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

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　　電子技術(shù)課程實(shí)踐性強(qiáng)，必須用大量的實(shí)驗(yàn)來輔助和加深理論學(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)過程中存在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的問題，課堂教學(xué)的效果不好，效率不高。

　　利用EDA仿真工具Multisim，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)模式開展教學(xué)，以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的問題。

　　1 Moltisim簡介

　　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言輸入工具，具有豐富的仿真分析能力，用于板級的電子電路設(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：通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境，輕松設(shè)計(jì)電路;通過交互式SPICE仿真，迅速了解電路行為;借助高級電路分析，理解基本設(shè)計(jì)特征;通過一個(gè)工具鏈，無縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測試;通過改進(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用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來，解決理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的問題。

　　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;通過學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)過程，增強(qiáng)課堂的互動性和趣味性，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)。

　　通過阻容耦合放大電路實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以開展工作在放大狀態(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上搭建測試電路，圖1為單級阻容耦合共射放大電路，圖2為靜態(tài)測試電路。設(shè)置實(shí)驗(yàn)所需的信號發(fā)生器、電流表和示波器，調(diào)整好測試參數(shù)。

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　　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)生對靜態(tài)工作狀態(tài)的理解，消除在靜態(tài)，即沒有變化信號輸入時(shí)，三極管沒有工作電流的認(rèn)識誤區(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，信號發(fā)生器輸入變化信號，通過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。

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　　在圖1電路中，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL，觀察負(fù)載對放大倍數(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，對整個(gè)課程的學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的。學(xué)生對動態(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)活動中，通過創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境仿真分析電路，測試電路參數(shù)和觀察波形，并通過反復(fù)的演示和觀察，開展充分的互動教學(xué)，就可達(dá)到消除學(xué)生的認(rèn)知誤區(qū)，深化對上述概念的理解和掌握，取得良好的教學(xué)效果。