Multisim在电子线路系列实验课程中的应用

[摘 要]电子线路类实验课程是电类专业学生创新实践能力培养的重要平台。在电类实验课程中按照课程的开设顺序及难度由浅入深的引入Multisim软件，根据实验课程的内容不同，制定出仿真软件不同的角色和使用方法。将仿真软件贯穿于整个实验课程体系的学习过程，让学生对电子线路系列实验课程融会贯通，形成体系，这在实际中取得了良好的效果。

[关键词]电类实验课；Multisim；虚拟实验室

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）06-0015-03

电子线路系列实验课程是电子信息类专业的专业基础实践类课程，是培养电子工程师的重要基础，是培养学生工程实践能力的重要途径之一。当前，在电子线路系列实践课程的教学中存在的主要问题是实验课时短、涉及内容多、课程跨度长，这导致学生反映课程难学，不能将所有课程连成一个体系，理论联系实际能力差，实验过后印象不深。针对这一实际问题，西安邮电大学在电子线路系列实验课程中引人Multisim仿真软件，按照课程体系的由易到难，由简单到综合，利用仿真软件进行不同难度，逐级深入的配套虚拟实验。这样Multisim就能贯穿整个实验课程教学过程，使原先孤立的实验课程形成一个体系，让学生对整个课程体系融会贯通。

一、Multisim的主要功能和特点

Multisim仿真软件是美国国家仪器公司（NI）推出的以Windows为基础的电路仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它可以实现原理图的绘制、电路分析、电路仿真以及虚拟仪器测试等应用。Multisim的电路设计与仿真平台界面友好、直观、操作方便，并且包含众多的元器件和标准化的虚拟实验测试仪器。利用Multisim可以很简单地搭建电路原理图，并对电路进行仿真；Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。

通过Multisim，学生能很方便地创建一个自己的虚拟实验室，无论在课内还是课外，都能进行自己感兴趣的实验，并且由于软件仿真的直观性，学生能更容易地搭建电路和调试电路。

二、电子线路系列实验的课程体系研究及仿真软件的使用

西安邮电大学电工电子实验教学部承担全校的电类实验基础课，包括电路基础实验、模拟电路实验、数字电路实验、高频电路实验、开放式电子电路实验。根据实验课程的内容和难度，我们将实验课程分成验证性实验、简单设计性实验、综合性实验和设计性实验，对不同的课程，将仿真软件的角色具体化，并且由浅到深，由易到难，根据课程性质，安排不同的配套Multisim虚拟实验课程。实验课程性质分类及仿真软件的使用方法如图1所示。

（一）验证性实验

对于验证性实验，在实验内容中一般会给出实验电路图，在实验过程中涉及的实验内容主要包括实验仪器的操作，一些电路参数测试以及对基本定理的验证等。这类实验主要包括电路基础实验和模拟电路实验。这类实验的学生是多数是第一次接触实验室的实验元器件和实验仪器，通过教师的讲解他们并不能切实掌握全部实验要点。所以，在实际操作过程中，他们比较容易犯错。学生实验中的难点主要集中在学生对实验仪器不熟练，在电路搭建方面容易出现错误，实验内容中的注意事项太多，容易顾此失彼。由于Multisim具有良好的操作界面，在搭建电路时所见即所得，学生基本上不会出现错误，并且Multisim上的虚拟仪器和实际仪器的使用相似，而界面更加直观好用，非常适合初学者对一些电路基本参数的测试和一些概念的理解。所以针对验证性实验，要求学生在实验的预习阶段就利用Multisim软件对先对电路进行仿真和进行理论值的计算。通过这样的过程，学生对实际仪器的使用和操作更容易理解和掌握，另外在理论值的指导下，学生在实际测量中也更容易发现在电路搭建中出现的问题，这能提高学生的电路故障排除能力。

（二）简单设计性实验

在数字电路实验中，教师一般是给出逻辑功能或者状态轉移图后，让学生利用分立元器件在实验箱上实现相应的功能。在进行数字电路实验时，学生一般都已经完成了电路实验和模电实验的学习，学生对简单电路有一定的分析和故障查找能力，但是对复杂电路会缺少头绪或者耐心不足。而在数字电路实验中，由于实验时间紧，连线很多，如果电路出现故障，学生在调试时往往速度会非常慢，或者无从下手，不知道如何调试，只能一遍一遍地重新搭建电路，这样就导致实验内容经常完成不了，效果不好。针对此问题，在数字电路实验中，教师应要求学生在实验预习阶段提前使用Mulitsim软件对设计的电路图进行仿真，在仿真阶段确保电路原理上正确。此外，在实际调试中，学生根据仿真结果的中间信号的状态，可以很好地定位出电路的故障，进行相应的整改。

（三）综合性实验

在高频实验中，学生一般在实验板或者实验箱上进行操作。在实际实验过程中，学生能根据步骤一步一步地进行测试得到实验结果，而一旦实验板出现故障，学生就束手无策，或者是会测试出一堆完全错误的实验结果，这样学生对电路的分析和理解效果有限，得不到实验应该有的效果。针对这种现象，我们把高频实验板或实验箱的一些重点电路取出来，只给学生一些电路结构和部分元件参数，而这些重点部位电路要求学生在实验前先在Multisim上进行仿真，借助仿真软件的高度灵活性，对电路正常工作时参数的取值范围有认识。这样的过程，能加强学生对电路的分析和理解能力。

（四）设计性实验

开放式电子电路实验作为设计性实验，要求学生根据给定的指标要求来进行电路设计，这时候Multisim的计算机辅助设计功能就可以为学生提供一个很好的设计平台。学生根据指标对电路进行分析，给出初步的电路图，然后利用Multisim仿真工具进行仿真测试，如果设计的电路图达不到设计要求，则对电路进行反复修改，直至电路能够达到实际的指标要求。最后将仿真得到的电路在实际的电路板上实现并进行测试，其具体的实验流程如图2所示。

三、使用Multisim的实验教学实例

开放式电子電路实验中的一个设计任务为放大器的设计，其具体要求是采用分立元器件设计个放大电路。其基本要求为：信源内阻为200kΩ；输入信号频率范围为20Hz

四、结语

西安邮电大学电工电子实验教学部在电子线路系列实践课程中引入EDA设计工具Multisim软件，根据课程的内容和性质，按照验证性实验，简单设计性实验，综合性实验，设计性实验的开课顺序，由简入深的深化仿真软件的使用，随着课程的逐渐深入，学生对仿真软件的应用会越来越熟练，对电路的理解和分析能力也会逐渐增强。通过这一系列实验课程的学习，学生的实践创新能力也会得到提高。

[ 参 考 文 献 ]

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[特约编辑：张 雷]