MultiSim進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)的教學(xué)研究

摘要：電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的電子技術(shù)課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，電子電路的設(shè)計(jì)與分析是其中必不可少的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，往往是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室根據(jù)給定的電路圖，選擇元器件搭建實(shí)驗(yàn)電路。隨著我國(guó)電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，推動(dòng)了電子電路分析與設(shè)計(jì)的變革，越來(lái)越多電子設(shè)計(jì)自動(dòng)軟件投入使用。Multisim 仿真軟件的應(yīng)用，為高校電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了全新平臺(tái)，克服了以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的弊端或不足，克服了主觀與客觀不利因素，同時(shí)仿真軟件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，也突破了時(shí)間與地點(diǎn)的限制，學(xué)生可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)使用軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生還可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，融入個(gè)人的思路和觀點(diǎn)，調(diào)整元件參數(shù)，進(jìn)而獲得更直觀、更真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，樹(shù)立學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中的主體地位，提高學(xué)生探究能力與思維能力。因此，Multisim 仿真軟件在電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，具有重要價(jià)值。

關(guān)鍵詞：Multisim仿真軟件;電子電路;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《電子電路設(shè)計(jì)》是高等學(xué)校工科弱電專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)課。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握電子技術(shù)職業(yè)崗位所需的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論和電子裝接、電子產(chǎn)品生產(chǎn)管理、PCB設(shè)計(jì)制作及微控制器應(yīng)用等專(zhuān)業(yè)技能，具有電子產(chǎn)品的生產(chǎn)裝配、調(diào)試檢驗(yàn)、安裝維修等較強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用能力，從事電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)備維護(hù)、生產(chǎn)管理、技術(shù)開(kāi)發(fā)、營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)等崗位工作。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件的種類(lèi)越來(lái)越多，集成度越來(lái)越高，所設(shè)計(jì)電路的復(fù)雜程度也相應(yīng)提高，而電子產(chǎn)品的更新周期卻越來(lái)越短，因此，傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)模式就會(huì)暴露出許多的局限性：經(jīng)濟(jì)與效率的局限性。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法除了設(shè)計(jì)周期過(guò)長(zhǎng)以外也不經(jīng)濟(jì);教學(xué)效果的局限性：傳統(tǒng)的教學(xué)模式通常是用板書(shū)方式向?qū)W生講解原理部分，不能進(jìn)行仿真教學(xué)，效果較差;學(xué)生自主學(xué)習(xí)的局限性：傳統(tǒng)的實(shí)物設(shè)備較笨重，學(xué)生只能在課堂上接受知識(shí)，不能像仿真教學(xué)，設(shè)計(jì)電路可以裝在電腦中，學(xué)生隨時(shí)帶到任何一個(gè)地方，方便自主學(xué)習(xí);實(shí)驗(yàn)安全的局限性：專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中，有時(shí)候需要進(jìn)行故障模擬實(shí)驗(yàn)，例如電子電器中的極限電壓實(shí)驗(yàn)、電子制作完成后加電實(shí)驗(yàn)、電器故障模擬實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)有些將破壞實(shí)習(xí)件，有些具有安全隱患，由于目前在國(guó)內(nèi)這一課題的研究并不深入，主要是職業(yè)院校的一線教師，尤其是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)老師在該領(lǐng)域做了一些教學(xué)研究，從理論的深度、實(shí)踐的廣度上都是很有限的，因此目前也未取得整體的效果。

一、概述

Multisim 是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬仿真軟件，可實(shí)現(xiàn)原理圖捕獲、電路分析、電路仿真、仿真儀器測(cè)試等功能;界面設(shè)計(jì)人性化、操作簡(jiǎn)潔明了、元件庫(kù)規(guī)模龐大、儀器儀表庫(kù)種類(lèi)齊全（包括函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀等）、分析功能強(qiáng)大（包括直流工作點(diǎn)分析、交流分析、噪聲分析等）。Multisim 仿真軟件主要應(yīng)用于電路設(shè)計(jì)、測(cè)試與分析的仿真模擬中，其中涉及到電路模擬、電路自動(dòng)控制原理、微機(jī)接口電路等若干方面。首先，在該仿真軟件中，含有較為豐富的元件庫(kù)，可滿(mǎn)足于不同條件、不同要求的數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)，與真實(shí)儀器的使用相似性較高;其次，在仿真軟件中內(nèi)置若干RF 組件模型、元器件等，便于學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自行編程或者設(shè)計(jì)元器件;再次，Multisim軟件的電子分析方法趨向多元化，包括參數(shù)掃描分析、傅里葉分析、瞬態(tài)分析等，還可滿(mǎn)足直流電壓表、直流電流表、信號(hào)發(fā)生器、瓦特表、數(shù)字萬(wàn)用表、失真分析儀等真實(shí)儀器的操作功能需求，應(yīng)用范圍十分廣泛。

二、Multisim功能與特點(diǎn)

Multisim，是一個(gè)原理電路設(shè)計(jì)、電路功能測(cè)試的虛擬電路仿真軟件。它可以虛擬設(shè)計(jì)測(cè)試和演示各種電子電路（電工學(xué)、模擬電路、數(shù)字電路等），能夠進(jìn)行詳細(xì)的電路分析功能，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能，是電路設(shè)計(jì)中必不可少的軟件，它的主要特點(diǎn)有：

（1）Multisim 的元器件庫(kù)提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫(kù)，而且建庫(kù)所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。

（2）Multisim 的虛擬測(cè)試儀器儀表種類(lèi)齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源;而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒(méi)有的儀器，如波特圖儀、信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。

（3）Multisim 具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，可以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。

三、Multisim 電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用Multisim 軟件，其可操作性較強(qiáng)，不需要教師或者學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)輸入及輸出指令等專(zhuān)業(yè)的知識(shí)基礎(chǔ)，也不涉及到電子電路圖的程序編寫(xiě)，既簡(jiǎn)單易操作，也與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境相接近。只需要將事先設(shè)計(jì)好的虛擬儀器、虛擬電子元件等放置到Multisim 軟件的電路設(shè)計(jì)窗口即可操作，利用節(jié)點(diǎn)將虛擬元器件和儀器儀表的測(cè)量接口相連接，就能通過(guò)虛擬儀器儀表獲得波形、參數(shù)等重要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。具體操作步驟，分析如下：使用Multisim 仿真軟件， 包括四大步驟：①創(chuàng)建與實(shí)驗(yàn)要求相符的電路圖;②選擇合適的仿真分析方法;③啟動(dòng)Multisim 仿真軟件;④處理經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)。首先， 將Multisim 仿真軟件打開(kāi)之后，創(chuàng)建一個(gè)符合實(shí)驗(yàn)要求的仿真電路圖;其次，在軟件界面左邊的“元件工具欄”中選擇需要使用的元器件，在軟件界面右邊的“儀表工具欄”中選擇需要使用的儀表;在“放置欄”中選擇恰當(dāng)?shù)倪B接點(diǎn)，確定連接位置，利用導(dǎo)線將第二步選擇的元器件、儀器儀表等與連接點(diǎn)連接;再次，對(duì)元器件及儀器儀表的位置進(jìn)行調(diào)整，啟動(dòng)仿真軟件，獲得仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)的要求，可以選擇直流工作點(diǎn)或交流工作點(diǎn)為主要分析方法：①直流工作點(diǎn)分析。在軟件的任務(wù)欄中，分別選擇“Simulate → analyse → DC OperationPoint”，此時(shí)工作窗口彈出，在窗口選擇需要設(shè)置的輸出直流仿真量，選定后點(diǎn)擊“Simulate”，則獲得仿真結(jié)果;②交流工作點(diǎn)分析。在軟件的任務(wù)欄中，分別選擇“Simulate → analyse → AC Analysis”，打開(kāi)工作窗口，選擇需要設(shè)置的輸出交流仿真量，選定后點(diǎn)擊“Simulate”，則獲得電路的交流仿真結(jié)果。利用Multisim 仿真軟件，將電子電路實(shí)驗(yàn)中涉及的虛擬儀器、儀表、數(shù)據(jù)等直觀地展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生能夠快速、直觀、完整地觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程，有利于對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解。

四、課程教學(xué)特點(diǎn)

1、明確工作任務(wù)。教師上傳微課視頻至“超星學(xué)習(xí)通”平臺(tái)，并發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生觀看微課視頻，明確三人表決器電路的電路功能、通電檢測(cè)正確的效果及通電檢測(cè)步驟;每位學(xué)生完成工作頁(yè)課前導(dǎo)學(xué)部分并上傳到“超星學(xué)習(xí)通”在線學(xué)習(xí)平臺(tái);

2、制定工作方案。教師展示選秀視頻，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作興趣。引導(dǎo)學(xué)生從產(chǎn)品的功能和技術(shù)要點(diǎn)等方面討論如何制作該電子產(chǎn)品。教師引導(dǎo)學(xué)生確定初步工作思路，明確工作具體要求，實(shí)施任務(wù)按實(shí)際工作崗位分工。本次任務(wù)設(shè)置資料員、設(shè)計(jì)師、繪圖員、采購(gòu)員、質(zhì)檢員、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人等工作崗位。小組制訂工作計(jì)劃，討論電路制作方案，明確分工安排及工作崗位職責(zé)。

3、優(yōu)化工作方案。教師指導(dǎo)學(xué)生完成邏輯電路圖的繪制，點(diǎn)評(píng)各小組的設(shè)計(jì)方案，總結(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題和提出修改意見(jiàn)。記錄各小組用Multisim軟件仿真演示的結(jié)果，對(duì)仿真結(jié)果正確的小組進(jìn)行鼓勵(lì)，并肯定該組的成績(jī)。指導(dǎo)學(xué)生完成電路接線圖的繪制。根據(jù)各小組繪制出的電路圖，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。課程資源設(shè)備全，以學(xué)生為中心，教學(xué)做合一;教學(xué)評(píng)價(jià)多元化，評(píng)價(jià)過(guò)程與結(jié)果結(jié)合，線上與線下結(jié)合，定

性與定量結(jié)合，自評(píng)與他評(píng)結(jié)合;教學(xué)效果好，學(xué)生參與度高，學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度高，教學(xué)滿(mǎn)意度高;成果轉(zhuǎn)化快，學(xué)生通過(guò)此次學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握故障排查的技巧，可用于簡(jiǎn)單電子產(chǎn)品的維修。

4、教學(xué)效果好。本次課程任務(wù)教學(xué)以學(xué)生為中心，做學(xué)教合一，依據(jù)問(wèn)卷星統(tǒng)計(jì)得到的學(xué)生教學(xué)過(guò)程參與度、學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度、教學(xué)效果滿(mǎn)意度數(shù)據(jù)，綜合課中學(xué)生電路功能調(diào)試的結(jié)果以及填寫(xiě)的工作頁(yè)的反饋信息，本次課教學(xué)效果良好，學(xué)生學(xué)有所得。

總之，通過(guò)在電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用Multisim 仿真軟件，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與和學(xué)習(xí)興趣高漲，極大增強(qiáng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，課堂學(xué)習(xí)氛圍濃厚。因此，通過(guò)Multisim 軟件，節(jié)省了仿真實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、降低了成本、提高了教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)學(xué)生的綜合分析能力、思維發(fā)散能力、創(chuàng)新思維能力都有所提升，有利于實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙淑范， 王憲偉. 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2019.

作者簡(jiǎn)介：李勇? 1993年8月28日，男? ，河北省衡水市?? 漢族? 本科?? 天津華寧電子有限公司，職稱(chēng)：助理電氣工程師

研究方向：電氣設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)相關(guān)方向