仿真軟件在電子技術教學中的實例分析

董杰

山東省高校信息安全與智能控制重點實驗室 山東青年政治學院 濟南 250014

1 引言

電子技術作為大學電子類專業(yè)的主干課程，也是計算機、通信、網絡管理等專業(yè)的基礎課。它是一門實踐性很強的課程，長期以來，電子技術課程教學主要由理論課教學、課程實驗和實訓教學環(huán)節(jié)構成，在傳統(tǒng)的理論、實驗、實訓三段式教學模式下，通常是教師教得辛苦，學生學得痛苦，在學習中很多學生往往感到課程內容抽象，概念難以理解。隨著計算機多媒體技術的廣泛應用，將仿真軟件引入大學電子技術課堂教學過程中，可以把抽象的概念和理論用具體的圖形和聲音表現(xiàn)出來。在課堂上利用軟件進行仿真、演示，可以增強學生的感性認識，同時掌握各種儀器的基本使用和電路參數(shù)的測試方法，使課堂的教與學形成良好互動，教學內容更生動、直觀。學生通過這種方式，更好理解電路的基本理論，可以達到事半功倍的效果。

2 仿真軟件的選擇及特點介紹

電子類仿真軟件是隨著集成電路和計算機技術的飛速發(fā)展應運而生的一種高級、快速、有效的電子設計自動化工具，是以計算機的硬件和軟件為基本工作平臺，集數(shù)據(jù)庫、圖形學、圖論與拓撲邏輯、計算數(shù)學、優(yōu)化理論等多學科研制而成的計算機輔助設計通用軟件包。利用它從電路設計、性能分析、參數(shù)優(yōu)化到PCB（印刷電路板）和專用集成電路設計，整個過程都可以通過計算機處理完成，因此日益得到廣大教育工作者以及科技人員尤其是從事電子技術領域的科技人員的關愛[1]。

常用的電子類仿真軟件有View logic、OrCAD、PSpice、Pcad、Protel、Multisim等，其中以PSpice、Protel和Multisim為目前國內外最為常用的EDA仿真軟件。它們的功能特點各具特色，在應用時，應針對不同的目的和條件進行合理選擇：PSpice功能強大，適合于對復雜電路進行全面的分析和優(yōu)化；Protel綜合性能好，使用范圍廣，實現(xiàn)了電路仿真與PCB設計的一體化，非常有意義；Multisim直觀易用，具有較高的性能價格比，非常適合于電路、電子類課程的理論教學、實驗和課程設計，具有廣闊的應用前景。

Multisim是加拿大IIT公司推出的頗具特色的電子仿真軟件，從6.0版本起有了較大規(guī)模的改動，主要增加了大量元件模型，可以仿真更復雜的電路，在很大程度上加強對高頻電路的仿真能力和精度，電路圖的繪制更加方便，此時軟件更名為Multisim。Multisim在設計文件編輯和印制電路板設計方面，與其他通用EDA軟件相比并無優(yōu)勢，其優(yōu)點主要集中在電路仿真上。

Multisim的仿真功能十分強大，無需進行手工連線裝配，就可以非常逼真地仿真出真實電路的結果，若是結果不理想，需更換元件或改變元件參數(shù)，只需點擊鼠標即可完成。Multisim的分析手段也較全面，其中包括電路的直流工作點分析、交流頻率分析、瞬態(tài)分析、時域和頻域分析等電路分析方法?？蓪Ψ抡骐娐分械脑O置各種故障，從而觀察在不同故障情況條件下的電路工作狀態(tài)。在進行仿真的同時，還可以列出所有元器件的清單，存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和測量數(shù)據(jù)。另外，Multisim的兼容性也較好，它能導出被CAD或Protel所讀取的文件格式。

3 仿真軟件在電子技術教學中的輔助作用

大學教育要實施素質教育，把發(fā)展學生學習能力、實踐能力、創(chuàng)造能力放在首位，實現(xiàn)從傳統(tǒng)知識型向現(xiàn)代創(chuàng)新型培養(yǎng)目標的轉變。Multisim為輔助教學提供了一個很好的實用工具，使教師能夠在教學過程中對數(shù)字電路隨時進行仿真實驗，用軟件進行仿真教學。

教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種邏輯電路的特性，講解各種輸入信號的變化或者電路參數(shù)改變對電路輸出信號的影響，操作速度快，學生能夠形象直觀地觀察到邏輯電路的工作情況，了解到不同形式的邏輯電路的功能。在演示過程中教師可以隨時改變邏輯器件的參數(shù)、數(shù)值大小或增加邏輯器件的數(shù)量，讓學生直觀地看到從簡單電路到復雜電路的變化過程，體會不同電路性能。教師可以方便地改變不同的測試點，使演示實驗變得非常簡便，使用軟件輔助教學可將一些不易理解而又無法用真實儀器在課堂上演示的內容形象地展現(xiàn)在學生面前，做到化繁為簡，變抽象為直觀，讓學生增加感性認識，加深對理論知識的理解和掌握。

Multisim不僅在輔助教學方面，而且在實際電子產品的開發(fā)方面應用也非常廣泛，好多研發(fā)部門都把電子電路仿真軟件作為開發(fā)、分析電路系統(tǒng)的工具軟件，它的應用可以大大縮短研發(fā)周期，節(jié)約經費，提高效率。讓學生提前掌握仿真軟件的使用，可以增強學生的自信心，提高他們就業(yè)的競爭力。

4 將Multisim仿真軟件引入電子技術教學的實例分析

學生剛開始接觸模電的時候，對放大電路的交直流分析一直比較困難。很多學生搞不清楚為什么要對放大電路同時進行直流和交流分析？分析靜態(tài)工作點對交流信號有什么作用？這時需要讓他們理解，靜態(tài)工作點是交流信號工作的一個載體，交流信號的放大必須在這個載體上進行，離開了靜態(tài)工作點，交流信號沒法正常工作。而且靜態(tài)工作點需要選取合適的位置，位置選取不合適，交流信號的放大就會產生失真。傳統(tǒng)的方法是，計算出靜態(tài)工作點的大小，然后根據(jù)三極管Ic和Uce的變化曲線，畫出輸入和輸出交流信號的變化曲線[2]。如此分析，數(shù)據(jù)較多，圖形繁瑣，往往讓學生理不清頭緒，更重要的是沒有直觀地認識交流信號在靜態(tài)工作點處的變化情況。

以圖1為例，采用仿真的方法分析。圖1為一個典型的單管共射放大電路，輸入為一個微小交流信號，經過三極管放大，通過電容耦合輸出。通過估算，靜態(tài)工作點處Ub=3 V，Uc=9.7 V，通過仿真得出圖1中結點3和5處的波形如圖2所示。在圖2上，可以看到經過濾除直流信號后，B通道電路最終輸出的正弦波的波峰值約為607.8 mV，比輸入信號放大了30倍，A通道為交流信號疊加在靜態(tài)工作點的信號，兩個波的波峰值相減為9.27 V，正好約等于靜態(tài)工作點的Uc值。通過圖形看到，必須通過外加的直流電源，讓三極管工作在一個合適的靜態(tài)工作點，交流信號才能正常放大，放大后信號通過電容C3隔離直流信號，最終得到放大后的波形。通過仿真的圖2，直流交流分析直觀清楚。

5 結束語

Multisim是一種特別適合于教學的電路仿真軟件，是用于電子技術課程教學的良好工具，教師上課做演示實驗不需要搬動笨重的儀器，只需有一個多媒體教室就可以了。在學生實驗過程中使用Multisim，既可擴展實驗內容，又可擴充學生的思維空間，這對提高學生的學習積極性、主動性有重要的作用。學生通過Multisim來學習電子技術，不論是在理論上還是在實踐上都得到很大的提高，而且又節(jié)省了精力，提高了效率。

[1]王萍.電子技術實驗教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

[2]楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3]劉金華.數(shù)字電子技術[M].北京:北京大學出版社,2010.