程智明，匡 程

（1.無錫太湖學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無錫 214064；2.江蘇省物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214064）

Multisim10在自動化專業(yè)教學(xué)過程中的應(yīng)用

程智明1,2，匡 程1,2

（1.無錫太湖學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無錫 214064；2.江蘇省物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214064）

為提高自動化專業(yè)學(xué)生分析和解決電子類課程問題的能力，文章引入了Multisim10仿真軟件，同時(shí)以典型電路為例，重點(diǎn)闡述了仿真軟件在電子類課程中的應(yīng)用。結(jié)合應(yīng)用型本科院?！案咚刭|(zhì)應(yīng)用技術(shù)型人才”的培養(yǎng)要求，進(jìn)一步突出仿真軟件在自動化專業(yè)教學(xué)過程的應(yīng)用。研究表明，在教學(xué)過程中使用Multisim10仿真軟件彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷，能有效鞏固學(xué)生的理論知識，提高學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐的能力，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。

自動化專業(yè)；Multisim10；典型電路

隨著高?！笆濉币?guī)劃中人才培養(yǎng)模式的改革，無錫太湖學(xué)院各專業(yè)學(xué)科立足于“工程化與職業(yè)化兼顧”的人才培養(yǎng)方案，重點(diǎn)面向無錫、蘇南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，培養(yǎng)“高素質(zhì)應(yīng)用技術(shù)型人才”，滿足學(xué)生多樣化、個(gè)性化的能力需求。目前，實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)中的地位日益凸顯，在培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力方面更是不可缺少。而傳統(tǒng)教學(xué)方式難以滿足培養(yǎng)“高素質(zhì)應(yīng)用技術(shù)型人才”的要求，與人才培養(yǎng)模式的需求相悖。

計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)成為一種新教育方式，成為培養(yǎng)技術(shù)型人才不可或缺的重要教學(xué)工具。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在教學(xué)過程中具有高效、經(jīng)濟(jì)、安全等優(yōu)點(diǎn)和預(yù)測功能，現(xiàn)已于各類高校中廣泛應(yīng)用，尤其是自動化、電信、通信類專業(yè)[1]。在自動化專業(yè)的理論教學(xué)中，Multisim10仿真軟件可以使學(xué)生對電子電路的認(rèn)識更直觀，便于學(xué)生理解，提高學(xué)習(xí)的積極性。

1 Multisim10仿真軟件簡介

Multisim10仿真軟件是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測試的虛擬仿真軟件，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，主要應(yīng)用于電子電路板設(shè)計(jì)，可以完成電子電路板制作過程中電路模型設(shè)計(jì)、電路仿真測試和數(shù)據(jù)結(jié)果優(yōu)化的一個(gè)完整設(shè)計(jì)流程。

Multisim10仿真軟件的元器件庫提供了電子類課程中常見的電路元器件，同時(shí)也可以擴(kuò)充元器件庫。軟件中的虛擬測試儀器儀表種類齊全，包含了實(shí)驗(yàn)室中的常用儀器儀表，如：萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、波特圖示儀、頻率計(jì)等。

Multisim10仿真軟件可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)和虛擬電子電路實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)相比，有以下特點(diǎn)：設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)所用儀器儀表齊全，可完成各類電子電路實(shí)驗(yàn)；可同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，電路調(diào)試和數(shù)據(jù)優(yōu)化方便；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中不消耗元器件，成本低、速度快、效率高；可直接獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測試曲線和電子電路原理圖。

2 典型電路的應(yīng)用實(shí)例

兩級電壓負(fù)反饋?zhàn)枞蓠詈戏糯箅娐啡鐖D1所示。電路中通過Rf把輸出電壓uo反饋到輸入端，加在晶體管VT1發(fā)射極，在發(fā)射極電阻Rf1上形成反饋電壓uf。該電路閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。

圖1 兩級電壓負(fù)反饋?zhàn)枞蓠詈戏糯箅娐?/p>

其中

式中，Uo為放大電路輸出電壓；Ui為放大電路輸入電壓；Au為放大電路無反饋時(shí)的電壓放大倍數(shù)，即開環(huán)電壓放大倍數(shù)；1+AuFu為反饋深度，其大小影響負(fù)反饋對放大器性能。

放大電路引入負(fù)反饋后對性能的影響一般可分為以下幾點(diǎn)：提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性；減小非線性失真；展寬通頻帶；改變輸入、輸出電阻。通常情況下，由于放大電路內(nèi)部原因引起的非線性失真可通過引入負(fù)反饋改善，無負(fù)反饋時(shí)輸出波形明顯失真（見圖2），當(dāng)引入負(fù)反饋后輸出波形失真得到明顯改善（見圖3），但輸出波形放大倍數(shù)明顯減小。

無負(fù)反饋時(shí)電路的幅頻特性如圖4所示，標(biāo)尺指示位置參數(shù)為32.763 dB/446.276 kHz，有負(fù)反饋時(shí)電路的幅頻特性如圖5所示，標(biāo)尺指示位置參數(shù)為18.028 dB/2.661 MHz，波特圖示儀參數(shù)設(shè)置一致，引入負(fù)反饋后通頻帶明顯展寬[2]。

圖2 無負(fù)反饋時(shí)輸入輸出波形

圖3 有負(fù)反饋是輸入輸出波形

圖4 無負(fù)反饋時(shí)電路的幅頻特性

圖5 有負(fù)反饋是電路的幅頻特性

Multisim10仿真軟件通過對兩級電壓負(fù)反饋?zhàn)枞蓠詈戏糯箅娐返姆抡?，使學(xué)生能在短時(shí)間內(nèi)認(rèn)識到放大電路性能的影響，加深對電路的理解，讓學(xué)生對理論知識的認(rèn)識從抽象變成具體。

3 仿真軟件在教學(xué)過程中的應(yīng)用

3.1 軟件在模擬電子技術(shù)課程中的應(yīng)用

模擬電子技術(shù)是自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)本專業(yè)核心課程的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)教師授課學(xué)生聽講的教學(xué)方式單一，而且該課程內(nèi)容抽象，知識點(diǎn)多，這使得學(xué)生對理論知識的概念和知識重難點(diǎn)的分析方法沒有清晰的認(rèn)識和掌握。

為了提高學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，加深對理論知識的理解，及時(shí)掌握課堂教學(xué)內(nèi)容，通過引入Multisim10仿真軟件，學(xué)生能將抽象內(nèi)容變具體，激發(fā)求知欲，提高學(xué)習(xí)效率。同時(shí)在課堂開始之前，學(xué)生可以通過仿真軟件構(gòu)建電路、設(shè)置參數(shù)、進(jìn)行仿真測試，提前學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，仿真過程中遇到的問題記錄下來，帶著問題聽課，不再盲目被動地接受教師講授的知識[3]。

3.2 軟件在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是輔助模擬/數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)課程，目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決實(shí)踐電路中存在的問題和能力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以滿足應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)“高素質(zhì)應(yīng)用技術(shù)型人才”的要求，存在的主要問題有：（1）學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)積極性，課前不預(yù)習(xí)，課堂依賴教師；（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定不變，學(xué)生可擴(kuò)展內(nèi)容有限，無法培養(yǎng)創(chuàng)新能力；（3）課堂時(shí)間有限，難以保質(zhì)保量完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；（4）實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量有限，易損壞，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度[4]。

通過Multisim10仿真軟件，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效率的同時(shí)也有助于學(xué)生擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提出問題舉一反三，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力；課前進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，保證課堂內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；完全通過仿真可得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，成本低效率高。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)引入Multisim10仿真軟件的教學(xué)方法如圖6所示。

圖6 Multisim10輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程

3.3 軟件在模電課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是繼模電課程后開設(shè)的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，是實(shí)現(xiàn)模擬電子理論知識和工程實(shí)踐相聯(lián)系的橋梁[5]。但傳統(tǒng)的模電課程設(shè)計(jì)完成周期長、學(xué)生效率低、材料耗費(fèi)嚴(yán)重，通常情況下，學(xué)生查找資料后直接進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和PCB板制作，沒有驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性，最終結(jié)果達(dá)不到課程設(shè)計(jì)要求。通過Multisim10仿真軟件可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路的可行性和合理性，通過軟件對電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不僅提高了電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，還提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率，減小耗材浪費(fèi)。

Multisim10在課程、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使學(xué)生對單一枯燥的理論知識產(chǎn)生興趣，同時(shí)讓學(xué)生感受到教學(xué)形式的多樣化和教學(xué)內(nèi)容的豐富化，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

4 結(jié)語

本文探討了Multisim10在教學(xué)過程中的應(yīng)用，結(jié)合應(yīng)用型本科院校“高素質(zhì)應(yīng)用技術(shù)型人才”的培養(yǎng)模式要求，強(qiáng)調(diào)仿真軟件在自動化專業(yè)中的獨(dú)特優(yōu)勢，其在電子類課程的教學(xué)中具有較好的應(yīng)用前景。

[1]敖章洪.仿真技術(shù)在自動化專業(yè)中的應(yīng)用與教學(xué)方式改革探討[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（5）：83-85，89.

[2]黃智偉.基于NI Multisim的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析[M].北京：電子工業(yè)出版社（第3版），2017.

[3]王元華，劉文斐，李娟.Multisim10仿真軟件在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2013（2）：66-69.

[4]蒲永紅，余粟，王維榮.Multisim輔助電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013（9）：174-177.

[5]呂穎利，趙彩紅.基于Multisim10的數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)研究[J].濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（3）：77-79.

Application of Multisim10 in the teaching process of automation specialty

Cheng Zhiming1,2, Kuang Cheng1,2
（1.Internet of Things Engineering College, Taihu University of Wuxi, Wuxi 214064, China;2.Jiangsu Key Construction Laboratory of IoT Application Technology, Wuxi 214064, China）

In order to improve automation students’ ability of analyzing and solving the problems of electronic courses,this article introduces Multisim10 simulation software, and expounds the application of simulation software in electronic courses by taking the typical circuit as an example. Combining with the training requirements of “applied technique-oriented professionals with high quality” in application-oriented universities, the application of simulation software in the teaching process of automation specialty is further emphasized. The results show that the shortcomings of traditional teaching methods is avoided in the teaching process after using Multisim10 simulation software, the theoretical knowledge of students is effectively consolidated, students’ ability to integrate theory with practice is improved, students’ ability to analyze and solve problems is improved.

automation specialty; Multisim10; typical circuit

江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目；項(xiàng)目編號：17KJB510052。無錫太湖學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目；項(xiàng)目編號：16WUNS004。

程智明（1991— ），男，江蘇無錫人，助教，碩士；研究方向：控制工程，自動化。