王秀芹

（江蘇省姜堰中等專業(yè)學校，江蘇泰州，225500）

0 引言

模電是中職機電、汽修、數(shù)控等工科類專業(yè)必修課，其內(nèi)容抽象晦澀，邏輯嚴謹，對中職學生而言，可謂入門難，理解難，實踐難，不少學生在課程開始時就有了畏難情緒，學習難以為繼。

模電的主要內(nèi)容是學習各種半導體器件的結(jié)構(gòu)和外特性，以及以三極管、穩(wěn)壓器、555電路等半導體器件為核心所構(gòu)成電路的原理、功能與應(yīng)用。隨著課程改革和教學要求的改變，留給學生學習模電的教學課時和實驗經(jīng)費越來越少，為了保證教學質(zhì)量，激發(fā)學生的學習興趣，不少院校嘗試把電路仿真軟件引入教學中，把枯燥抽象的電學原理與物理現(xiàn)象用各種波形與數(shù)據(jù)加以佐證，讓學生在掌握電路的特點和功能的同時，還能學習各種高級儀表的使用方法，使得教學質(zhì)量得以保證，也極大地拓寬學生興趣和眼界。

1 MultiSim簡介

MultiSim是NI公司推出的基于Windows平臺的仿真軟件，秉承“把實驗室裝進PC中，軟件就是儀器”的理念，集電子電路原理分析，設(shè)計、虛擬仿真為一體的電子設(shè)計自動化環(huán)境，在系統(tǒng)建模和仿真，科學工程設(shè)計及應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等方面有著廣泛應(yīng)用。Multisim可幫助教學、科研和設(shè)計人員分析模擬、數(shù)字和電力電子，深受國內(nèi)外教師、科研人員和工程師的認可。

2 輔助解題，拓寬題意

在教學中，學生在掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識后，解題與電路設(shè)計是學生理解和掌握電路的主要途徑，本文試圖從解題的角度幫助學生理解模電的特點以及該軟件在教學中的特點。

例題1、如圖1，VBE=0.7V，β=60，rbb=300Ω，計算該電路的靜態(tài)點，輸入、輸出電阻，電壓放大倍數(shù)。

圖1

分析，此題是模電里極為常見的題目，求解也不難，卻是學好模電的敲門磚。

現(xiàn)利用教材介紹的方法計算求解：

靜態(tài)點求解，為計算結(jié)果更精確，利用戴維南定理求解，如圖2所示 (詳細過程略)。

圖2

交流參數(shù)求解：如圖3所示(詳細解題過程略)。

圖3

為了把電工基礎(chǔ)與模電的知識更好地融合，本題的求解采用微變等效電路的方法，其優(yōu)點是把三極管器件的特性用學生熟悉的電阻和電流源來表達，由于微變等效后的電路比較完整，學生可以很好地分析、運用所學的電工知識。

到此，通常這道習題求解完畢。

基于讓Multisim貼近教學的初衷，用這個仿真軟件做這個題目。在軟件“計算”此題目時，需要設(shè)定β值和UBE值，由于這兩個值具有一定變化范圍，因此選用軟件自帶的虛擬三極管，并在編輯模型中修改β=60值（BF值），UBE不可修改，經(jīng)測量在0.7V左右。

圖4

對于靜態(tài)點檢測，可以有多種方法，學生在初中學物理時，就要求用儀表測量，在電子技術(shù)中，依然用儀表測量，在Multisim中，學生可以調(diào)用電流表、電壓表、萬用表檢測電路參數(shù)。檢測數(shù)據(jù)如下：

為拓寬學生的思路，也可以利用軟件自帶的直流工作點分析以及電流、電壓探針，可得到同樣數(shù)據(jù)。

對于交流參數(shù)的測量，首先利用示波器觀察放大信號是否失真，若輸出波形得到不失真地的放大，且為倒相，此時根據(jù)電壓放大倍數(shù)的定義，利用虛擬電壓表，測量電壓放大倍數(shù)：

輸入電阻的測量，利用定義測量，即：分別用虛擬電壓表，電流表，測量，并計算得到：

輸出電阻的測量：利用定義，將輸入端短路，測量輸出電壓與電流，

做到這里，題目的要求得到解決，對照理論計算和虛擬測量的數(shù)據(jù)，兩者比較接近，可見把仿真軟件引入教學中，具有驗證意義又具有工程指導意義—若仿真得不到正確數(shù)據(jù)，則實際電路就沒有必要搭建。

由于仿真平臺的強大和便捷性，教學中可以提出如下思路：

(1)但是可以利用這個軟件的電流探針功能，此工具按比例(10mV/mA)把電流轉(zhuǎn)化為電壓后，用示波器測量，觀察出輸出電壓與輸出電流的波形為同相，并計算出輸出電流為20.5μA。

(2)可以測量電流放大倍數(shù)，計算功率放大倍數(shù)，繪制功率曲線，為后繼教學內(nèi)容做鋪墊；

(3)在電路確定的條件，觀察輸入信號幅值為多少時，輸出信號出現(xiàn)失真，是什么失真？

(4)拓寬學生的知識面和學會使用高級儀表，在教師的指導下，可以利用波特圖儀測量電壓放大倍數(shù)，關(guān)鍵是學會儀器的調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)分析。

3 設(shè)計電路，理解電路

學習模電的一個目標，就是設(shè)計指定參數(shù)的電路，可以說是例1的逆過程。

例題2，單級放大器的設(shè)計方法舉例：①Vcc=12V，Rs=100Ω；②Vi=10mV，AVL>20；③Ri> 2 kΩ，Ro<3kΩ，RL=2k ；④帶寬Δf = 200Hz ～ 3MHz ；⑤有較好的溫度穩(wěn)定性。

對于該電路，傳統(tǒng)設(shè)計需要大量的計算，搭建電路，最后調(diào)試，完成電路設(shè)計。因篇幅限制，傳統(tǒng)設(shè)計從略。

現(xiàn)借助Multisim軟件，設(shè)計該電路。

設(shè)計步驟：

(1)確定電路方案：要求有較好的溫度穩(wěn)定性，放大器的靜態(tài)工作點必須比較穩(wěn)定，為此采用具有電流串聯(lián)交、直流負反饋的共射極放大器。選擇晶體管，這里選2SC945 NPN小功率三極管，該管廣泛用于小信號放大電路中，可替換的管子種類較多，價格便宜。

(2)根據(jù)設(shè)計要求，利用軟件提供的“CE BJT amplifier wizard”工具初步組建放大電路，并忽略電路進入飽和狀態(tài)的提示，如圖5所示，生成電路如圖6所示。

圖5

圖6

(3)由于軟件自動生成的部分元件非標，將電路元件標準化，為減少干擾去除交流信號源，將放大管改為2SC945。利用參數(shù)掃描，調(diào)節(jié)Rb1的值，使靜態(tài)點合適，此時，Rb1=80k，VCEQ=3.4V，ICQ=2.15mA。如圖7所示。

圖7

(4)添加信號源Vi=10mV，f=10kHz，電阻Re1=100Ω，使Re、Re1具有電流串聯(lián)直流負反饋，Re1具有電流串聯(lián)直流交流負反饋。利用參數(shù)掃描，調(diào)節(jié)Re1=13Ω，使Vom=533mV大于20×14.14=282.8mV。

(5)驗證參數(shù)：示波器觀看波形，沒有失真，Av=-577.9/13.7=-42，Ri=9.7mV/2.6μA=3.7kΩ，Ro≤3k，利用波特圖儀測得：GV=32dB，fL=116Hz，fH=5.38MHz。

綜合各測量參數(shù)，表明所設(shè)電路測量的參數(shù)符合設(shè)計要求，比較傳統(tǒng)方法，此法要簡捷多了，如有需要且條件許可，利用該公司開發(fā)的Ultiboard生成PCB電路，制作成電路板，供學生實際焊接，測試。

圖9

4 拓寬視野，增加分析手段

由于多種原因，中職模電的教學內(nèi)容做了不少刪減，難度也有所下降，這就給一些學有余力的學生，特別是參見相關(guān)比賽的同學，有吃不飽的感覺，例如定時器555電路是一個數(shù)模混合中規(guī)模集成電路，可以制作多種應(yīng)用電路，如此“通用”的器件在各種中職模電教材鮮有提及，為提升學生學習和分析電路的能力，可以利用它制作多諧振蕩器，在此電路的基礎(chǔ)上，串聯(lián)兩級多諧振蕩器制作模擬聲響電路如圖9所示，研究輸出波形和接收耳中的嘟嘟聲，若能深入研究，學生收益良多，極有成就感。

5 結(jié)語

針對中職人才培養(yǎng)目標，在模電教學中，引入Multisim可將深奧，枯燥的模電知識變得生動形象，便于學生理解，既培養(yǎng)了學生的工程思維，又極大地降低學校的硬件投入。