Multisim10仿真软件在模拟电子技术教学中的应用

摘要：为了提高学生的学习积极性，加深学生对模拟电子技术的学习兴趣，本文详细介绍Multisim10在模拟电子技术中的具体应用，通过教学实例阐述Multisim10在教学过程中的应用方法和实际意义。实践结果表明，在教学过程中采用Multisim10进行电路的仿真分析与计算，使得理论教学更加直观、灵活，从而学生能够更好的掌握基础理论知识，取得良好的教学效果。
关键词：Multisim10；模拟电子技术；反馈放大电路；仿真分析

0 引言
    模拟电子技术是大学电子、自动化、计算机类等相关专业的专业基础课，它是介于基础课和专业课之间的一门过渡课程，该课程的教学效果直接影响到后续专业课的学习。传统的教学模式以板书为主，教学手段比较单一，而该课程的内容比较抽象，这就使得学生对基本概念和基本分析方法缺乏清晰的认识。为了提高教学效果，加深学生对基础理论知识的掌握，我们将Multisim10仿真软件引入到课堂教学过程中，及时帮助学生接受课堂教学内容，使学生感性理解模拟电路知识，将抽象变具体，激发学生学习模拟电子技术的兴趣，强化学生的自体作用，提高了教学质量。

1 Multisim10功能特点
    Multisim10仿真软件是美国国家仪器(NI)有限公司2007年推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟、数字电路板的设计工作。它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。作为专业的应用软件，它具有以下功能特点。
    (1)直观地图形界面。Multisim10把电路原理图的创建、电路的测试和仿真分析都集成在一个电路窗口中，整个操作界面像是一个电子实验工作平台，实现“软件即元器件”、“软件即仪器”。
    (2)丰富的元器件库。Multisim10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便在工程设计中使用。
    (3)功能强大的虚拟仪器。Multisim10的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。
    (4)完善的分析功能。Multisim10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。
    (5)强大的仿真功能。Multisim10可以设计、测试和演示各种电子电路，可以对被仿真电路中的元器件设置各种故障，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。
    (6)丰富的帮助功能。帮助系统不仅包括软件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能解说，Help中的元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。另外，Multisim10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。

2 Multisim10在反馈放大电路教学中的应用
    反馈在电子技术中得到广泛的应用，在各种电子设备中，人们经常采用反馈的方法来改善电路的性能，因此反馈放大电路是模拟电子技术课程中的重点内容之一，但这一章的内容比较抽象，学生不易理解，将Multisim10仿真软件引入到课堂教学中，通过仿真结果形象生动地展示，加强了学生对基本知识的掌握，达到了良好的教学效果。本文以负反馈放大电路为例，详细介绍Multisim10在模拟电子技术教学中的应用。
2．1 电压并联负反馈放大电路的仿真分析
    利用Multisim10对电压并联负反馈放大电路进行仿真分析时，首先创建电路原理图，如图1所示，构建了由集成运放组成的电压并联负反馈放大电路，集成运放选择理想运放。

    加上输入信号U1，由虚拟双踪示波器观察输出电压U0的波形无明显的失真，并且输入与输出波形反相，如图2所示。利用虚拟万用表测得，当输入电压UI=999．848mV时，输出电压U0=4．999V，得到闭环电压放大倍数为：
   
    由图1可得到理论计算值，仿真结果与理论计算结果基本一致。

2．2 电压串联负反馈放大电路
    在Multisim10中构建两级电压串联负反馈放大电路，如图3所示，两级放大电路均采用分压式工作点稳定电路，并采用阻容耦合方式，其中两个三极管的参数均为β=100，rbb'=300 Ω，Cb'e=41pF，Cb'c=4pF。

    (1)将开关K断开，电路中暂时不引入级间负反馈，利用Multisim10的直流工作点分析功能，测量无级间反馈时两级放大电路的静态工作点，分析结果如图4所示。由分析结果可得，两级放大电路的静态工作点的值为UBQ1=1．99331V，UEQ1=1．38742V，UCQ1=8．81030V，UBQ2= 2．98027V，UEQ2=2．34901V，UCQ2=7．32302V，可见静态工作点设置合理，保证了放大电路的正常工作。

    加上正弦交流输入，利用虚拟示波器观察到第一级输出电压波形与输入电压反相，而第二级输出电压波形与输入电压同相。两级放大电路的输出波形均无明显的非线性失真。利用虚拟万用表测得输入电压和输出电压，得到无级间反馈时总的电压放大倍数为：
   
    并且测得当Ui=707．1 06 μV时，输入电流Ii=432．882nA，则无级间反馈时放大电路的输入电阻为
   
    将负载开路，测得负载开路时的输出电压Uo=213．212mV，则无级间反馈时放大电路的输出电阻为
   
    (2)开关K闭合，引入级间的电压串联负反馈。
    在同样的输入电压下，输出电压的幅值明显下降，测量输出电Uo=7．012mV，求得闭环电压放大倍数为
   
    可见引入级间负反馈后电压放大倍数减小。
    同时测得输入电流Ii=425．156nA，则引入级间负反馈后，输入电阻为
   
    说明引入级间负反馈后输入电阻提高了，但与无级间负反馈时的输入电阻相比，提高得很少，这是由于总的输入电阻为Rif=Rif／／Rb11／／Rb12，引入电压串联负反馈只是提高了反馈环内的输入电阻R'if，而Rb11和Rb12不在反馈环内，因此总的输入电阻不会提高很多。
    将负载开路，测得Uo=7．409mV，则
   
    可见，引入电压串联负反馈后，输出电阻降低。
    总之，引入级间电压串联负反馈后，电压放大倍数降低，输入电阻增大，输出电阻减小，与教材的理论分析结果一致。
2．3 电压串联负反馈放大电路频率响应的测试
    在图3的仿真电路中，首先将开关K打开，利用Multisim10的交流分析功能，测量无级间反馈时放大电路的波特图，分析结果如图5(a)所示。然后将开关K闭合，测量引入电压串联负反馈后放大电路的波特图，进行交流分析的结果如图5(b)所示。

    由图5(a)可得，未引入级间反馈时，中频电压放大倍数20lg‖大约为45dB，当‖下降到约为0．7‖时，利用游标可以测得下限频率约为20Hz，上限频率约为2．3MHz。引入级间反馈后，由图5(b)可得，中频电压放大倍数20lg‖约为20dB，下限频率约为7Hz，上限频率约为18M Hz。可见，引入电压串联负反馈后，中频电压放大倍数下降，但下限频率减小，上限频率增大，故展宽了总的通频带。

3 结束语
    本文首先介绍了Multisim10仿真软件的功能特点，然后详细说明了Multisim10仿真软件在负反馈放大电路中的应用，从仿真结果看出，仿真结果与理论计算结果一致。运用Multisim10进行模拟电子技术的辅助教学，不仅使得教学更生动、形象，提高了教学的质量和学生的兴趣，而且能加深学生对理论知识的理解和应用，同时在课余时间学生可以运用仿真软件进行电路设计，可以任意修改元件的参数，并通过反复修改来达到最佳的电路设计方案，培养学生的创新思维，提高学生分析问题、解决问题的能力。