隨著科學技術的飛速發展, 現代教學手段的不斷進步, 課堂教學的理念也在悄然發生著變化。從早期教學中注重培養學生理論知識, 逐漸過渡到了現在教學中注重培養學生對基本工程概念的興趣和動手實踐的能力。而如何無縫地從理論學習過渡到實踐環節成為了擺在老師面前的問題。
目前, 在模擬電子技術實驗教學方面, 國內多數高校仍主要采用實物元器件進行硬件連線測試, 大多數采用面包板或者各種現成的實驗箱。這種傳統的實驗方式由于受實驗室條件的限制, 在給學生開設一些擴展型、設計型以及綜合型實驗時將會遇到困難, 特別是新器件, 新設備價格昂貴, 一般院校的實驗室更是無法承受。
隨著電子設計自動化 (EDA) 技術的發展, 出現了利用“虛擬儀器”、“虛擬器件”在計算機上進行電子電路設計和實驗的新方法。目前, 在這類仿真軟件中, “虛擬電子實驗臺”——Multi Sim較為優秀, 其應用逐步得到推廣。這種新型的虛擬電子實驗技術, 在創建實驗電路時, 元器件和測試儀器均可以直接從屏幕圖形中選取, 而且軟件中的測試儀器的圖形與實物外形基本相似。利用Multi Sim仿真軟件進行模擬電子技術教學, 不僅可以彌補實驗儀器、元器件短缺以及規格不符合要求等因素, 還能利用軟件中提供的各種分析方法, 幫助學生更快、更好地掌握教學內容, 加深對概念、原理的理解, 并能熟悉常用的電子儀器的測量方法, 進一步培養學生的綜合能力和創新能力。
1 Multisim簡介
Multisim是加拿大圖像交互技術公司 (Interactive Image Technoligics簡稱IIT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。它包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。
使用Multisim可以交互式地搭建電路原理圖, 并對電路行為進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容, 這樣使用者無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計, 這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術, 學生可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。
2 用Multi Sim進行虛擬實驗的方法
2.1 構造和測試電路分為以下幾個步驟
(1) 根據實驗內容從元件庫選擇元件放到工作區;
(2) 將工作區中的元件按照電路布局進行放置, 用導線將元件連接起來, 并設置好元件參數和模型;
(3) 在電路中需要觀測的節點放置、連接電壓、電流表計和示波器、信號發生器等觀測儀器;
(4) 根據測試要求設定儀器參數, 進行電路仿真、觀測。
2.2 電路仿真運行
電路創建完畢, 點擊“運行”開關后, 就可以從示波器等測試儀器上讀得電路中被測數據。整個仿真運行過程可分成以下幾個步驟。
(1) 數據輸入:將已創建的電路圖結構、元器件數據讀入, 選擇分析方法;
(2) 參數設置:檢查輸入數據的結構和性質, 以及電路中的闡述內容, 對參數進行設置;
(3) 電路分析:對輸入信號進行分析, 形成電路的數據值解, 并將所得數據送至輸出級;
(4) 數據輸出:從測試儀器如示波器或萬用表等上獲得仿真運行的結果。也可以從“分析”欄中的“分析顯示圖”看到測量、分析的波形圖。
3 用Multi Sim進行實驗的應用
單管共射極放大電路是模擬電子技術課程教學中最常見的一個電路, 我們就以它為例來進行仿真實驗的應用分析。單管共射極放大電路電路圖如圖1。這是一個交流放大倍數為2倍的電路。
第一步, 放置三極管。點擊工具欄上的三極管按鈕, 從三極管菜單里找到2N2222這個三極管 (也可以直接輸入型號) , 鼠標雙擊即可選中該三極管到原理圖中進行放置。如圖2所示。
使用同樣的方法選取相應的電阻、電容, 放置到電路原理圖中。電阻值和電容值可在選取完之后, 雙擊某個電阻或電容, 選中默認的Value標簽進行更改。
第二步, 放置電源。電源欄分為幾類, 一般用到的是直流電壓源和信號電壓源, 也有其他信號源, 例如電流源。這里我們需要選擇一個直流電壓源VCC (需要更改電壓值為12V, 更改方法和電阻一樣, 需要切換到Value標簽) , 一個交流信號源 (幅值, 偏置電壓, 頻率等參數在雙擊該信號源后進行設置) 和一個模擬接地圖標。選擇方式和電阻電容一樣。
放置好之后, 整個電路器件齊全了, 在左側的虛擬儀器欄點擊虛擬示波器后放入原理圖輸入文檔里。通過鼠標點擊各個器件的引腳 (或這節點) 按照設計的原理圖相連接就可以完成連線了 (連線注意美觀) 。將示波器的A輸入通道“+”接輸出, “-”接地, 示波器B通道“+”接輸入, “-”接地, 為了方便辨別, 右鍵點擊與A通道“+”端相連的導線, 選擇“S e g m e n tC o l o r...”, 更改線的顏色為藍色 (或其他顏色) ——這樣示波器顯示的波形顏色將和你選擇的顏色一樣。
這樣整個仿真原理圖輸入完畢, 單擊運行按鈕 (或按F5) 就可以進行動態仿真了。雙擊示波器, 就可以看到仿真的實時效果, 如圖3所示。
這樣我們就完成了這一個三極管單級放大電路的仿真。
5 結語
從以上列舉的仿真試驗中, 可以看出, 用Multi Sim進行模擬電子技術實驗非常方便, 現象直觀, 結果精確。這對模擬電子技術教學是一種很好的輔助手段。并且, 還為學生進行綜合性、創造性實驗提供了一個廣闊空間。它彌補了傳統教學模式的不足, 將現代化手段與傳統實驗有機地結合起來, 更好地幫助學生理解、掌握基本知識, 培養和提高了學生的創新精神和綜合實踐能力。
摘要：本文對MultiSim仿真軟件進行了介紹, 探討了其在模擬電子技術教學中的應用, 利用該軟件進行實驗教學, 可以克服傳統實驗中的一些不足, 使實驗教學更加方便、靈活、直觀, 能取得更好的教學效果。
關鍵詞：Multisim,模擬電子技術,教學,應用
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