曳永芳 行小帥 景彥君

山西師范大學(xué) 山西臨汾 041004

Multisim10仿真軟件在電子線路教學(xué)中的應(yīng)用*

曳永芳 行小帥 景彥君

山西師范大學(xué) 山西臨汾 041004

本文在介紹Multisim10仿真軟件的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用Multisim10對(duì)RC橋式正弦波振蕩電路進(jìn)行仿真分析，并設(shè)計(jì)了三變量表決電路。通過(guò)實(shí)例證明，將Multisim10仿真軟件應(yīng)用到電子線路教學(xué)中，不僅能豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，提高課堂教學(xué)效率，而且有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

Multisim10；電子線路；仿真分析

電子線路是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。該課程涵蓋的內(nèi)容多且知識(shí)更新較快。傳統(tǒng)的授課過(guò)程中，教師需花費(fèi)較多的時(shí)間進(jìn)行電路圖的繪制、分析、講解，教學(xué)效率低?，F(xiàn)有的多媒體輔助教學(xué)雖能縮減課堂繪圖時(shí)間，但往往也是實(shí)驗(yàn)滯后于理論，甚至有的理論知識(shí)點(diǎn)沒有配以實(shí)驗(yàn)。理論與實(shí)驗(yàn)的相對(duì)脫節(jié)不但會(huì)影響學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握，而且有礙于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。Multisim10仿真軟件所構(gòu)建的“虛擬電子實(shí)驗(yàn)臺(tái)”解決了這一問(wèn)題。Multisim10作為一個(gè)高度互動(dòng)且易于使用的工具，它可以幫助學(xué)生了解電路的工作狀態(tài)，深刻理解電路理論與行為，同時(shí)Multisim10仿真軟件中高指標(biāo)的虛擬儀器和充足的元器件資源為學(xué)生搭建了更加廣闊的實(shí)踐空間。理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)時(shí)配合，不但可以提高課堂教學(xué)效率，而且能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

一、Multisim10簡(jiǎn)介

Multisim10是加拿大圖像交互技術(shù)(IIT)公司生產(chǎn)的EWB的最新版本，它是一種以Windows為基礎(chǔ)且專門用于電路仿真和設(shè)計(jì)的EDA工具軟件，廣泛應(yīng)用于電子電路仿真實(shí)驗(yàn)。Multisim10除具有EWB形象直觀等優(yōu)點(diǎn)外，操作界面簡(jiǎn)潔友好，用戶點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可完成元件的選擇、拖動(dòng)、連線以及查看仿真結(jié)果；元件豐富，新增51系列單片機(jī)芯片，可基本滿足用戶需求，用戶還可利用特定語(yǔ)言進(jìn)行元件擴(kuò)展；增加了部分更具直觀感的3D實(shí)物元件和面包板，便于教學(xué)使用；具有全面的分析工具和虛擬器件，功能強(qiáng)大是其他EDA軟件所無(wú)法比擬的；支持模擬、數(shù)字、模/數(shù)混合電路與單片機(jī)、可編程邏輯器件的仿真；與Labview結(jié)合，使用戶可以根據(jù)自己的需求制造虛擬儀器，而且所有的虛擬信號(hào)均可通過(guò)計(jì)算機(jī)輸出到實(shí)際的硬件電路上，所有硬件電路產(chǎn)生的結(jié)果也可輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和分析，這完全符合美國(guó)NI公司提出的“軟件就是儀器”的理念。

二、Multisim10仿真軟件在教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

Multisim10仿真軟件提供的眾多仿真分析方法和測(cè)試儀表，為電子線路的仿真分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。用Multisim10進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常接近實(shí)際操作。各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，電路調(diào)試較實(shí)際操作快捷方便。Multisim10既能對(duì)單個(gè)電路特性和原理進(jìn)行驗(yàn)證，也能對(duì)多級(jí)電路進(jìn)行仿真分析。同時(shí)，Multisim10為用戶提供了一個(gè)全開放性的完備的綜合性電子技術(shù)仿真和設(shè)計(jì)平臺(tái)，用戶可以在比實(shí)驗(yàn)室更加靈活的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中搭建實(shí)驗(yàn)。

1.在RC橋式正弦波振蕩電路中的應(yīng)用

在實(shí)際的電路實(shí)驗(yàn)中，由于測(cè)量?jī)x器輸入阻抗對(duì)振蕩器的影響，測(cè)量?jī)x器接入被測(cè)電路后，有時(shí)會(huì)發(fā)生振蕩頻率偏移、幅度變化甚至停振的現(xiàn)象。電路布線或?qū)Ь€連接過(guò)長(zhǎng)都會(huì)在電路中產(chǎn)生高頻寄生振蕩，使電路振蕩波形疊加有高頻振蕩信號(hào)或雜散干擾信號(hào)。二極管特性的不同會(huì)使振蕩波形不對(duì)稱。運(yùn)用Multisim10對(duì)RC橋式正弦波振蕩電路進(jìn)行仿真分析，可消除實(shí)際電路中的所有干擾。

在Multisim10的電路窗口(Workspace)中創(chuàng)建如圖1所示RC橋式正弦波振蕩電路。啟動(dòng)仿真開關(guān)，就可方便地觀察到圖2所示的RC橋式正弦波振蕩電路起振的過(guò)渡過(guò)程。

圖1 RC橋式正弦波振蕩電路

圖2 起振過(guò)程中輸出電壓波形

正弦波振蕩器中的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)(非線性環(huán)節(jié))，其作用是自動(dòng)調(diào)整振蕩器的環(huán)路放大倍數(shù)，使振蕩器幅值穩(wěn)定，輸出波形良好。傳統(tǒng)授課過(guò)程中，學(xué)生在理解這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)難免陷入被動(dòng)接受生硬理論的困境。如果借助Multisim10仿真軟件把圖1中的二極管D1和D2移出，將這時(shí)的電路輸出波形(如圖3所示)與穩(wěn)定振蕩時(shí)的輸出波形(如圖4所示)加以對(duì)比，穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的作用便一目了然。這樣就會(huì)使學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)，從而進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)的積極性。

圖3 無(wú)D1和D2時(shí)輸出電壓波形

圖4 穩(wěn)定振蕩時(shí)輸出電壓波形

2.在組合邏輯電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在電子線路的數(shù)字部分，組合邏輯電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜且繁瑣，利用Multisim10仿真軟件中的邏輯轉(zhuǎn)換儀，可以大大簡(jiǎn)化和縮短組合邏輯電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。以設(shè)計(jì)1個(gè)三變量表決電路為例來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明。三變量表決電路遵循“少數(shù)服從多數(shù)”的原則。該組合電路的一般設(shè)計(jì)方法為：

(1)根據(jù)實(shí)際問(wèn)題列出真值表。本例中，A、B、C分別代表參加表決的3個(gè)輸入變量。Y為表決結(jié)果。規(guī)定3個(gè)輸入變量各自取1時(shí)表示其贊成，反之則表示不贊成。Y=1表示多數(shù)贊成，即通過(guò)，反之則表示不通過(guò)。

(2)由真值表寫出相應(yīng)的輸出函數(shù)邏輯表達(dá)式。

(3)根據(jù)要求化簡(jiǎn)或變換輸出函數(shù)的邏輯表達(dá)式。

(4)由邏輯表達(dá)式畫出邏輯電路圖。

如果借助邏輯轉(zhuǎn)換儀這一Multisim仿真軟件特有的虛擬裝置，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程就會(huì)變得非常簡(jiǎn)單。啟動(dòng)邏輯轉(zhuǎn)換儀(Logic Converter)，在彈出的面板中完成參數(shù)的設(shè)置(如圖5所示)，這相當(dāng)于完成了上述設(shè)計(jì)步驟(1)。

圖5 邏輯轉(zhuǎn)換儀面板

圖6 三變量表決電路

圖7 僅由與非門組成的三變量表決電路

三、結(jié)束語(yǔ)

將Multisim10仿真軟件應(yīng)用到電子線路課程中，可以豐富傳統(tǒng)的理論授課內(nèi)容，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，進(jìn)而提高課堂教學(xué)效率。同時(shí)實(shí)驗(yàn)與理論知識(shí)的實(shí)時(shí)結(jié)合，有助于學(xué)生理解課本中的抽象內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。另外學(xué)生還可利用Multisim10充足的元件資源和虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，拓寬實(shí)踐領(lǐng)域，進(jìn)一步促成自我創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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Application of Multisim10 simulation software in electronic circuit teaching

Ye Yongfang, Xing Xiaoshuai, Jing Yanjun
Shanxi normal university, Linfen, 041004, China

Based on the instruction of Multisim10 simulation software, this paper has simulated and analyzed the RC-bridge sine wave oscillator circuit by using Multisim10, and designed the three-variable voting circuit with the software. Through detailed instance, it shows that the application of Multisim10 simulation software to electronic circuit teaching can not only enrich the content of classroom teaching and improve teaching efficiency, but also can help to promote students’ learning enthusiasm and initiatives and to develop students’innovative ability.

Multisim10; electronic circuit; simulation analysis

book=56,ebook=478

2010-02-11

曳永芳，在讀碩士生，助教。行小帥，教授，碩士生導(dǎo)師。景彥君，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。

*本文系山西師范大學(xué)工程質(zhì)量項(xiàng)目(SD2008KCZ-16)。