基于multisim 在模擬電子技術(shù)課程中的教學(xué)設(shè)計(jì)研究

江天亮

[摘? ? ? ? ? ?要]? 為了提高模擬電子技術(shù)課程的授課質(zhì)量、學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)效果;也為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生在課堂上的主體地位，讓學(xué)生在課堂上有課可聽、有事可做;為了增強(qiáng)學(xué)生對模擬電子技術(shù)從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的直觀性、可操作性。為了學(xué)生更好地運(yùn)用multisim仿真軟件和掌握模擬電子技術(shù)相關(guān)知識，特意研究multisim在模擬電子技術(shù)課程中的教學(xué)設(shè)計(jì)。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? multisim;模擬電子技術(shù);教學(xué)設(shè)計(jì);授課質(zhì)量;學(xué)習(xí)效果

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）20-0086-02

模擬電子技術(shù)課程是高職電子類專業(yè)（應(yīng)用電子技術(shù)、電子信息工程、通信工程等）及自動化專業(yè)必須開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程學(xué)習(xí)的好壞直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。模擬電子技術(shù)又是一門基礎(chǔ)理論知識與實(shí)際操作技能聯(lián)系十分密切的課程，不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識，還要有相當(dāng)強(qiáng)的實(shí)際操作技能，這樣才能掌握模擬電子技術(shù)課程的相關(guān)知識。要學(xué)好這門課程離不開理論學(xué)習(xí)和及時(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)，而一般的高職院校沒有能力配置該課程所需的所有元器件及所需儀器、儀表同時(shí)供30～50人使用，怎樣才能解決這種教與學(xué)的矛盾？只有大力開發(fā)、開展虛擬“模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”讓學(xué)生直觀地觀察、理解、認(rèn)識模擬電子技術(shù)相關(guān)知識。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為一種新興的技術(shù)迅速崛起，誕生了一大批各具特色的電子電路自動設(shè)計(jì)軟件，改變了傳統(tǒng)的定量估算及真實(shí)的電路實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的模擬電子技術(shù)分析和設(shè)計(jì)方法，其中multisim軟件是一款非常不錯的典型代表。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)課程的興趣和提高該課程授課質(zhì)量、授課效果，在模擬電子技術(shù)課程中使用multisim軟件進(jìn)行同步教學(xué)就值得認(rèn)真研究。

一、授課對象分析

民族地區(qū)高職學(xué)院一般處在經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后和交通落后的少數(shù)民族聚居區(qū)，由于地區(qū)發(fā)展的不平衡導(dǎo)致高職學(xué)院的發(fā)展不平衡，這樣就帶來了生源質(zhì)量不高的后果，再加上少數(shù)民族地區(qū)居民對職業(yè)教育認(rèn)識水平相對比較低，學(xué)生及學(xué)生家長對到職業(yè)院校學(xué)習(xí)職業(yè)技術(shù)積極性不高，普遍認(rèn)為只有普高才能改變個人及家庭的社會地位和經(jīng)濟(jì)狀況。

民族地區(qū)高職學(xué)院的五年制大專學(xué)生大多是初中畢業(yè)考試成績在380～480分之間（初中畢業(yè)會考加畢業(yè)統(tǒng)考總分1080分），三年制大專學(xué)生高考成績大多數(shù)在180～280分之間（高考總分750分），另外，還有一部分生源來至學(xué)院的單獨(dú)招生考試（區(qū)域內(nèi)的中職學(xué)校、技工學(xué)校、少量的普通高中）。

這些學(xué)生的主要特點(diǎn)是：（1）文化基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)知識相對而言比較困難，缺少理性和感性認(rèn)識;（2）學(xué)習(xí)思維比較僵化，容易形成思維定勢，不容易理解電子元器件的工作原理、作用;（3）學(xué)習(xí)目的不太明確，在學(xué)習(xí)上漫無目的、學(xué)習(xí)質(zhì)量低下，具有較強(qiáng)的懶散心理;（4）學(xué)習(xí)自覺性、自信性偏低，對自己學(xué)習(xí)能力、認(rèn)知能力持懷疑態(tài)度，過于低估自己;（5）感性認(rèn)識強(qiáng)于理論分析，行事容易沖動。

二、模擬電子技術(shù)課程體系分析

模擬電子技術(shù)是電力、電子、通信、自動控制等專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要是研究各種半導(dǎo)體器件的性能、電路及其應(yīng)用的學(xué)科，是為后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課所必需開設(shè)的知識儲備課程，是整個專業(yè)體系中的基礎(chǔ)。電子技術(shù)的發(fā)展為人們的文化、物質(zhì)生活提供了優(yōu)越的條件，數(shù)碼攝像機(jī)、家庭影院、空調(diào)、電腦等都是典型的應(yīng)用實(shí)例。在工業(yè)、科技領(lǐng)域中更具有龍頭作用，如通信工程、測控技術(shù)、航天航空航海等比比皆是，所以模擬電子技術(shù)不僅在理論上是后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，而且在實(shí)際操作檢測上更是不可缺少的基本技能。

三、multisim特色分析

Multisim電路仿真軟件最早是加拿大圖像交互技術(shù)公司（IIT）于20世紀(jì)80年代末推出的一款專門用于電子線路仿真的虛擬電子工作平臺（EWB），能完成從系統(tǒng)仿真、電路仿真到電路版圖生成的全過程，功能主要有以下方面。

1.擴(kuò)展了原有元器件庫。新增了源自Mircochip、Texas Instru-ments、Linear Technologies等公司550多種元器件，使元件總數(shù)達(dá)到17000余種。

2.不斷改進(jìn)虛擬接口。可以隱藏接口名稱、精確名稱定位和更安全的接口命名功能，以此來幫助用戶創(chuàng)建可讀性更高的原理圖。

3.提升了可編程邏輯器件（PLD）原理圖設(shè)計(jì)仿真與硬件實(shí)現(xiàn)一體化融合的性能。

4.新增波特圖分析儀。通過安裝NI ELVISmx驅(qū)動軟件4.2.3及以上版本，可以訪問新的NI ELVIS儀器—波特圖分析儀，以幫助學(xué)生分析其實(shí)際電路。

5.專為學(xué)生定制了NI myDAQ。NI myDAQ是一款適合大學(xué)工程類課程的便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備，集成了8個虛擬儀表。NI myDAQ、NI LabVIEW和Multisim三者可以協(xié)同工作進(jìn)行實(shí)際的工程實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在課堂或?qū)嶒?yàn)室之外也能接觸原型系統(tǒng)并分析電路性能。

6.增加了AC單頻分析。

7.提高打開和保存文件的速度以及移動組件、取消、更改和重新更改的速度。

8.新增NI范例查找器。

9.提高了Multisim原理圖與Ultiboard布線之間的設(shè)計(jì)同步性與完整性。包括對設(shè)計(jì)沖突的用戶界面改進(jìn)，允許對同一封裝中多個門電路之間進(jìn)行顯式匹配的全新對話框以及通過電子表格視圖中的結(jié)果標(biāo)簽頁來更方便地找出那些容易被忽略的設(shè)計(jì)改動。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)分析

（一）模擬電子技術(shù)授課主要思路

精選內(nèi)容、推陳出新，講清基本概念、基本電路的工作原理和基本分析方法。對較簡單的電路，進(jìn)行人工計(jì)算分析;對較復(fù)雜的電路，利用計(jì)算機(jī)及相應(yīng)軟件進(jìn)行仿真分析和設(shè)計(jì)。隨著電子技術(shù)硬件的發(fā)展和仿真軟件的不斷升級，目前，硬件與軟件之間的界限越來越模糊，在利用軟件對電路進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)時(shí)，不能輕視硬件，引導(dǎo)學(xué)生全面發(fā)展。

（二）模擬電子技術(shù)授課內(nèi)容安排

注重貫徹從實(shí)際出發(fā)，由淺入深、由一般到特殊、從感性認(rèn)識上升到理性分析等原則，通過各種半導(dǎo)體器件及其電路來講清楚模擬電子技術(shù)中的基本慨念、基本原理和基本分析方法。對于基本的和常用的半導(dǎo)體電路，除了作定性的分析外還要介紹工程計(jì)算、設(shè)計(jì)方法和軟件設(shè)計(jì)仿真方法。為了加深對課堂知識的理解，注重multisim仿真電路實(shí)例分析，課后配置一定量的作業(yè)加以鞏固。理論講解、multisim仿真、學(xué)生課堂練習(xí)基本上達(dá)到1：1：1的時(shí)間分配，以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，促使學(xué)生積極動腦思考、及時(shí)動手實(shí)操，讓學(xué)生在課堂上有課可聽、有事可做。

（三）multisim在模擬電子技術(shù)課堂的應(yīng)用

模擬電子技術(shù)是研究半導(dǎo)體器件的性能、電路及其應(yīng)用的學(xué)科。它主要包括晶體管放大電路、反饋放大電路、集成運(yùn)算放大電路、信號產(chǎn)生及變換電路和電源電路。放大電路是模擬電子技術(shù)基本的單元電路，主要有共發(fā)射極、共集電極和共基極三種基本組態(tài)放大電路，現(xiàn)以共發(fā)射極放大電路為例進(jìn)行應(yīng)用。

1.在multisim中建立原理圖

打開multisim軟件，在電路仿真工作區(qū)創(chuàng)建仿真電路圖，如圖1所示。

2.靜態(tài)分析

（1）直流工作點(diǎn)分析

在multisim界面中，依次點(diǎn)擊菜單欄中的仿真（simulate）、分析（analyses）、直流工作點(diǎn)分析（DC operating point analysis），如圖2所示。

（2）電路直流掃描

直流掃描分析主要是觀察電源電壓對發(fā)射極的影響，在multisim界面中，依次點(diǎn)擊菜單欄中的仿真（simulate）、分析（anal-yses）、電路直流掃描分析（DC sweep analysis），在輸出（output vari-able）選項(xiàng)卡中選擇需要仿真的節(jié)點(diǎn)7和電源電壓變化范圍，然后點(diǎn)擊仿真（simulatea）按鈕，如圖3所示。由圖可知，只有當(dāng)電源電壓超過5V時(shí)，發(fā)射極電壓才隨電源電壓增大而增加，與放大器工作原理相符合。

3.動態(tài)分析

（1）輸入輸出波形

在放大電路設(shè)置合適的信號源，調(diào)整偏置電阻，通過示波器觀察輸入輸出波形，通道A接輸入波形，通道B接輸出波形，如圖4所示。可以直觀的看到輸出與輸入波形相位相反，通道B（1v/div）的幅度比通道A（20mv/div）的幅度大得多，符合共發(fā)射極倒相放大原理。

（2）交流分析

在multisim界面中，依次點(diǎn)擊菜單欄中的仿真（simulate）、分析（analyses）、交流分析（AC analysis），在頻率參數(shù)（frequency par-ameters）選項(xiàng)卡中設(shè)置參數(shù)，在輸出（output variable）選項(xiàng)卡中選擇需要仿真的節(jié)點(diǎn)4，再點(diǎn)擊仿真（simulatea）按鈕，如圖5所示。

五、效果分析

在課堂上通過1 ∶ 1 ∶ 1模式對模擬電子技術(shù)的基本理論講解、基本分析方法的剖析，再及時(shí)運(yùn)用multisim軟件的仿真，讓學(xué)生直觀地感受模擬電子技術(shù)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置對電路的影響是非常大的。課后再用實(shí)際電子產(chǎn)品進(jìn)行分析驗(yàn)證，即滿足了學(xué)生的好奇心，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的動手操作技能。運(yùn)用multisim在模擬電子技術(shù)課堂的教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

Multisim在模擬電子技術(shù)課程中的及時(shí)應(yīng)用，減少了學(xué)校的辦學(xué)成本，提高了模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)理論、驗(yàn)證理論的好習(xí)慣。

Multisim仿真在課堂中作為教學(xué)手段和學(xué)習(xí)探索的工具，在教學(xué)中發(fā)揮了很好的功效，取得了很好的教學(xué)效果，符合教育主管部門要求加大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的建設(shè)要求。

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