Multisim仿真軟件在“模擬電子技術(shù)”課程中的應(yīng)用

蔣 誠

(無錫太湖學(xué)院，江蘇 無錫 214100)

0 引言

“模擬電子技術(shù)”課程是電子信息、通信、自動化等工科專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，該課程與電路理論、數(shù)字電子技術(shù)簡稱“三電”，其中“模擬電子技術(shù)”課程常被學(xué)生被認(rèn)為是3門課程中最難的一門，入門難、理解難和實踐難。在這種心理下，很多學(xué)生在課程開始時就失去興趣，導(dǎo)致最后難以通過該課程的考核。

“模擬電子技術(shù)”課程以介紹常用半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、原理和特性為主，并在此基礎(chǔ)上著重闡述半導(dǎo)體器件構(gòu)建的模擬電子電路的基本組成、工作原理和分析方法[1]。其先修課程是“高等數(shù)學(xué)”“大學(xué)物理”“電路理論”等，在這些先修課程的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步系統(tǒng)學(xué)習(xí)模擬電子電路的基礎(chǔ)理論知識和實踐應(yīng)用[2]。本門課程的主要內(nèi)容以基本半導(dǎo)體器二極管、三極管和場效應(yīng)管為基礎(chǔ)，構(gòu)建并分析常用模擬電子電路的基本原理和輸入、輸出特性。

此課程的教學(xué)目標(biāo)：(1)使學(xué)生獲得電子技術(shù)方面的基本理論；(2)獲取基本知識和基本技能；(3)培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，集中安排實踐環(huán)節(jié)，電子技術(shù)實驗A(48學(xué)時，包含模擬電子技術(shù)實驗、數(shù)字電子技術(shù)實驗和電子技術(shù)綜合設(shè)計課題)，進(jìn)一步提高學(xué)生分析問題及解決問題的能力，為以后深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)某些領(lǐng)域中的內(nèi)容及其專業(yè)應(yīng)用打好基礎(chǔ)。

但在集中安排的實踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生只是在實驗箱上機(jī)械地按照實驗指導(dǎo)書接線、測量以及記錄數(shù)據(jù)，難以克服理論課程的弊端。因此，在教學(xué)過程中，可引入相應(yīng)的電路仿真軟件將難以理解的知識生動形象地展示出來，增強學(xué)生對理論知識的理解認(rèn)識。

1 Multisim簡介

Multisim是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作，包含電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有強大的仿真分析能力[3]。Multisim中具有豐富的元器件庫，元器件的管理形式呈開放式，學(xué)生能夠根據(jù)地電路的需求添加相應(yīng)的元器件。Multisim仿真軟件的基礎(chǔ)是正向仿真，為學(xué)生提供了一個軟件平臺，學(xué)生可在硬件實現(xiàn)之前利用Multisim對電路進(jìn)行觀測及分析。

2 運算放大電路的教學(xué)

2.1 理論教學(xué)

通常情況下，輸入級、中間級、輸出級、偏置電路4個部分組成集成運算放大器的內(nèi)部電路。運算放大器質(zhì)量的好壞由輸入級決定，要求輸入電阻高，減少溫度及干擾信號的影響。中間級主要進(jìn)行電壓放大，提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。輸出級與負(fù)載連接，要求其輸出電阻低，帶負(fù)載能力強，輸出足夠的電壓和電流以滿足負(fù)載的需要。偏置電路為上述各級電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定靜態(tài)工作點。

2.2 用Multisim進(jìn)行電路分析

當(dāng)運算放大器開環(huán)放大倍數(shù)足夠大時(104以上)，反相比例放大器的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：

電阻RF、R1選用不同值時，Auf可以大于1，也可以小于1，若RF=R1，Auf=-1，表明放大器的輸出電壓等于輸入電壓的負(fù)值，稱此運算放大器為反相跟隨器。反相比例放大器的仿真圖及各元件參數(shù)如圖1所示。

圖1 反相比例放大器(直流信號)

圖1所用的運算放大器為LM741，LM741是一種應(yīng)用廣泛的通用型運算放大器，其特點有：(1)不需要處理頻率補償；(2)輸入有過壓保護(hù)；(3)輸出有過載保護(hù)；(4)無阻塞和振蕩現(xiàn)象。電路中各元件參數(shù)一定時，直流輸入信號分別取值0.3，0.5，0.7，1.0，1.1，1.2時對應(yīng)的輸出電壓的結(jié)果：理論計算值為：-3，-5，-7，-10，-11，-12；實際測量值為：-2.987，-4.987，-6.987，-9.986，-10.986，-11.118；實際放大倍數(shù)為：-9.96，-9.97，-9.98，-9.98，-9.98，-9.265。

在該比例放大器的輸入端加入1 kHz，有效值為0.5 V的交流信號，可用示波器觀察輸出波形，電路仿真圖如圖2所示。

圖2 反相比例放大器(交流信號)

在輸入信號為1 kHz、有效值為0.5 V的交流信號下，R1=10 K、RF=100 K的條件下，輸入輸出波形如圖3所示。

圖3 輸入輸出波形

通過Multisim仿真軟件對模擬/數(shù)字電路進(jìn)行仿真，除了能讓學(xué)生對理論知識理解得更加透徹外，還能讓學(xué)生掌握得更加牢固，為后續(xù)學(xué)習(xí)過程中解決相應(yīng)問題打下基礎(chǔ)，也可提高學(xué)生分析、解決問題的能力，同時鍛煉其動手操作能力。

3 結(jié)語

針對無錫太湖學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)的應(yīng)用性，在“模擬電子技術(shù)”的教學(xué)中引入仿真軟件的教學(xué)手段，將抽象、枯燥的知識點生動形象地展示在學(xué)生面前，讓學(xué)生在教學(xué)中的主體地位得到了充分體現(xiàn)，其對課程的知識體系有了比較宏觀的認(rèn)識，弱化了學(xué)生對“模擬電子技術(shù)”課程的畏難心理；進(jìn)一步鍛煉學(xué)生運用理論知識解決實際問題的應(yīng)用能力，以滿足應(yīng)用型人才的目標(biāo)要求。