基于Multisim仿真的電路分析基礎課程改革

吳晶晶　薛琳　章學靜

摘 要 Multisim是一款擁有非常豐富功能的電路仿真軟件。將其引入到電路分析基礎課程的課堂教學，不僅能夠有助于學生形象的理解和領會該門課程中的相關知識點，而且使學生易于將理論與實際應用相聯系，激發學習興趣和動力。

關鍵詞 Multisim 仿真 電路分析基礎課程 課堂教學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.01.049

0引言

電路分析基礎課程是高校電子信息類專業的一門重要的專業基礎必修課。這門課程不僅概念較多，而且與工程實踐聯系密切，同時又是電子信息工程、電子信息科學與技術、通信工程等專業的學生學習的第一門專業基礎課，所以學生在學習時會覺得比較抽象，不能很好的理解和掌握其中的基本概念和基本理論。因此，如何能高效的利用課堂時間使學生迅速掌握基本理論以及運用基本方法解決問題成為該門課程改革需要研究的一個重要問題。①

1 Multisim特點

隨著計算機技術的飛速發展，各種電路仿真軟件不斷出現，Multisim便是其中一款。它是一個專門用于電子線路仿真與設計的EDA（電路設計自動化）工具軟件，Multisim的前身是EWB（Electronics Workbench）軟件，是美國國家儀器公司下屬的Electronics Workbench Group推出的以Windows為基礎的交互式Spice仿真和電路分析軟件，專用于原理圖捕獲、交互式仿真、電路板設計和集成測試。

Multisim具有直觀的圖形操作界面、龐大的數據庫和強大的仿真能力。用Multisim軟件進行電子電路設計，繪制電路仿真所需的測試儀器和所需的元器件均可直接拖放到屏幕上，軟件儀器的操作方式和控制面板都與實物相似，測量波形和數據與真實儀器完全一致，且不受元器件種類、數量和測試儀器的限制。從搭建電路到仿真分析，可以使設計與實驗同步，一邊進行設計一邊仿真，隨時調試修改，十分方便。②

2 Multisim改進傳統課堂教學模式

電路分析基礎課程是一門重要的理論聯系實際的課程，該門課程的授課離不開電路，如何分析電路中各條支路或各個元件的電流電壓是電路分析基礎課程的核心內容。目前在授課過程中，教師或采用板書、或采用多媒體課件進行授課，學生看到的僅僅是一張張靜止不動的電路圖，如果能讓學生看到真實的電路運行，將十分有助于學生對該門課程講授課程的理解。但是，將每一個電路都制作成電路板不僅將耗費大量的人力物力，不利于多個教師在同一時間為不同班級上課，而且若電路中的任意參數發生變化，則整個電路將需重新制作。

因此將Multisim仿真軟件引入課堂教學，在進行理論課堂教學時，教師可以事先用Multisim仿真軟件設計好電路，利用教室里的多媒體設備向學生展示電路運行時的狀態和結果，還可以根據需要靈活地改變電路中的各種參數。這樣可以使學生更加形象具體的認識到電路的運行狀態，進而對基本電路分析理論和方法有了直觀的認知，同是也使學生了解電路中各個參數的測量方法，提高電路分析基礎課程的課堂教學效果。

3 Multisim仿真在教學中的應用

通過以下兩個案例來介紹Multisim仿真軟件在電路分析課程中的應用。

3.1 戴維南定理驗證

戴維南定理是電路分析基礎課程中的重要定理之一，它不僅提供了一款等效電路模式，同時還提供了一種通過“化簡電路”來分析電路的方法。本文所設計的戴維南定理驗證電路如圖1所示，其中圖1a是原始電路，圖1b是ab左端是相對電阻RL的戴維南等效電路（圖中僅對ab左端的電路進行等效化簡）。圖1右側所示電路萬用表界面所示的是電阻RL的電壓電流測量結果。對比圖1a和1b可知，兩電路中電阻RL上的電壓電流值相等。由此可見，戴維南定理成立。

3.2 一階電路（實驗一RC電路）

一階動態電路是指由一個儲能元件電容或電感和若干個電阻元件組成的電路。它是由一階常系數微分方程描述的。由一個電阻和一個電容以及一臺信號發生器串聯而成的典型一階電路如圖2所示。其中圖2a與圖2b所示電路結構相同，僅有電阻R1阻值不同，圖2a中電阻R1阻值為10K ，圖2b中電阻R1阻值為2K 。該一階電路中電容C1兩端電壓為

其中Us是信號發生器所輸出信號的幅值。其時間常數 =RC， 越大，衰減越慢；反之， 越小，衰減越快。當電容C的電容量固定時，僅改變電阻R的阻值，可以使得 值不同。本文所設計的RC一階電路如圖2a和圖2b所示，是為一個電阻和一個電容串聯而成的電路，信號發生器提供頻率為20Hz，最大值為5V的方波。通過時間常數的計算公式可知，圖2a中

圖2a和圖2b中右側的波形分別為信號發生器輸出波形（方波）和電容C1兩端的波形（曲線）。由波形圖可以明顯發現圖2b中 值小于圖2a。

以上兩個例子可以看出，利用Multisim軟件進行電路設計并仿真結果，可以幫助學生形象直觀的了解理論知識，并可以很容易的加以驗證，縮短學習電路分析相關知識所需要的時間。

4結束語

教學實踐證明，在電路分析基礎的課堂教學中引入Multisim仿真軟件，在以板書和多媒體工具講授理 論知識的同時配以實時的仿真演示，能夠取得較好的教學效果。Multisim仿真演示不僅加強了學生對電路分析基礎理論知識的理解和掌握，還可以激發學生的學習熱情，是提高電路分析基礎課堂教學效率的有效辦法，也是該門課程改革的有效手段。③

本文系北京聯合大學教育教學研究與改革項目《“電路分析基礎”課程教學方法改革與實踐》（項目編號：JJ2015Q023）研究成果

注釋

① 俎云霄，李巍海，張軼.Multisim在電路分析基礎課程教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2010（15）：28-30.

② 黃荷英.基于Multisim電子仿真軟件的電路設計與研究[J].現代電子技術，2012.35（16）：33-36.

③ 白菊蓉.Multisim在電路分析系列課程教改中的應用[J].西安郵電學院學報，2011.16（S1）：93-96.