基于Multisim仿真的电路分析基础课程改革

吴晶晶　薛琳　章学静

摘 要 Multisim是一款拥有非常丰富功能的电路仿真软件。将其引入到电路分析基础课程的课堂教学，不仅能够有助于学生形象的理解和领会该门课程中的相关知识点，而且使学生易于将理论与实际应用相联系，激发学习兴趣和动力。

关键词 Multisim 仿真 电路分析基础课程 课堂教学

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.01.049

0引言

电路分析基础课程是高校电子信息类专业的一门重要的专业基础必修课。这门课程不仅概念较多，而且与工程实践联系密切，同时又是电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程等专业的学生学习的第一门专业基础课，所以学生在学习时会觉得比较抽象，不能很好的理解和掌握其中的基本概念和基本理论。因此，如何能高效的利用课堂时间使学生迅速掌握基本理论以及运用基本方法解决问题成为该门课程改革需要研究的一个重要问题。①

1 Multisim特点

随着计算机技术的飞速发展，各种电路仿真软件不断出现，Multisim便是其中一款。它是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA（电路设计自动化）工具软件，Multisim的前身是EWB（Electronics Workbench）软件，是美国国家仪器公司下属的Electronics Workbench Group推出的以Windows为基础的交互式Spice仿真和电路分析软件，专用于原理图捕获、交互式仿真、电路板设计和集成测试。

Multisim具有直观的图形操作界面、庞大的数据库和强大的仿真能力。用Multisim软件进行电子电路设计，绘制电路仿真所需的测试仪器和所需的元器件均可直接拖放到屏幕上，软件仪器的操作方式和控制面板都与实物相似，测量波形和数据与真实仪器完全一致，且不受元器件种类、数量和测试仪器的限制。从搭建电路到仿真分析，可以使设计与实验同步，一边进行设计一边仿真，随时调试修改，十分方便。②

2 Multisim改进传统课堂教学模式

电路分析基础课程是一门重要的理论联系实际的课程，该门课程的授课离不开电路，如何分析电路中各条支路或各个元件的电流电压是电路分析基础课程的核心内容。目前在授课过程中，教师或采用板书、或采用多媒体课件进行授课，学生看到的仅仅是一张张静止不动的电路图，如果能让学生看到真实的电路运行，将十分有助于学生对该门课程讲授课程的理解。但是，将每一个电路都制作成电路板不仅将耗费大量的人力物力，不利于多个教师在同一时间为不同班级上课，而且若电路中的任意参数发生变化，则整个电路将需重新制作。

因此将Multisim仿真软件引入课堂教学，在进行理论课堂教学时，教师可以事先用Multisim仿真軟件设计好电路，利用教室里的多媒体设备向学生展示电路运行时的状态和结果，还可以根据需要灵活地改变电路中的各种参数。这样可以使学生更加形象具体的认识到电路的运行状态，进而对基本电路分析理论和方法有了直观的认知，同是也使学生了解电路中各个参数的测量方法，提高电路分析基础课程的课堂教学效果。

3 Multisim仿真在教学中的应用

通过以下两个案例来介绍Multisim仿真软件在电路分析课程中的应用。

3.1 戴维南定理验证

戴维南定理是电路分析基础课程中的重要定理之一，它不仅提供了一款等效电路模式，同时还提供了一种通过“化简电路”来分析电路的方法。本文所设计的戴维南定理验证电路如图1所示，其中图1a是原始电路，图1b是ab左端是相对电阻RL的戴维南等效电路（图中仅对ab左端的电路进行等效化简）。图1右侧所示电路万用表界面所示的是电阻RL的电压电流测量结果。对比图1a和1b可知，两电路中电阻RL上的电压电流值相等。由此可见，戴维南定理成立。

3.2 一阶电路（实验一RC电路）

一阶动态电路是指由一个储能元件电容或电感和若干个电阻元件组成的电路。它是由一阶常系数微分方程描述的。由一个电阻和一个电容以及一台信号发生器串联而成的典型一阶电路如图2所示。其中图2a与图2b所示电路结构相同，仅有电阻R1阻值不同，图2a中电阻R1阻值为10K ，图2b中电阻R1阻值为2K 。该一阶电路中电容C1两端电压为

其中Us是信号发生器所输出信号的幅值。其时间常数 =RC， 越大，衰减越慢；反之， 越小，衰减越快。当电容C的电容量固定时，仅改变电阻R的阻值，可以使得 值不同。本文所设计的RC一阶电路如图2a和图2b所示，是为一个电阻和一个电容串联而成的电路，信号发生器提供频率为20Hz，最大值为5V的方波。通过时间常数的计算公式可知，图2a中

图2a和图2b中右侧的波形分别为信号发生器输出波形（方波）和电容C1两端的波形（曲线）。由波形图可以明显发现图2b中 值小于图2a。

以上两个例子可以看出，利用Multisim软件进行电路设计并仿真结果，可以帮助学生形象直观的了解理论知识，并可以很容易的加以验证，缩短学习电路分析相关知识所需要的时间。

4结束语

教学实践证明，在电路分析基础的课堂教学中引入Multisim仿真软件，在以板书和多媒体工具讲授理 论知识的同时配以实时的仿真演示，能够取得较好的教学效果。Multisim仿真演示不仅加强了学生对电路分析基础理论知识的理解和掌握，还可以激发学生的学习热情，是提高电路分析基础课堂教学效率的有效办法，也是该门课程改革的有效手段。③

本文系北京联合大学教育教学研究与改革项目《“电路分析基础”课程教学方法改革与实践》（项目编号：JJ2015Q023）研究成果

注释

① 俎云霄，李巍海，张轶.Multisim在电路分析基础课程教学中的应用[J].中国现代教育装备，2010（15）：28-30.

② 黄荷英.基于Multisim电子仿真软件的电路设计与研究[J].现代电子技术，2012.35（16）：33-36.

③ 白菊蓉.Multisim在电路分析系列课程教改中的应用[J].西安邮电学院学报，2011.16（S1）：93-96.