Multisim仿真軟件在電路教學(xué)中的應(yīng)用

孫志偉

（天津財經(jīng)大學(xué) 天津 300000）

Multisim仿真軟件在電路教學(xué)中的應(yīng)用

孫志偉

（天津財經(jīng)大學(xué) 天津 300000）

電路是一門比較抽象的理論型課程，傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難讓學(xué)生直觀的理解，在教學(xué)中必須加入相關(guān)的實驗環(huán)節(jié)加強理論聯(lián)系實踐，有效的掌握原理和提高學(xué)生的動手能力。但是，傳統(tǒng)的實驗方法存在很多弊端。本文通過分析電路課程的教學(xué)現(xiàn)狀，找出問題所在，最后將Multisim仿真軟件應(yīng)用在電路課程實驗教學(xué)當中來解決現(xiàn)實問題。

Multisim仿真軟件 電路 模型

電路是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)最重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是一門實踐性很強的課程，該課程專業(yè)性強，教師講授和學(xué)生學(xué)習(xí)理解起來都存在一定的難度，特別是配合教學(xué)的實驗環(huán)境較差和學(xué)生基礎(chǔ)較差的學(xué)校這門課程的進行更加有難度。因此，迫切需要一種教學(xué)輔助手段來解決這個難題，Multisim仿真軟件為電路課程的教學(xué)帶來革新，是有效提高電路課程教學(xué)質(zhì)量的途徑。

一、計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

電路是一門比較抽象的理論型課程，學(xué)習(xí)電路理論時關(guān)鍵是要理論聯(lián)系實際，因此實驗教學(xué)環(huán)節(jié)是重中之重。學(xué)生可根據(jù)對理論的理解，根據(jù)教學(xué)的要求進行實驗操作，在實驗中驗證所學(xué)的電路原理。但是在傳統(tǒng)的電路實驗教學(xué)中暴露了很多不足之處，由于受傳統(tǒng)實物實驗固有缺陷的限制，實驗結(jié)果往往是不盡如人意的。

電路課程是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生最先接觸到的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)生往往是不熟悉電路連接，以及沒有掌握好焊接技術(shù)，這樣在連接電路時非常容易就出現(xiàn)錯誤，這樣一旦出現(xiàn)電路連接錯誤，就會很容易造成電子元器件及測試儀器的損壞；學(xué)生在不熟悉測試儀器操作的情況下也及其容易造成儀器的損壞；由于實驗的元器件離散性大，環(huán)境變化引起的溫漂、干擾等因素會造成實驗數(shù)據(jù)有偏差，不理想；傳統(tǒng)的電路實驗是以實物為主的，實驗設(shè)備容易磨損老化，需要定期更新；隨著教學(xué)要求的提高和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電路課程的教學(xué)大綱也需要不斷的更新，因此實驗設(shè)備也要配套更新，這就給教學(xué)經(jīng)費帶來了很大的壓力。以上種種都是傳統(tǒng)電路實驗教學(xué)的不足之處，因此我們迫切需要教學(xué)改革來消除這些弊端，提高電路課程的教學(xué)質(zhì)量。

二、使用Multisim仿真軟件輔助教學(xué)的優(yōu)點

1.內(nèi)容直觀，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性和創(chuàng)造性

將multisim仿真軟件引入教學(xué)，有利于開闊學(xué)生的視野，增加學(xué)生知識面，促進學(xué)生更好的學(xué)習(xí)本專業(yè)的各種實驗儀器。使用Multisim仿真軟件輔助教學(xué)，把傳統(tǒng)的實驗通過計算機終端來實現(xiàn)，將靜止的理論教學(xué)變成動態(tài)的、可視的教學(xué)，增強了學(xué)生動手操作的能力，同時激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如：使用Multisim可交互式地搭建電路原理圖，并對電路行為進行仿真。通過Multisim和虛擬器技術(shù)，學(xué)生可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真，再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。另外，學(xué)生根據(jù)自己學(xué)過的電路原理和元件的基本性能，可以任意搭建電路，基本可以做到只要能想到，就能做到的思想境界，不但提高了創(chuàng)新的效率，更重要的是提高了學(xué)生學(xué)以致用的能力。

2.安全、準確、省時、省費用

使用Multisim仿真軟件輔助教學(xué)，可以避免因為電路連接失誤、儀器故障等因素帶來的安全問題。仿真實驗沒有干擾信號，比真實的實驗更能反映實驗的本質(zhì)，更加準確、真實、形象。通常在傳統(tǒng)的實驗中，我們都是在印刷電路板上完成元器件的連接與插拔，這樣不但費時而且反復(fù)的元器件、導(dǎo)線的連接與插拔必然導(dǎo)致電路板或元器件的易損。而使用使用Multisim仿真軟件實現(xiàn)實驗時可以任意更換元器件、更改參數(shù)也不會出現(xiàn)任何損失，這樣就省去了實驗項目的日常維護費用。

3.Multisim仿真軟件的特點

（1）界面直觀、操作方便

Multisim將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析和結(jié)果的圖表顯示等,全部集成到同一個電路窗口中,整個操作界面就像一個電路實驗工作臺,繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上,點擊鼠標可用導(dǎo)線將它們連接起來,軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似,測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣,便于實驗操作。

（2）具有一個龐大的元器件庫

在MultisimDatabase元件庫中存放有包括電源類、基本元件類、數(shù)字元件類及模擬元件類等14個庫的16000多種虛擬元件模型,可基本滿足一般電路的實驗仿真要求。

（3）強大的虛擬儀器功能

Multisim的虛擬測試儀器儀表種類齊全,有一般實驗室具有的通用儀器,如萬用表、信號發(fā)生器、雙通道示波器、直流電源;還有一般實驗室少有或沒有的儀器,如波特圖示儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真度測量儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等各種虛擬儀器

（4）強大的分析功能

Multisim提供了14種電路仿真分析方法,如直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、參數(shù)掃描分析、零極點分析、傳遞函數(shù)分析、溫度掃描分析、后處理分析等。適用于各種基本電路的分析設(shè)計。

三、Multisim仿真軟件在電路實驗教學(xué)中的應(yīng)用舉例

實驗內(nèi)容：二極管單向?qū)щ娦缘难菔九c驗證

打開Multisim 10設(shè)計環(huán)境。選擇：文件-新建-原理圖（實驗電路圖如圖1所示），即彈出一個新的電路圖編輯窗口，工程欄同時出現(xiàn)一個新的名稱。單擊“保存”，將該文件命名，保存到指定文件夾下。這里我們用到了一個新的虛擬儀器：函數(shù)信號發(fā)生器，顧名思義，函數(shù)信號發(fā)生器是一個可以發(fā)生各種信號的儀器。它的信號是根據(jù)函數(shù)值來變化的，它可以產(chǎn)生幅值、頻率、占空比都可調(diào)的波形，可以是正弦波、三角波、方波等。這里我們利用函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生電路的輸入信號。仿真前應(yīng)設(shè)置好函數(shù)信號發(fā)生器的幅值，頻率、占空比、偏移量以及波形型式。示波器的兩個通道一路用來檢測信號發(fā)生器波形，另一路用來監(jiān)視信號經(jīng)過二極管后的波形變化情況。

圖1 實驗電路圖與仿真波形圖

電路連接完畢，檢查無誤后，就可以進行仿真了。點擊仿真欄中的綠色開始按鈕，電路進入仿真狀態(tài)，雙擊示波器查看示波器兩個通道的波形。如圖1所示，可以看到，在信號經(jīng)過二極管前，是完整的正弦波，經(jīng)過二極管后，正弦波的負半周消失了。這樣就證明了二極管的單向?qū)щ娦浴Ｎ覀兛梢栽囍研盘柊l(fā)生器的波形改為三角波、矩形波，然后再觀察輸出效果。可以得出同樣的結(jié)論：二極管正向偏置時，電流通過，反向偏置時，電流截至。

接下來我們嘗試在實驗電路中將二極管反過來安裝，然后觀察仿真效果。我們會發(fā)現(xiàn)，二極管反向安裝后，其輸出波形與正向安裝時的波形剛好相反。通過Multisim軟件來完成二極管單向?qū)щ娦缘难菔九c驗證我們可以直觀、精確的得到實驗的結(jié)果的對比，而且省時省力。

四、使用電路仿真軟件存在的問題

電路仿真軟件使用十分方便，效果顯示非常直觀，很有趣味性，為教師提供了一條實驗教學(xué)的方便之路，為學(xué)生提供了一個廣闊的活動舞臺，對開展素質(zhì)教育大有益處。誠然，仿真軟件功能非常強大，它可以取代《電路》的部分實驗課程，且已成為課堂教學(xué)的一種輔助形式，但它畢竟是一個模擬系統(tǒng)，不能完全代替電子實習(xí)訓(xùn)練，在使用過程中存在一些問題：首先，仿真實驗并不能完全代替實物實驗，諸如元件的插接工藝、焊點的質(zhì)量、電烙鐵的使用等方面的技能在電路仿真軟件中無法學(xué)習(xí)，必須通過反復(fù)實踐訓(xùn)練。一味追求仿真，只能走入一個新的誤區(qū)。其次，不是所有實驗都能使用電路仿真軟件，如電流表、電壓表等儀器的使用。原因是電路仿真軟件中的儀表都是數(shù)字式的，能直接顯示讀數(shù)，有些實驗如果用電路仿真軟件教學(xué)，學(xué)生就無法掌握儀表的接線和讀數(shù)方法，對教學(xué)產(chǎn)生一定的影響。

五、結(jié)論

在電路課程的教學(xué)過程中使用Multisim建立虛擬仿真實驗平臺,可以方便地搭建各種電路,以及對電路進行仿真與測試。它具有投資小、維護簡單、現(xiàn)象直觀、結(jié)果精確、圖像精彩等特點。這種新的實驗方式是電路實驗教學(xué)的一種很好的輔助手段,并且為學(xué)生進行綜合性、創(chuàng)新性實驗提供了一個很好的平臺。為實踐教學(xué)的改革找到了有效的途徑。在不斷更新實驗教學(xué)方法,改進電路課程實驗教學(xué)質(zhì)量以及改善實驗教學(xué)效果等方面起著非常重要的作用。

[1]白菊蓉.Multisim在電路分析系列課程教改中的應(yīng)用[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報,2011年S1期.

[2]黃荷英.基于Multisim電子仿真軟件的電路設(shè)計與研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012年16期.

[3]陳俊英.基于Multisim的“自動控制原理”課程仿真實驗研究[J].實驗室科學(xué),2012年03期.

[4]程勇.實例講解Muhisim 10電路仿真［M］.人民郵電出版社,2010.

本文系天津財經(jīng)大學(xué)2013年校級教學(xué)研究與改革項目 “虛擬實驗在實踐教學(xué)中的應(yīng)用研究-以《電路》課程實驗教學(xué)改革為例”的研究成果。

本文系天津財經(jīng)大學(xué)2013年校級教學(xué)研究與改革項目"虛擬實驗在實踐教學(xué)中的應(yīng)用研究-以《電路》課程實驗教學(xué)改革為例"的研究成果。