基于Multisim的電子技術(shù)課程虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境創(chuàng)設(shè)

摘要：為了達(dá)到解決電子技術(shù)課堂教學(xué)脫離實(shí)踐問(wèn)題的目的，采用EDA工具M(jìn)ultisim仿真的方法，以單級(jí)阻容耦合共射放大電路為例，搭建仿真電路，建立虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。通過(guò)運(yùn)行仿真，描述利用此環(huán)境開(kāi)展教學(xué)的過(guò)程，探討電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，得到在此環(huán)境下開(kāi)展理論與實(shí)戰(zhàn)相結(jié)合的教學(xué)，可以解決課堂教學(xué)存在問(wèn)題，提高教學(xué)效果的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：Multisim；虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境；電子技術(shù)；教學(xué)；仿真

    電子技術(shù)課程實(shí)踐性強(qiáng)，必須用大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)輔助和加深理論學(xué)習(xí)，但受到實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)分配和實(shí)驗(yàn)室資源配置的限制，教學(xué)過(guò)程中存在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的問(wèn)題，課堂教學(xué)的效果不好，效率不高。
    利用EDA仿真工具M(jìn)ultisim，搭建實(shí)驗(yàn)仿真電路，在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并在此環(huán)境下采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式開(kāi)展教學(xué)，以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的問(wèn)題。

1 Moltisim簡(jiǎn)介
    Multisim是最新EDA工具之一，是以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，包含原理圖和硬件描述語(yǔ)言輸入工具，具有豐富的仿真分析能力，用于板級(jí)的電子電路設(shè)計(jì)。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，設(shè)計(jì)者無(wú)需深入了解SPICE技術(shù)就可進(jìn)行仿真、分析和設(shè)計(jì)。
    Multisim的重要特征包括：通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境，輕松設(shè)計(jì)電路；通過(guò)交互式SPICE仿真，迅速了解電路行為；借助高級(jí)電路分析，理解基本設(shè)計(jì)特征；通過(guò)一個(gè)工具鏈，無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試；通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程，減少建模錯(cuò)誤并縮短建模時(shí)間。
    Multisim經(jīng)過(guò)多個(gè)版本的發(fā)展，目前普遍使用Multisim 10。Multisim與Labview完美結(jié)合，用戶(hù)可以根據(jù)需求制造出屬于自己的儀器，教育工作者可以方便地把理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，解決理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的問(wèn)題。

2 電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境創(chuàng)設(shè)
    電子技術(shù)課程理論系統(tǒng)性強(qiáng)，概念抽象，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力要求高。利用EDA工具，選擇課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，開(kāi)展以模擬、仿真實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論和“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”的反復(fù)重現(xiàn)，增強(qiáng)抽象概念的直觀性，加強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知、理解和記憶強(qiáng)化；通過(guò)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程，增強(qiáng)課堂的互動(dòng)性和趣味性，達(dá)到培養(yǎng)能力，提高教學(xué)效果的目的。
    模擬電子技術(shù)課程可創(chuàng)設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境有：阻容耦合放大電路、差分放大電路、兩級(jí)阻容耦合放大電路、負(fù)反饋放大電路、電壓比較器、互補(bǔ)功率放大電路、正弦波振蕩電路、和整流-濾波-串聯(lián)穩(wěn)壓電路。
    數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中可以創(chuàng)設(shè)：集成門(mén)電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、555定時(shí)器及其應(yīng)用、D／A及A／D轉(zhuǎn)換器。

3 應(yīng)用舉例
    本文以單級(jí)阻容耦合共射放大電路為例，介紹基于Multisim技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)。
    通過(guò)阻容耦合放大電路實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以開(kāi)展工作在放大狀態(tài)下三極管電流分配關(guān)系，靜態(tài)工作點(diǎn)與三極管飽和、放大、截止三個(gè)狀態(tài)之間的關(guān)系，工作點(diǎn)與溫度的關(guān)系，元件參數(shù)對(duì)放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的影響等實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)。
    根據(jù)教學(xué)需求，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在Multisim上搭建測(cè)試電路，圖1為單級(jí)阻容耦合共射放大電路，圖2為靜態(tài)測(cè)試電路。設(shè)置實(shí)驗(yàn)所需的信號(hào)發(fā)生器、電流表和示波器，調(diào)整好測(cè)試參數(shù)。

    課堂教學(xué)中，借助創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，運(yùn)行電路仿真，可以開(kāi)展如下的實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)。
    在圖2電路中，接通直流電源，觀察三極管的工作狀態(tài)，加深學(xué)生對(duì)靜態(tài)工作狀態(tài)的理解，消除在靜態(tài)，即沒(méi)有變化信號(hào)輸入時(shí)，三極管沒(méi)有工作電流的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。
    在圖2電路中，改變電路元件R1，R2和V2的參數(shù)，觀察靜態(tài)工作點(diǎn)Q的變化，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電路參數(shù)決定靜態(tài)工作點(diǎn)位置的掌握。
    在圖1電路中，信號(hào)發(fā)生器輸入變化信號(hào)，通過(guò)雙通道示波器觀察實(shí)際電路波形輸出結(jié)果，如圖3所示，使學(xué)生加深對(duì)共射放大電路放大情況，輸出與輸入相位關(guān)系的理解與認(rèn)識(shí)。

    在圖1電路中，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL，觀察負(fù)載對(duì)放大倍數(shù)的影響，加深理解。調(diào)節(jié)R1，改變靜態(tài)工作點(diǎn)位置，使波形發(fā)生失真，讓學(xué)生直觀形象地了解放大器的非線性失真的情況。

4 結(jié)論
    單級(jí)阻容耦合共射放大電路是模擬電子技術(shù)課程講授的第一個(gè)電路，正確理解并牢固建立靜態(tài)工作點(diǎn)、放大倍數(shù)、波形失真等有關(guān)概念，掌握這些概念之間以及它們與電路參數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)整個(gè)課程的學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的。學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)放大、波形失真與靜態(tài)工作點(diǎn)關(guān)系的理解，既是教學(xué)的重點(diǎn)，又是教學(xué)的難點(diǎn)。在本例的教學(xué)活動(dòng)中，通過(guò)創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境仿真分析電路，測(cè)試電路參數(shù)和觀察波形，并通過(guò)反復(fù)的演示和觀察，開(kāi)展充分的互動(dòng)教學(xué)，就可達(dá)到消除學(xué)生的認(rèn)知誤區(qū)，深化對(duì)上述概念的理解和掌握，取得良好的教學(xué)效果。