劉智芳　田磊　丁鵬飛　張琦

[摘 要]電子線路類實驗課程是電類專業(yè)學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的重要平臺。在電類實驗課程中按照課程的開設順序及難度由淺入深的引入Multisim軟件，根據實驗課程的內容不同，制定出仿真軟件不同的角色和使用方法。將仿真軟件貫穿于整個實驗課程體系的學習過程，讓學生對電子線路系列實驗課程融會貫通，形成體系，這在實際中取得了良好的效果。

[關鍵詞]電類實驗課；Multisim；虛擬實驗室

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）06-0015-03

電子線路系列實驗課程是電子信息類專業(yè)的專業(yè)基礎實踐類課程，是培養(yǎng)電子工程師的重要基礎，是培養(yǎng)學生工程實踐能力的重要途徑之一。當前，在電子線路系列實踐課程的教學中存在的主要問題是實驗課時短、涉及內容多、課程跨度長，這導致學生反映課程難學，不能將所有課程連成一個體系，理論聯系實際能力差，實驗過后印象不深。針對這一實際問題，西安郵電大學在電子線路系列實驗課程中引人Multisim仿真軟件，按照課程體系的由易到難，由簡單到綜合，利用仿真軟件進行不同難度，逐級深入的配套虛擬實驗。這樣Multisim就能貫穿整個實驗課程教學過程，使原先孤立的實驗課程形成一個體系，讓學生對整個課程體系融會貫通。

一、Multisim的主要功能和特點

Multisim仿真軟件是美國國家儀器公司（NI）推出的以Windows為基礎的電路仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它可以實現原理圖的繪制、電路分析、電路仿真以及虛擬儀器測試等應用。Multisim的電路設計與仿真平臺界面友好、直觀、操作方便，并且包含眾多的元器件和標準化的虛擬實驗測試儀器。利用Multisim可以很簡單地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真；Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。

通過Multisim，學生能很方便地創(chuàng)建一個自己的虛擬實驗室，無論在課內還是課外，都能進行自己感興趣的實驗，并且由于軟件仿真的直觀性，學生能更容易地搭建電路和調試電路。

二、電子線路系列實驗的課程體系研究及仿真軟件的使用

西安郵電大學電工電子實驗教學部承擔全校的電類實驗基礎課，包括電路基礎實驗、模擬電路實驗、數字電路實驗、高頻電路實驗、開放式電子電路實驗。根據實驗課程的內容和難度，我們將實驗課程分成驗證性實驗、簡單設計性實驗、綜合性實驗和設計性實驗，對不同的課程，將仿真軟件的角色具體化，并且由淺到深，由易到難，根據課程性質，安排不同的配套Multisim虛擬實驗課程。實驗課程性質分類及仿真軟件的使用方法如圖1所示。

（一）驗證性實驗

對于驗證性實驗，在實驗內容中一般會給出實驗電路圖，在實驗過程中涉及的實驗內容主要包括實驗儀器的操作，一些電路參數測試以及對基本定理的驗證等。這類實驗主要包括電路基礎實驗和模擬電路實驗。這類實驗的學生是多數是第一次接觸實驗室的實驗元器件和實驗儀器，通過教師的講解他們并不能切實掌握全部實驗要點。所以，在實際操作過程中，他們比較容易犯錯。學生實驗中的難點主要集中在學生對實驗儀器不熟練，在電路搭建方面容易出現錯誤，實驗內容中的注意事項太多，容易顧此失彼。由于Multisim具有良好的操作界面，在搭建電路時所見即所得，學生基本上不會出現錯誤，并且Multisim上的虛擬儀器和實際儀器的使用相似，而界面更加直觀好用，非常適合初學者對一些電路基本參數的測試和一些概念的理解。所以針對驗證性實驗，要求學生在實驗的預習階段就利用Multisim軟件對先對電路進行仿真和進行理論值的計算。通過這樣的過程，學生對實際儀器的使用和操作更容易理解和掌握，另外在理論值的指導下，學生在實際測量中也更容易發(fā)現在電路搭建中出現的問題，這能提高學生的電路故障排除能力。

（二）簡單設計性實驗

在數字電路實驗中，教師一般是給出邏輯功能或者狀態(tài)轉移圖后，讓學生利用分立元器件在實驗箱上實現相應的功能。在進行數字電路實驗時，學生一般都已經完成了電路實驗和模電實驗的學習，學生對簡單電路有一定的分析和故障查找能力，但是對復雜電路會缺少頭緒或者耐心不足。而在數字電路實驗中，由于實驗時間緊，連線很多，如果電路出現故障，學生在調試時往往速度會非常慢，或者無從下手，不知道如何調試，只能一遍一遍地重新搭建電路，這樣就導致實驗內容經常完成不了，效果不好。針對此問題，在數字電路實驗中，教師應要求學生在實驗預習階段提前使用Mulitsim軟件對設計的電路圖進行仿真，在仿真階段確保電路原理上正確。此外，在實際調試中，學生根據仿真結果的中間信號的狀態(tài)，可以很好地定位出電路的故障，進行相應的整改。

（三）綜合性實驗

在高頻實驗中，學生一般在實驗板或者實驗箱上進行操作。在實際實驗過程中，學生能根據步驟一步一步地進行測試得到實驗結果，而一旦實驗板出現故障，學生就束手無策，或者是會測試出一堆完全錯誤的實驗結果，這樣學生對電路的分析和理解效果有限，得不到實驗應該有的效果。針對這種現象，我們把高頻實驗板或實驗箱的一些重點電路取出來，只給學生一些電路結構和部分元件參數，而這些重點部位電路要求學生在實驗前先在Multisim上進行仿真，借助仿真軟件的高度靈活性，對電路正常工作時參數的取值范圍有認識。這樣的過程，能加強學生對電路的分析和理解能力。

（四）設計性實驗

開放式電子電路實驗作為設計性實驗，要求學生根據給定的指標要求來進行電路設計，這時候Multisim的計算機輔助設計功能就可以為學生提供一個很好的設計平臺。學生根據指標對電路進行分析，給出初步的電路圖，然后利用Multisim仿真工具進行仿真測試，如果設計的電路圖達不到設計要求，則對電路進行反復修改，直至電路能夠達到實際的指標要求。最后將仿真得到的電路在實際的電路板上實現并進行測試，其具體的實驗流程如圖2所示。

三、使用Multisim的實驗教學實例

開放式電子電路實驗中的一個設計任務為放大器的設計，其具體要求是采用分立元器件設計個放大電路。其基本要求為：信源內阻為200kΩ；輸入信號頻率范圍為20Hz

四、結語

西安郵電大學電工電子實驗教學部在電子線路系列實踐課程中引入EDA設計工具Multisim軟件，根據課程的內容和性質，按照驗證性實驗，簡單設計性實驗，綜合性實驗，設計性實驗的開課順序，由簡入深的深化仿真軟件的使用，隨著課程的逐漸深入，學生對仿真軟件的應用會越來越熟練，對電路的理解和分析能力也會逐漸增強。通過這一系列實驗課程的學習，學生的實踐創(chuàng)新能力也會得到提高。

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[特約編輯：張 雷]