)圖2所示。其中時(shí)鐘INA和輸出QA組成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘INB和輸出端QB、QC、QD組成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，若將QA連接到INB就得到十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。在計(jì)數(shù)或清零時(shí)，均要求R9（1）和R9（2）中至少一個(gè)必須為0，只有在R0（1）和R0（2）同時(shí)為1時(shí)，才能清零。上述功能可以用表1所示的功能表來(lái)描述。

7447芯片是BCD碼轉(zhuǎn)換成7段LED數(shù)碼管的譯碼驅(qū)動(dòng)集成芯片，其主要功能是輸出低電平驅(qū)動(dòng)的顯示碼，用以推動(dòng)共陽(yáng)極7段LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字，由與非門、輸入緩沖器和7 個(gè)與或非門組成。A、B、C、D是BCD碼輸入端，QA～QG為數(shù)據(jù)輸出端，連接對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管輸入端。功能端口有三個(gè)，分別是LT試燈輸入端，RBI動(dòng)態(tài)滅燈輸入端，BI/RBO滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出端，其外部引腳排列和邏輯符號(hào)如圖 2所示。

異步清零十進(jìn)制計(jì)數(shù)器具體電路如圖3，將信號(hào)頻率為2 Hz，電壓為3 V的脈沖信號(hào)送入74290計(jì)數(shù)芯片，按十進(jìn)制計(jì)數(shù)的連接方式，將INB和QA端口連接在一起，然后將計(jì)數(shù)結(jié)果送入7447譯碼驅(qū)動(dòng)芯片。為避免電流過(guò)大而燒毀LED顯示器，在使用時(shí)須加 入330Ω左右電阻限流，最后連接LED數(shù)碼管顯示器。

圖2 74290和7447引腳及芯片邏輯符號(hào)

表1 74290的功能表

圖3 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

4.2 模擬電路應(yīng)用——單管共射放大電路

圖4所示為晶體管共射放大電路。在電路的輸入回路中，必須使得晶體管基極和發(fā)射極之間的電壓 UBE大于開(kāi)啟電壓Uon；在輸出回路中，集電極所加電壓VCC應(yīng)足夠高，使晶體管的集電結(jié)反向偏置，保證晶體管工作在放大狀態(tài)。同時(shí)，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)使放大電路不失真，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)偏高時(shí)，Ui幅度較大時(shí)輸出信號(hào)易產(chǎn)生飽和削底失真；靜態(tài)工作點(diǎn)偏低時(shí)，Ui幅度較強(qiáng)時(shí)輸出信號(hào)易產(chǎn)生截止壓縮失真。

圖4 共射放大電路

該共射放大電路中輸入信號(hào)Ui是頻率為1 kHz，有效值為10 mV的正弦波電信號(hào)，在單管共射放大器中Rb1和Rb2組成分壓偏置電路，Re可以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，靜態(tài)工作點(diǎn)為：

電壓放大倍數(shù)為：

調(diào)節(jié)Rb1的值，可以設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，當(dāng)Rb1減小時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)提高，反之降低。在輸入信號(hào)Ui后，放大器輸出端可得到與Ui反相、振幅放大的輸出信號(hào)Uo，實(shí)現(xiàn)了電壓放大。仿真波形如圖5，其中A通道是輸入電壓Ui，紅色波形，比例為20 mV/Div，B通道是輸出電壓Uo，綠色波形，比例為1 V/Div，由萬(wàn)用表測(cè)得輸入U(xiǎn)i=10 mV，Uo=1.234 V，該放大電路將電壓放大了12倍左右。

圖5 共射放大電路仿真波形圖

5 總結(jié)

利用電路仿真軟件Multisim豐富了電子類課程的教學(xué)內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，通過(guò)仿真軟件對(duì)電路中各個(gè)元器件參數(shù)的不斷改變，可以使學(xué)生更清楚地了解電路性能的改變情況，培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路的能力，課后學(xué)生也可以在自己的電腦上進(jìn)行綜合型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，為學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新科技活動(dòng)營(yíng)造了良好的條件。

［1］ 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.第四版.北京:高等教育出版社，2006.

［2］ 楊頌華，馮毛官，孫萬(wàn)蓉.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.第二版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

［3］ 黃倩，蘆莉.基于Multisim模電新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究［J］.中國(guó)電力教育，2014，36:184-185.

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［5］ 王荔芳，余磊，周曉華.放大電路的Multisim仿真分析［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011（18）:172-174.

The application of multisim in electronic technology teaching

Digital electronic technology and analog electronic technology are two basic courses for the students majoring in electronic. Multisim simulation software is applied in the teaching which is useful for the students to understand the theory knowledge . Using the Multisim simulation software， counter and basic common-emitter amplify circuit has been designed. It verified that this can stimulate students' learning enthusiasm， cultivate their design ability， and improve the teaching quality.

Multisim；circuit simulation；counter；basic common-emitter amplify circuit

G642

A

1008-1151（2016）08-0117-03

2016-07-12

沈歡（1993-），女，西華師范大學(xué)研究生，研究方向?yàn)槁殬I(yè)技術(shù)教育。