Multisim仿真在模拟电路实验教学中的应用探讨

广东省电子信息技工学校 李琼慧



Multisim仿真在模拟电路实验教学中的应用探讨

广东省电子信息技工学校 李琼慧

【摘要】针对模拟电路实验教学的特点，引入电路仿真软件，建立了虚拟模拟电路和实验教学平台。介绍了Multisim仿真软件的功能特点，通过教学实例简要分析,并将Multisim仿真软件引入模拟电路实验教学的实践方法,节省了实验仪器设备，提升了模拟电路实验数据质量。

【关键词】Multisim仿真软件；计算机仿真；模拟电路实验教学

模拟电子技术是高职院校电子类相关专业的重要基础课程之一，该课程涉及电子学科的众多领域，知识面广，信息量大，需要学生掌握理论及实践两方面内容，通过实验课程可以有效帮助学生理解运用知识，弥补课堂教学的缺陷，在实验教学中利用Multisim仿真软件可以帮助学生掌握模拟电子技术中电路的实验原理、实验方法和步骤，有助学生实验动手能力的提高，下文重点通过实例分析Multisim仿真在模拟电路实验教学中的应用。

1　Multisim仿真软件的功能特点

Multisim仿真软件是Electronics Workbench（简称EWB）的升级版本，是美国国家仪器（NI）有限公司推出的虚拟电子工作软件。在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，使用者用屏幕抓取的方法选用实验设计中将要使用的元器件、连接测量仪器，创建电路，它可以对模拟、数字或混合电路进行仿真，十分便捷。Multisim仿真软件具有丰富的电路元器件库和种类齐全的电子设备。

其主要的特点有：(1)仿真分析能力强。元件、试验仪器仪表都与实物的性能十分相近，保证了试验情况最大限度的贴近实际情况；(2)使用者在进行电路设计实验时可以即时观察输出结果，不断调整相关参数或修改实验设计；(3)包含如交流分析、傅立叶分析等18种仿真分析方法，方便了使用人员；(4)可以人为设置故障，如短路、断路等，使用者通过分析不同故障的状态，加深了对电路知识的理解掌握，开拓了学生的思路，突出了Multisim仿真软件的特点。

2　Multisim在模拟电路实验教学中的应用实例

2.1RC振荡电路

RC振荡电路是电子电路技术学习中重要的课程内容，在Multisim模拟软件中构建一个RC串并联网络振荡电路，仿真电路图如图1所示。

图1　RC振荡仿真电路

该电路中的仿真参数R1、R2、C1、C2设置为：R1=R2=10kΩ; C1=C2=100 nF，同时，为了确保起振时幅度平衡，AF取值必须大于1，电路中集成运放设置为同相放大比例运算电路，二极管D1、D2的作用是稳幅。R1、C1与R2、C2组成的串并联网络作用为选择输出频率。

就RC振荡电路来说，为了保证起振时幅度平衡，AF取值必须大于1，电路工作频率为谐波频率时，F取值为1/3，则说明放大倍数A大于3，但当放大倍数远远大于3时，输出波就趋近于方波了，因此为了保证正弦波不失真，放大倍数A必须稍微大于3。

慢慢增大电位器百分比到80%以上，此时放大倍数开始大于3，满足振荡电路起振条件，由图2波形图可以看到电路开始起振，且振荡幅度不断增加，然后渐渐趋于稳定。此时振荡频率为160Hz，

图2　电路起振，波形幅度逐渐增大

图3　波形幅度稳定

由图3可知起振时Vi，V0的取值，通过计算可以得出电压放大倍数A=Vi/V0=3.22，波形稳定后，A为2.97，验证了上述说法。振荡电路起振时放大倍数A稍稍大于3，稳幅后为3。

利用Multisim软件的交流分析功能，还可以得到RC串并联网络的频率特性曲线。从图4可以看出，当振荡频率在160Hz左右时，反馈系数F最大取值为0.33，相位为0，该结果与理论分析保持一致。

图4　RC串并联网络频率响应

继续增大电位器百分比，电压放大倍数持续增加，波形幅度继续增大（见图5），电位百分比达到92%后，振荡波形开始失真。

图5　波形失真

图6　去掉稳幅二极管后振荡波形图

将图1中的两个稳幅二极管D1、D2去掉，起振时AF的取值大于1，去掉稳幅二极管后电路的输出不受限制，持续增大，最终达到饱和失真，得到图6的仿真结果。

2.2半导体二极管的特殊应用

半导体二极管是电子技术中重要的半导体器件之一。常用的半导体二极管种类繁多，课堂上关于这部分知识的讲解时间有限，教师通常是挑选一些常用的、典型的二级管讲解，这就造成一种很尴尬的局面，教师会要求学生课后自学，但是学生自学难以完全掌握知识点，这对于后期的学习不利。通过教材知识的学习，学生知道普通二极管可以用于整流、限幅电路等，但实际中二极管的用途远不止这些，比如，如硅二极管导通时正向压降约为0.6～0.7V，锗二极管导通时正向压降约为0.2～0.3 V，利用硅锗二极管的这个特性可组成灵活多变的稳压电路，（实例1中的D1、D2）；利用发光二极管制作直流电源极性测试工具（如图7所示）等。

图7　简易的直流电源极性测试电路

为了帮助学生了解二极管的这些特性，教师可以利用二极管的正向伏安特性，使用Multisim软件设计一个二极管管模拟仿真实验，激发学生学习兴趣的帮助学生巩固二极管相关知识。

使用Multisim软件模拟电路，可以看到许多传统实验室无法得到的内容，例如图6中去掉稳幅二极管后得到的振荡波形图，传统实验室只能看到稳定的正弦波，对于起振时放大倍数的大小等理论无法验证，这实际上不利于学生对于知识点的理解，自然会影响理论知识的实践应用；同时，通过Multisim软件模拟电路可以轻易的改变实验中的某些参数，很直观的看到参数的改变对实验结果的影响，加深了学生对于知识点的理解，这是在实际的实验室中无法完成的。因为某些参数的变化可能会引起实验仪器的损坏，造成一定程度的安全事故；传统实验由学生手动操作，难免会因为学生动手能力差等原因耽误实验时间，且学校实验室和仪器有限，也不能保证每个学生都能将实验完成，仿真实验则很好的避免了这个问题，学生可以随时随地利用计算机进行实验，不受实验课场地和时间的限制，提高了实验课效率。实验室实验中许多时候学生害怕自身操作不当损坏了仪器仪表，这在一定程度上限制了学生的操作，而仿真实验中则不用担心这个问题，学生可以根据自己的思考大胆创新，改变实验中的某个参数进行试验，而不用担心损坏了仪器，激发了学生创新思维，利于学生创新能力的培养。

3　结语

通过实例分析可知，利用Multisim仿真软件弥补了传统实验中的不足，丰富了实验教学的内涵，降低了实验教学的成本，有效提高电子技术相关实验课的教学效果，帮助学生更好的理解课本知识，加强学生对理论知识的掌握。但实验室教学对于学生的作用也不可忽视，实际教学过程中教师应将两种实验教学方法相结合，更好的提高实验教学效果。

参考文献

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