MultiSim進行電子電路設計的教學研究

摘要：電子類專業開設的電子技術課程是一門實踐性很強的課程，電子電路的設計與分析是其中必不可少的重要環節。在實踐環節，往往是學生在實驗室根據給定的電路圖，選擇元器件搭建實驗電路。隨著我國電子技術與計算機技術應用的不斷發展，推動了電子電路分析與設計的變革，越來越多電子設計自動軟件投入使用。Multisim 仿真軟件的應用，為高校電子電路實驗教學提供了全新平臺，克服了以往實驗教學中存在的弊端或不足，克服了主觀與客觀不利因素，同時仿真軟件在實驗教學中的應用，也突破了時間與地點的限制，學生可以在任何時間、任何地點使用軟件進行實驗學習，學生還可以根據不同的實驗要求，融入個人的思路和觀點，調整元件參數，進而獲得更直觀、更真實的實驗數據，樹立學生在實驗學習中的主體地位，提高學生探究能力與思維能力。因此，Multisim 仿真軟件在電子電路實驗教學中的應用，具有重要價值。

關鍵詞：Multisim仿真軟件;電子電路;實驗教學

《電子電路設計》是高等學校工科弱電專業的一門專業技術課。通過該課程的學習使學生掌握電子技術職業崗位所需的專業基礎理論和電子裝接、電子產品生產管理、PCB設計制作及微控制器應用等專業技能，具有電子產品的生產裝配、調試檢驗、安裝維修等較強實際應用能力，從事電子產品的生產、設備維護、生產管理、技術開發、營銷服務等崗位工作。隨著電子技術的發展，電子元器件的種類越來越多，集成度越來越高，所設計電路的復雜程度也相應提高，而電子產品的更新周期卻越來越短，因此，傳統的電子電路設計模式就會暴露出許多的局限性：經濟與效率的局限性。傳統的設計方法除了設計周期過長以外也不經濟;教學效果的局限性：傳統的教學模式通常是用板書方式向學生講解原理部分，不能進行仿真教學，效果較差;學生自主學習的局限性：傳統的實物設備較笨重，學生只能在課堂上接受知識，不能像仿真教學，設計電路可以裝在電腦中，學生隨時帶到任何一個地方，方便自主學習;實驗安全的局限性：專業課程教學中，有時候需要進行故障模擬實驗，例如電子電器中的極限電壓實驗、電子制作完成后加電實驗、電器故障模擬實驗等。這些實驗有些將破壞實習件，有些具有安全隱患，由于目前在國內這一課題的研究并不深入，主要是職業院校的一線教師，尤其是電類專業老師在該領域做了一些教學研究，從理論的深度、實踐的廣度上都是很有限的，因此目前也未取得整體的效果。

一、概述

Multisim 是一個原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件，可實現原理圖捕獲、電路分析、電路仿真、仿真儀器測試等功能;界面設計人性化、操作簡潔明了、元件庫規模龐大、儀器儀表庫種類齊全（包括函數信號發生器、示波器、邏輯分析儀等）、分析功能強大（包括直流工作點分析、交流分析、噪聲分析等）。Multisim 仿真軟件主要應用于電路設計、測試與分析的仿真模擬中，其中涉及到電路模擬、電路自動控制原理、微機接口電路等若干方面。首先，在該仿真軟件中，含有較為豐富的元件庫，可滿足于不同條件、不同要求的數據實驗，與真實儀器的使用相似性較高;其次，在仿真軟件中內置若干RF 組件模型、元器件等，便于學生根據實驗要求自行編程或者設計元器件;再次，Multisim軟件的電子分析方法趨向多元化，包括參數掃描分析、傅里葉分析、瞬態分析等，還可滿足直流電壓表、直流電流表、信號發生器、瓦特表、數字萬用表、失真分析儀等真實儀器的操作功能需求，應用范圍十分廣泛。

二、Multisim功能與特點

Multisim，是一個原理電路設計、電路功能測試的虛擬電路仿真軟件。它可以虛擬設計測試和演示各種電子電路（電工學、模擬電路、數字電路等），能夠進行詳細的電路分析功能，以幫助設計人員分析電路的性能，是電路設計中必不可少的軟件，它的主要特點有：

（1）Multisim 的元器件庫提供數千種電路元器件供實驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數可以從生產廠商的產品使用手冊中查到，因此也很方便的在工程設計中使用。

（2）Multisim 的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、函數信號發生器、雙蹤示波器、直流電源;而且還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等。

（3）Multisim 具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態分析和穩態分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，可以幫助設計人員分析電路的性能。

三、Multisim 電子電路實驗教學中的運用

電子電路實驗教學中應用Multisim 軟件，其可操作性較強，不需要教師或者學生掌握計算機控制語言、計算機輸入及輸出指令等專業的知識基礎，也不涉及到電子電路圖的程序編寫，既簡單易操作，也與真實的實驗環境相接近。只需要將事先設計好的虛擬儀器、虛擬電子元件等放置到Multisim 軟件的電路設計窗口即可操作，利用節點將虛擬元器件和儀器儀表的測量接口相連接，就能通過虛擬儀器儀表獲得波形、參數等重要實驗數據。具體操作步驟，分析如下：使用Multisim 仿真軟件， 包括四大步驟：①創建與實驗要求相符的電路圖;②選擇合適的仿真分析方法;③啟動Multisim 仿真軟件;④處理經過仿真實驗獲得的相關數據。首先， 將Multisim 仿真軟件打開之后，創建一個符合實驗要求的仿真電路圖;其次，在軟件界面左邊的“元件工具欄”中選擇需要使用的元器件，在軟件界面右邊的“儀表工具欄”中選擇需要使用的儀表;在“放置欄”中選擇恰當的連接點，確定連接位置，利用導線將第二步選擇的元器件、儀器儀表等與連接點連接;再次，對元器件及儀器儀表的位置進行調整，啟動仿真軟件，獲得仿真實驗結果。最后，針對不同實驗的要求，可以選擇直流工作點或交流工作點為主要分析方法：①直流工作點分析。在軟件的任務欄中，分別選擇“Simulate → analyse → DC OperationPoint”，此時工作窗口彈出，在窗口選擇需要設置的輸出直流仿真量，選定后點擊“Simulate”，則獲得仿真結果;②交流工作點分析。在軟件的任務欄中，分別選擇“Simulate → analyse → AC Analysis”，打開工作窗口，選擇需要設置的輸出交流仿真量，選定后點擊“Simulate”，則獲得電路的交流仿真結果。利用Multisim 仿真軟件，將電子電路實驗中涉及的虛擬儀器、儀表、數據等直觀地展現出來，學生能夠快速、直觀、完整地觀察實驗過程，有利于對知識點的掌握和理解。

四、課程教學特點

1、明確工作任務。教師上傳微課視頻至“超星學習通”平臺，并發布學習任務。學生觀看微課視頻，明確三人表決器電路的電路功能、通電檢測正確的效果及通電檢測步驟;每位學生完成工作頁課前導學部分并上傳到“超星學習通”在線學習平臺;

2、制定工作方案。教師展示選秀視頻，激發學生的創作興趣。引導學生從產品的功能和技術要點等方面討論如何制作該電子產品。教師引導學生確定初步工作思路，明確工作具體要求，實施任務按實際工作崗位分工。本次任務設置資料員、設計師、繪圖員、采購員、質檢員、項目負責人等工作崗位。小組制訂工作計劃，討論電路制作方案，明確分工安排及工作崗位職責。

3、優化工作方案。教師指導學生完成邏輯電路圖的繪制，點評各小組的設計方案，總結出現的問題和提出修改意見。記錄各小組用Multisim軟件仿真演示的結果，對仿真結果正確的小組進行鼓勵，并肯定該組的成績。指導學生完成電路接線圖的繪制。根據各小組繪制出的電路圖，選擇最佳的設計方案。課程資源設備全，以學生為中心，教學做合一;教學評價多元化，評價過程與結果結合，線上與線下結合，定

性與定量結合，自評與他評結合;教學效果好，學生參與度高，學習目標達成度高，教學滿意度高;成果轉化快，學生通過此次學習任務，掌握故障排查的技巧，可用于簡單電子產品的維修。

4、教學效果好。本次課程任務教學以學生為中心，做學教合一，依據問卷星統計得到的學生教學過程參與度、學習目標達成度、教學效果滿意度數據，綜合課中學生電路功能調試的結果以及填寫的工作頁的反饋信息，本次課教學效果良好，學生學有所得。

總之，通過在電子電路實驗教學中應用Multisim 仿真軟件，學生對實驗的參與和學習興趣高漲，極大增強學習主動性和積極性，課堂學習氛圍濃厚。因此，通過Multisim 軟件，節省了仿真實驗的時間、降低了成本、提高了教學質量，同時學生的綜合分析能力、思維發散能力、創新思維能力都有所提升，有利于實現了培養應用型人才的目標。

參考文獻

[1] 趙淑范， 王憲偉. 電子技術實驗與課程設計[M]. 北京：清華大學出版社，2019.

作者簡介：李勇? 1993年8月28日，男? ，河北省衡水市?? 漢族? 本科?? 天津華寧電子有限公司，職稱：助理電氣工程師

研究方向：電氣設計、電子電路設計相關方向