仿真軟件在模擬電子技術課程項目教學中的應用

李 琪，楊 欣

（安陽工學院 電子信息與電氣工程學院，河南 安陽 455000）

模擬電子技術是一門在電子技術方面入門性質的技術基礎課程，是高等院校電類各專業必修的專業基礎課，而且隨著電子技術、計算機技術的發展，它也不斷成為理科及工科本科生的必修課程.項目教學法是將傳統學科體系中的知識內容轉化為若干個教學項目，圍繞著項目來組織和開展教學，使學生能夠直接參與到項目全過程中去的一種教學方式[1].自20世紀70年代以來，隨著計算機、集成電路、電子系統設計的迅速發展，以計算機輔助設計為基礎的電子設計自動化軟件研制成功并開始投入使用，通過輔助分析與仿真技術實現了硬件設計軟件化，為電子電路設計、仿真分析和實驗結果驗證提供了一條新途徑.同時為電子技術電路的設計提供了一個功能強大的虛擬實驗室，使得電子電路的虛擬實現成為可能.相比其他仿真軟件而言，Multisim10仿真軟件的優勢較為突出.

1 Multisim10的特點

Multisim10有一個完整的集成化設計環境，具有直觀的圖形界面，龐大的元器件庫，強大的仿真能力和分析功能，完善的虛擬儀器功能,從而成為各類學校電工、電子實驗教學的首選工具軟件[2].Multisim10仿真軟件具有以下特點：

（1）具有生動的圖形界面、操作簡單、便于學習和使用.采用直觀的圖形界面創建電路,在計算機屏幕上模擬仿真實驗室的工作臺,繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選取[3].

（2）具有豐富的元器件庫和比較齊全的儀器儀表庫.元器件庫提供上千種電路元器件供電路設計選用，并且已有的元器件庫可以不斷的在線更新，方便工程設計及實驗教學中使用.

（3）擁有強大的電路分析功能.Multisim10提供了十多種檢測電路特性的分析方法.如直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、失真分析、直流掃描分析、溫度掃描分析、零-極點分析、射頻分析等[4].

（4）實驗和設計實現同步.實驗和設計中使用的元器件及測試儀器儀表完備，方便對電路進行設計和仿真，并及時給予修改和調試，可以做到一邊設計一邊通過實驗來驗證設計.

2 項目的設定

項目的設定充分考慮到模擬電子技術課程內容、教學大綱要求以及學生的能力的提高.共設置了五個項目.

3 Multisim10在項目教學中的應用

項目確定后，要求通過Multisim10實現電路的設計和仿真.整個設計過程包括3個步驟：首先分析項目要求，然后根據項目的具體任務要求，制定方案.最后對仿真結果進行評價，也是對整個項目實施效果的一個總結.

下面我們以項目3為例，介紹如何利用Multi-sim10完成項目的設計和評價.

表1 項目內容

3.1 項目任務的具體要求

設計一個音頻功率放大電路，該電路可以實現低音、高音的控制及音量放大功能.提出的指標要求是：

（1）負載電阻為8Ω；

（2）額定輸出功率為10w；

（3）帶寬大于 50Hz～15kHz；

3.2 項目的實施

根據設計要求分析，要實現一個低功率的音頻放大電路，至少需要三級放大電路：前級放大電路、音調調節電路、功率放大電路.前級放大電路采用比例運算放大電路實現信號放大，音調調節電路采用負反饋式調節電路實現、功率放大電路采用集成功率放大器實現.利用仿真軟件Multisim10可以在虛擬的電子平臺對電路進行設計.

3.2.1 前級放大電路

圖1 前級放大電路

利用集成運放NE5532實現同相比例運算電路，放大輸入信號，采用電壓負反饋使電路的輸出阻抗減小，如圖1.此時電路的放大倍數Au=1+R3/R2=11.電容C6用來濾波，減少失真.

3.2.2 音調調節電路

音調調節電路采用負反饋式調節電路.其中R4控制低音，R9控制高音.當R4滑到最左端時FL=1/(R4*C3*2π)=33.86Hz.符合設計要求的可調最低頻率.當R9滑到最左端時可知FH=1/（C4*R8*2π）=15.4KHz，也滿足設計要求的可調最高頻率.

圖2 音調放大電路

3.2.3 功率放大電路

圖3 功率放大電路

電路的功率放大電路由集成功率放大器TDA2030接成OCL電路輸出形式.集成功率放大器通過R13，R14，C9引入了電壓串聯負反饋，目的是為了提高輸出電壓信號的穩定性，減小輸出波形失真.其中，D1、D2為保護二極管，滑動變阻器 R11實現音量的控制.

3.3 項目的評價

利用軟件Multisim10對電路進行仿真，根據仿真結果評價項目的實施效果.電路仿真圖見圖4.

圖4 音頻功率放大電路仿真圖

3.3.1 測量頻帶寬度

分別取輸入信號頻率為 50Hz、1KHz、15KHz的正弦波信號，利用Multisim10虛擬儀器進行波特圖仿真，如圖5、圖6、圖7所示.

圖5 50Hz仿真波特圖

圖6 1kHz仿真波特圖

由上面仿真結果可知，頻率在50Hz-15KHz的正弦波信號滿足頻帶寬度要求.

3.3.2 測量電壓放大倍數

圖7 15KHz仿真波特圖

通過仿真測量輸入信號頻率分別在50Hz、1KHz、15KHz時電路的電壓放大倍數，數據如表2所示.

表2 音頻功率放大電路電壓放大倍數

3.3.3 測量最大不失真輸出功率：

根據直流電源為15V,負載電阻為8Ω，通過測試，當UI=113.136mV時，允許的最大不失真輸出電壓UO=9.618V,最大不失真輸出功率Po=11.583W>10W滿足設計要求.

4 結束

綜上所述，將Multisim10應用到模擬電子技術課程項目教學中，為學生提供了一個更廣闊的電子平臺，使模擬電子實驗不受實驗設備和實驗場所的限制，節約了項目經費，增加了學生的操作機會，提高了學生的學習興趣.

〔1〕劉靖巖.項目教學法在模具拆裝實訓中的應用[J].遼寧教育行政學院學報，2007（04）：115-117.

〔2〕朱華光.Multisim10在模擬電路實驗中的應用及研究[J].現代電子技術，2010（15）：192-193.

〔3〕吳霞，盧颯.Multisim10軟件應用于級聯計數器電路的案例分析[J].儀表技術，2009（07）：68-69.

〔4〕王國戰，盧超.Multisim仿真分析方法的研究[J].長春工程學院學報 （自然科學版），2009（03）：53-55.