郑 宾

（陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000）

高职电子实验教学课程涉及的电路概念原理多、理论性强、比较抽象，学生理解起来很费劲。通过对高职学生学习电工电子实验课程进行问卷调查，35%的同学认为可以独立完成实验任务并得到正确结论，而65%的同学认为需要有老师的指导才能完成实验任务并得到正确结论。目前，在高职学校里很多试验室的设备陈旧、资源有限，试验内容大多是验证性试验，试验项目没有及时更新，试验课时占整个教学课时的比例较小，又由于高职生的自主学习性较差，因此，要扭转现在的高职学生电子实验课程的教学现状，教师必须要对现有的电路分析试验课程进行教学改革，采取多种教学方式，提高学生学习兴趣。

随着计算机及网络的飞速发展，计算机仿真技术在设计制造、教育科研等领域得到了广泛的应用。常用的电子设计仿真软件有Protel、Pspices、Multisim等，通过计算机仿真试验教学，学生能对电路原理及理论进行科学的验证，会进行常规电路故障的分析与检测，能设计简单的电路并实现功能，大大加强了学生的动手能力和创新能力，有效解决了实验仪器资源有限的问题，达到了良好的教学效果。本文主要论述的是Multisim仿真在电子试验教学的应用。

1 Multisim软件介绍

Multisim是美国国家仪器有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于模拟数字电路板的设计工作。其包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。目前，使用较多的版本为Multisim 11.0，其具有更加形象直观的人机交互界面，包含了Source库、BASIC库、Diodes等15个元件库，提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路；数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路等等，还支持自制元器件。具有数千种电路元器件，仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器、波特仪（相当实际中的扫频仪）、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。其几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且容易制作电路模型，迅速了解电路行为，借助高级电路分析，理解基本设计特征[1]。

2 电子实验课程教学改革

2.1 试验教学改革思路

现有的电路试验一般有如下内容：常用电工仪表仪器的使用，元件伏安特性的测绘，基尔霍夫定律的验证，叠加原理的验证，戴维南定理的验证，交流电路参数的测定等，其中80%都是验证性试验，这样不能很好地锻炼学生的动手实践和创新能力，培养不出企业需要的高端技能型人才。所以，改革后，实验内容调整为三类：验证性实验、应用性实验和综合性实验[2]，其比例为3：4：3。

验证性实验指学生对电路原理进行验证、巩固加强理论知识的过程；应用性实验指教师对一些典型的电路实验设置隐性故障，让学生自己去检测、分析和排除的过程；综合性实验指教师给出实训题目或者由学生自主选择，设计出实验项目的电路图并进行测试，最终得到完整的实践测试报告的过程。以上三类实验在Multisim仿真平台下绝大多数都可以完成，并且学生能够多次在计算机仿真环境下进行测试，同时，可以在实物实验平台上构建电路并对其进行测试，最后比较两种测试的实验结果并进行分析。通过这种实验方式，学生能够熟练的掌握常见电路问题的解决方法，提高了学生分析复杂电路问题的能力、开发电子线路的能力和创新能力。

2.2 Multisim仿真实验教学实例

2.2.1 确定设计方案

仿真实验要求设计两级电压串联负反馈放大电路并进行测试，首先由学生自行提出设计方案进行实验原理电路设计，然后在Multisim下构建虚拟电路模型，接着进行调试—修改—完善，最终达到设计要求和测量电路参数，并能写出实践测试报告[3]，其流程如图1所示。

图1 Multisim实验仿真仿真过程框图

2.2.2 运用Multisim设计两级具有电压串联负反馈放大电路

两级具有电压串联负反馈放大电路设计，如图2所示。

2.2.3 仿真测量电路特征指标

仿真测量电路特征指标要求合理设置静态工作点、分析有无负反馈时放大倍数和频率特性、非线性失真等电路特征指标[4]。在输入端接入正弦信号u（if=1 kHz、Ui=5 mV）。

（1）测量静态工作点

图2 两级电压串联负反馈放大电路

不接输入信号ui，将开关J1断开，调节R10=35%使UC1=5 V,调节R11=55%使UC2=7 V。使用电压表测各点电位，记录数据如表1所示。

表1 两级放大电路静态工作点

结论：由各点电压可以判断出晶体管可以工作在放大区，并与理论公式计算值相同。

（2）有无负反馈放大电路大倍数分析

接输入信号 Ui、R7负载、Rf=R5，将开关 J1 断开（无反馈）。在以上静态工作点基础上，打开仿真开关，双击示波器输入波形和输出波形相同，如图3所示，并读出电压放大倍数Auo记录数据在表2中。

图3 无反馈输入、输出波形

表2 有无负反馈放大电路放大倍数

然后按键盘Space键，将开关J1闭合（有反馈），等待示波器输出稳定波形后观察输入和输出波形，如图4所示，并读出电压放大倍数Auf记录数据在表2中。

图4 有反馈输入、输出波形

结论：负反馈使放大电路大倍数减小。

（3）有无负反馈大电路通频带分析

接输入信号 Ui、R7负载、Rf=R5，将开关 J1 断开（无反馈）。在以上静态工作点基础上，打开仿真开关，双击波特图仪观察放大电路中频段放电压大倍数Auom，并用游标查找电压大倍数Auom下降的3 dB时下限截止频率fL和上限截止频率fH，如图5所示，同时记录数据在表3中。

图5 无反馈波特图

表3 有无负反馈放大电路通频带

然后按键盘Space键，将开关J1闭合（有反馈），等待输出稳定双击波特图仪观察放大电路中频段放电压大倍数Aumf，并用游标查找电压大倍数Aumf下降3 dB时下限截止频率fLf和上限截止频率fHf如图6所示，同时记录数据在表3中。

图6 有反馈波特图

结论：负反馈使放大电路能够扩展通频带。

（4）有无负反馈大电路非线性失真的分析

接输入信号Ui、Rf=R7，在以上静态工作点基础上，打开仿真开关，双击失真分析仪，将开关J1断开（无反馈）总谐波失真数为8.208%；然后按键盘Space键将J1闭合（有反馈）总谐波失真数为0.162%。

结论：反馈对放大电路抑制了非线性失真。

4 结束语

在电子实验中引入Multisim仿真的手段取得了较好的教学效果，巩固了学生的理论知识，也提高了学生的动手实践和创新能力，对培养高职学生综合素质起到了积极作用，也是今后电子实验教学改革的趋势之一。

[1]李国丽，应艳杰，盛 华，吴根忠，周文委.电工电子实验教学改革[J].电气电子教学学报，2008，30(5)：30-31.

[2]罗正祥.提高实验教学地位培养学生创新能力[J].实验室研究与探索，2006，25(6):589-592.

[3]李兰英.专业基础课实验开放教学的理论与实践[J].河北农业大学学报(农林教育版)，2005，7(3):39-41.

[4]童诗白.模拟电子技术[M].北京:高等教育出版社，1988.