Multisim10輔助模擬電路實驗教學的探究

吳文智

（黑龍江大學 電子工程學院，黑龍江哈爾濱150080）

一、引言

實驗課程在高校人才培養過程中起著非常重要的作用，模擬電路實驗課程屬于高校理工科教學計劃中的基礎課程，是面向普通高校理工科學生尤其是電子信息、通信工程、自動化等專業開設的一門專業基礎課，是電子線路中最基本的理論和常用電路，擔負著普及電子技術基礎知識以及為后續專業課程打基礎的雙重任務。旨在傳授學生必備基礎微電和弱電知識的同時，更重要的是引導學生在實驗操作過程中，形成正確的科學觀念，掌握科學方法，培養科學精神。

社會的進步以及科技的發展促進了教育事業的發展，越來越多的現代化教學儀器設備（如投影儀、攝像機和無線Wi-Fi等）的引入豐富了課堂教學，傳統意義上的實驗課堂面臨著嚴峻挑戰。長久以來，在模擬電路實驗課程的教學過程中還存在以下幾方面問題：（1）模擬電路實驗課程開設在理論課程之后，是對理論教學過程的延伸和拓展，著重通過數學推導分析電路的功能和實際輸出結果，較為抽象，不易于學生掌握與理解。（2）模擬電線路課程的應用性強，傳統的實驗教學方法常會讓學生感到枯燥乏味，抽象難懂，喪失了學習的積極性。（3）器件的識別、線路的連接和信號的觀察等是實驗課上同學必須完成的內容，課上還經常須要對電路的輸入、輸出信號進行波形分析和數值計算，并要當堂獨立完成實驗報告。學生多任務重，任課教師往往不能面面俱到照顧到每一個學生。從而造成了實驗課程教學效果不夠理想，難以充分調動學生的積極性和主動性。（4）現有的電子線路實驗箱大多是模塊化設計，圍繞核心芯片連接電路，已有的標識性元件和固有模塊設計很大程度上限制了學生的思維。因此，如何改進實驗課堂教學模式，如何使學生能夠通過更好地掌握實驗課的教學內容成為模擬電路實驗教師普遍關注的問題。

二、Multisim10仿真軟件簡介

Multisim是80年代末IIT公司在電子工作平臺（Electronics workbench）基礎上推出的電子線路仿真設計軟件。2010年推出Multisim10版本，其具有清晰的圖形界面、強大的仿真能力和分析、強大的虛擬儀器等功能，能勝任電路分析、模擬電路、數字電路、高頻電路等個課程的虛擬仿真，并提供多種基本分析方法。使用Multisim10的仿真電路功能，操作容易，能夠克服電路設計不合理、容易出錯等原因產生的錯誤，能有效反映實驗效果。現以設計一個工作點穩定共射放大電路為例來說明Multisim10在電子線路課程設計中的應用。

三、靜態工作點穩定共射放大電路的仿真設計與實驗教學

工作點穩定放大電路實驗目的是學習基于三極管的基本放大器主要技術指標的測試方法，研究阻容耦合放大器電路元件參數對放大器主要技術指標的影響，加深對其特性的理解。三極管是電路的核心器件，利用Multisim10建立與之相對應的仿真電路圖，電路的放大倍數以及小信號輸入下的輸出波形等參數都受靜態工作點的影響，靜態工作點直接影響三極管的性能。學生可以通過調節分壓電阻的阻值，來觀察信號的放大、飽和失真等情況。引入Multisim10仿真軟件后，則可直接改變β 參數值，觀察電路的工作情況，綜合對比分析分壓電阻、電源電壓和β 等主要參數分別在三極管工作性能方面的作用。可以進一步了解截止失真和飽和失真等情況下放大電路的基本特征。學生可以更為直觀地理解各個元器件在該放大電路中所起的作用，又能從整個實驗電路的角度理解其作為一個整體所實現的功能。可以通過調節電路中各個元器件的物理參數，了解各個元器件在靜態工作點穩定電路當中所起到的作用。

四、Multisim10仿真輔助電子線路實驗教學的作用

以2013年教育部對黑龍江大學開展本科教學審核評估試點工作為契機，在本科生基礎課程中開展課程設計內容，引入Multisim10仿真軟件輔助實驗教學，提高學生對所學知識的實際應用能力。從課堂教學的統計結果來看，其作用具體表現在以下幾個方面：

（一）對任課教師提出更高的要求，仍有大量工作有待深入

教師不但要對實驗電路給予學生足夠的引導，在軟件仿真方面也需要能夠及時發現問題并盡快解決。實驗課中引入仿真軟件不單純是針對單一的某個實驗內容，而是希望能在完成基礎實驗內容的基礎上，對電路內容有更深層次的理解，在原電路的基礎上構建更為復雜的貼近實際應用的實驗電路，這就不可避免地對任課教師的教學提出了更高的要求，須要課前完成大量的準備工作，如當教學大綱、教學計劃、實驗指導書明確具體的要求和規范、完善。如何配合實驗操作開展課程等，這其中還須要依據仿真技術的特點開展驗證型、設計型以及綜合型、創新型實驗等不同實驗類型教學的嘗試，并與傳統實驗教學內容的相互融合須要更加規范化。

（二）提高了學生對電子線路課程的學習和實踐興趣

實驗課中引入Multisim10仿真需要學生課前了解軟件的簡單操作，由于實驗電路在理論課上已經講過，實驗結果基本都是已知的，實驗課的主要目的是完成檢驗，做到理論和實驗課程的結合，相互促進。引入軟件仿真，新穎性大大增加，引入仿真軟件調動了同學的學習興趣，能夠按照當堂課的內容完成相應的仿真電路的搭建，學生的創新拓展意識得到增強，80%以上的同學能夠在課堂上完成既定的實驗電路的Multisim10仿真的同時，也能完成相應的搭建和結果測試。

（三）實驗設備損壞率明顯降低

未使用Multisim10之前，學生通常都是初次接觸電學元器件和實驗設備，芯片插放位置錯誤、引腳接錯和人為因素造成的設備故障率高。在引入Multisim10軟件仿真時，首先在電腦上進行操作，會自動進行錯誤識別并引導使用者找到出錯原因。教師不但可以引導學生會針對這些易出錯的知識進行深入地學習，而且教師也可不必總是強調實驗步驟，可以將講解重點放在指導實驗設備的使用上，對于實驗過程中頻繁出現的故障和問題進行引導和統一講解。

五、結束語

探討了結合Multisim10仿真軟件輔助模擬電路實驗教學的模式，模擬電路實驗課程是模擬電路理論課程的拓展與延伸，在傳統課堂教學的基礎上引入Multisim10軟件仿真軟件輔助實驗課堂教學是一種有效的輔助教學手段，也是硬件實驗的延展，能夠激發學生學習理論和動手做實驗的興趣。

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