基于Multisim的电子技术课程虚拟实验环境创设

摘要：为了达到解决电子技术课堂教学脱离实践问题的目的，采用EDA工具Multisim仿真的方法，以单级阻容耦合共射放大电路为例，搭建仿真电路，建立虚拟实验环境。通过运行仿真，描述利用此环境开展教学的过程，探讨电子技术虚拟实验环境的创设，得到在此环境下开展理论与实战相结合的教学，可以解决课堂教学存在问题，提高教学效果的结论。
关键词：Multisim；虚拟实验环境；电子技术；教学；仿真

    电子技术课程实践性强，必须用大量的实验来辅助和加深理论学习，但受到实验学时分配和实验室资源配置的限制，教学过程中存在理论教学与实践教学脱节的问题，课堂教学的效果不好，效率不高。
    利用EDA仿真工具Multisim，搭建实验仿真电路，在课堂教学中创设虚拟实验环境，并在此环境下采用理论与实践相结合的教学模式开展教学，以解决传统教学模式下存在的问题。

1 Moltisim简介
    Multisim是最新EDA工具之一，是以Windows为基础的仿真工具，包含原理图和硬件描述语言输入工具，具有丰富的仿真分析能力，用于板级的电子电路设计。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，设计者无需深入了解SPICE技术就可进行仿真、分析和设计。
    Multisim的重要特征包括：通过直观的电路图捕捉环境，轻松设计电路；通过交互式SPICE仿真，迅速了解电路行为；借助高级电路分析，理解基本设计特征；通过一个工具链，无缝地集成电路设计和虚拟测试；通过改进、整合设计流程，减少建模错误并缩短建模时间。
    Multisim经过多个版本的发展，目前普遍使用Multisim 10。Multisim与Labview完美结合，用户可以根据需求制造出属于自己的仪器，教育工作者可以方便地把理论知识用计算机仿真真实的再现出来，解决理论教学与实验相脱节的问题。

2 电子技术虚拟实验环境创设
    电子技术课程理论系统性强，概念抽象，对学生实践能力要求高。利用EDA工具，选择课程中的重点和难点内容进行实验仿真，创设虚拟实验环境，开展以模拟、仿真实验为基础的计算机辅助课堂教学，通过实验验证理论和“实验结果”的反复重现，增强抽象概念的直观性，加强学生的认知、理解和记忆强化；通过学生参与实验过程，增强课堂的互动性和趣味性，达到培养能力，提高教学效果的目的。
    模拟电子技术课程可创设的虚拟实验环境有：阻容耦合放大电路、差分放大电路、两级阻容耦合放大电路、负反馈放大电路、电压比较器、互补功率放大电路、正弦波振荡电路、和整流-滤波-串联稳压电路。
    数字电子技术课程教学中可以创设：集成门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、555定时器及其应用、D／A及A／D转换器。

3 应用举例
    本文以单级阻容耦合共射放大电路为例，介绍基于Multisim技术的虚拟实验环境的创设。
    通过阻容耦合放大电路实验环境，可以开展工作在放大状态下三极管电流分配关系，静态工作点与三极管饱和、放大、截止三个状态之间的关系，工作点与温度的关系，元件参数对放大倍数、输入电阻和输出电阻的影响等实验演示教学。
    根据教学需求，创设实验环境，在Multisim上搭建测试电路，图1为单级阻容耦合共射放大电路，图2为静态测试电路。设置实验所需的信号发生器、电流表和示波器，调整好测试参数。

    课堂教学中，借助创设的实验环境，运行电路仿真，可以开展如下的实验演示教学。
    在图2电路中，接通直流电源，观察三极管的工作状态，加深学生对静态工作状态的理解，消除在静态，即没有变化信号输入时，三极管没有工作电流的认识误区。
    在图2电路中，改变电路元件R1，R2和V2的参数，观察静态工作点Q的变化，加强学生对电路参数决定静态工作点位置的掌握。
    在图1电路中，信号发生器输入变化信号，通过双通道示波器观察实际电路波形输出结果，如图3所示，使学生加深对共射放大电路放大情况，输出与输入相位关系的理解与认识。

    在图1电路中，调节负载电阻RL，观察负载对放大倍数的影响，加深理解。调节R1，改变静态工作点位置，使波形发生失真，让学生直观形象地了解放大器的非线性失真的情况。

4 结论
    单级阻容耦合共射放大电路是模拟电子技术课程讲授的第一个电路，正确理解并牢固建立静态工作点、放大倍数、波形失真等有关概念，掌握这些概念之间以及它们与电路参数之间的关系，对整个课程的学习是至关重要的。学生对动态放大、波形失真与静态工作点关系的理解，既是教学的重点，又是教学的难点。在本例的教学活动中，通过创设的实验环境仿真分析电路，测试电路参数和观察波形，并通过反复的演示和观察，开展充分的互动教学，就可达到消除学生的认知误区，深化对上述概念的理解和掌握，取得良好的教学效果。