Multisim10在醫學電子學教學中的應用

周洪練　夏仁江

【摘 要】本文介紹了在醫學電子學教學中引入Multisim 10仿真軟件的必要性。以共射極單管放大電路和RLC諧振電路為例研究了Multisim 10在醫學電子學教學中的應用，說明Multisim 10仿真軟件是化解教學難點、提高教學效果的重要教學輔助工具。

【關鍵詞】Multisim10；醫學電子學；仿真

醫學電子學是醫學信息工程、醫學影像技術等專業的一門專業基礎課，是應用電子技術解決生物醫學工程中問題的一門交叉學科，教學內容涵蓋了理工科院校多門電子學課程的相關知識，而且它又有別于理工科的電子學課程。通過學習，可以提高學生運用電子學技術來解決生物醫學中相關事情的能力[1-2]。

1 Multisim10仿真軟件引入醫學電子學教學的必要性

醫學電子學課程由理論課和實驗課兩部分組成，課程內容主要包括電路基礎、模擬電子技術和數字電路三部分。該課程的很多重點教學內容抽象、難懂，成為教學難點，目前理論課的主要教學手段是利用傳統教學與幻燈片結合在課堂上完成，不能實時、動態顯示電路的功能，對復雜的內容，教師難于講解，學生不易接受。隨著計算機仿真技術的發展，利用計算機構造一個虛擬的實驗環境，通過建立電路、設定參數、自動建立電路方程并計算結果，最后以圖形和動畫的形式將電路功能表現出來，可達到與傳統實驗的效果和目的，大大增強教學效果[3]。這類仿真軟件很多，現在比較流行的仿真軟件有Matlab、Orcad/Pspice、Multisim和Protel等。在眾多的電路仿真軟件中，Multisim是最容上手的。multisim10屬于較新的版本，具有界面直觀、操作簡單等優點。將Multisim10引入教學，對于幫助教師課堂上闡述、驗證醫學電子學的基本原理以及學生深入理解概念和掌握規律有著重要作用[4]。將Multisim10軟件引入到理論課教學中，對電路進行仿真，使學生很直觀的看到由于參數變化引起的電路各項指標的變化，使課堂教學變得形象、直觀，學生易于理解，化解了教學難點。學生可以在業余時間利用Multisim10仿真軟件設計各種電路并判斷電路的可行性與結果，仿真驗證正確后，再進行實物的設計，可以有效提高效率，避免浪費。

2 Multisim10軟件簡介

Multisiml0仿真軟件是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬、數字電路板的設計工作，它含了電路原理圖的圖形輸入，電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，作為專業的應用軟件，它具有以下功能特點[5-6]：直觀的圖像界面、豐富的元件庫、強大的分析功能、高效的“實時仿真”模式。由于 Multisim10具有以上特點，被廣泛應用于電子類課程的輔助教學，成為提高電子類課程教學效果的重要工具。

3 應用思路

教師在備課時根據教學內容提前設計仿真電路，在理論課和實驗課上進行傳統教學、幻燈片教學的同時，在必要時刻將Multisim10軟件仿真教學穿插到教學中，把三種教學手段有機結合起來，達到最佳的教學效果。由于Multisiml0具有界面直觀、操作簡單等優點，學生完全可以通過自學掌握該軟件的使用方法并加以應用。教師在上第一次課時就將Multisiml0安裝包包拷貝給學生讓學生自行安裝，要求學生利用課余時間自學該軟件，掌握其使用方法并會設計簡單電路。

4 Multisiml0在醫學電子學教學中的應用

4.1 Multisiml0在醫學電子學課堂教學中的應用

醫學電子學中戴維南定理、RLC諧振電路、共發射極放大電路、負反饋放大電路等重點教學內容都很抽象、復雜，因而成為教學難點。下面就以共發射極放大電路為例介紹Multisiml0在醫學電子學課堂教學中的應用。

教師在利用傳統教學和幻燈片講解完共發射極放大電路的靜態工作點、放大倍數、輸入電阻、輸出電阻后，打開如圖1所示的仿真電路并進行仿真，通過投影儀把仿真結果展示給學生看。

圖1 共發射極放大電路的仿真電路

圖2 靜態工作點仿真結果

4.1.1 設置靜態工作點

4.2 Multisiml0在醫學電子學實驗教學中的應用

醫學電子學實驗是培養學生基本技能的重要環節，是實踐能力培養的重要手段，為學生以后學習專業課程奠定必要的實驗基礎。我校醫學電子學課程開設有：電路元器件伏安特性的測繪、RLC串聯諧振電路、整流濾波電路、共發射極放大電路四個實驗項目。下面就以實驗電路比較簡單，學生能比較容易的搭建電路的RLC串聯諧振電路為例介紹Multisiml0在醫學電子學實驗教學中的應用。在開設此實驗前一周，要求學生利用仿真軟件按照實驗講義預做實驗并記錄仿真結果。教師在講授完實驗目的、原理、實驗步驟等內容后，將提前設計仿真電路進行仿真，把仿真結果展示給學生看后才讓學生進行實物實驗。學生可以將自己的仿真結果與老師的仿真結果進行比較，實物實驗完成后還可以將實物實驗數據、仿真數據與理論值進行對比，驗證仿真數據、實驗數據的正確性。

4.2.1 測定諧振頻率與品質因數

4.2.2 繪制幅頻特性曲線

幅頻特性曲線是在信號源電壓值不變的情況，電路中的電流隨頻率變化的規律。在輸入信號的電壓值為1V不變的情況下，在13kHz-23kHz之間取11個值對電路進行仿真，用萬用電表測出各個頻率值相對應的電流值如表1所示。

由表1所示仿真數據看出隨著信號頻率的增加，輸出電阻R上的電流先增大然后減小，在輸入信號頻率為17.9kHz時輸出電流最大，說明這一頻率點電路發生了諧振。利用表1所示的數據可以繪制幅頻特性曲線。

通過上述兩個實例可以看出把Multisim10仿真軟件引用到醫學電子學教學中，夠讓學生形象、直觀的理解教學重點并化解教學難點，激發學生學習興趣，提高教學效果。

【參考文獻】

[1]張立平，金成，薛儉雷，張淑榮，王曉東.激趣與仿真實效—關于醫學電子學多媒體教學的思考[J].黑龍江生態工程職業學院學報，2010，23（9）：103-104.

[2]甘平.提高醫學電子學教學質量的探索[J].醫學教育探索，2006（9）：829-830.

[3]黃耀庭.multisim在《醫用電子技術》教學中的應用[J].科技信息，2009（23）：118-119.

[4]周愛華.Multisim10在電工電子設計性實驗中的應用[J].重慶電子工程職業學院學報，2010，19：（2）.165-166.

[5]蔣先偉，魯世斌.Multisim10在模擬電子技術教學中的應用[J].合肥師范學院學報，2014，32（3）：83-85.

[6]沙春芳.multisim10在模擬電子技術教學中的應用[J].現代教育裝備，2011（3）：125-126.

[7]高翠霞.醫學電子學基礎[M].北京：人民衛生出版社，2005：36.

[責任編輯：楊玉潔]