Multisim在模拟电子技术教学中的应用研究_本科毕业设计

1、Multisim在模拟电子技术教学中的应用研究摘 要：模拟电子技术是电气工程及其自动化非常关键的一门专业基础课，该课程的教学效果直接影响后续专业课的学习。传统的教学模式已经无法满足课堂的教学质量，学生对基本概念和基本分析方法缺乏清晰的认识。为了弥补传统教学的不足，提高教学效果，加深学生对基础理论知识的掌握，从而引入Multisim仿真软件。可以帮助学生更好的接受课堂教学内容，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，提高教学质量。实践结果表明，在教学过程中采用Multisim进行电路的仿真分析与计算，使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

2、的教学效果。本文应用Multisim仿真软件，贯穿教材中模拟电路的每个单元，对其中的重点、难点内容进行了仿真实验和分析。论文共分为五章:第一章主要介绍选题的背景、课题研究的目标及内容、研究的目的和意义，以及采用的主要研究方法；第二章简单介绍了Multisim技术的发展、软件特点及功能；第三章简单介绍了Multisim在教学中的应用与研究；第四章按照模拟电子技术基础课本顺序对各章主要内容进行具体的仿真和分析；最后一章是对毕业设计的总结。关键词：Multisim；模拟电子技术；仿真分析The Application and Research of Analog Electronic Technol

3、ogy Teaching in MultisimAbstract：Analog electronic technology is a basic course of the major electrical engineering and automation.The performance of this course largely affects studying effects of other courses.Now the traditional teaching mode can not satisfy the quality we wanted.To overcome the

4、defects of traditional teaching mode and improve teaching quality so that the learners can master the skills.Multisim simulation is introduced.Multisim is a tool that helps students better understand the details, comprehend the analog electronic technology, interest the students and improve the teac

5、hing quality.The practice shows that applying Multisim in circuit simulation analysis and calculation makes teaching more intuitive and more flexible.The students would better master theoretical knowledge and the teaching effects get improved.In this paper，Multisim simulation tool is used in each un

6、it of analog circuit of the course, it carries out simulation analysis and calculation in difficult parts.The paper includes five chapters：chapter 1 introduces the background, target, contents and significance of the topic and the main methods adopted.Chapter 2 presents the development, characterist

7、ics and functions of Multisim.Chapter 3 simply introduces Multisim applying in teaching.Simulation and analysis are executed according to sequence of the book titled Analog Electronic Technology in chapter 4.The last part is conclusion of the design.Keywords：Multisim；Analog electronic technology； Si

8、mulation analysis目 录1 绪论11.1 选题的背景11.2 研究的目标及意义11.3 可行性分析21.4 主要研究内容31.5 采用的研究方法32 Multisim软件介绍42.1 Multisim软件的技术发展42.2 Multisim软件的特点42.3 Multisim软件的功能73 Multisim在教学中的应用研究93.1 在理论教学中的应用研究93.2 在实验教学中的应用研究114 Multisim在模拟电子技术中的应用及效果分析144.1 三极管放大电路的仿真与分析144.1.1 共射极放大电路的仿真与分析144.1.2 共集电极放大电路的仿真与分析194.2 负

9、反馈电路的仿真与分析234.2.1 电压串联负反馈的仿真与分析234.2.2 负反馈放大电路的仿真与分析294.3 集成运放电路的仿真与分析324.3.1 加法运算的仿真与分析324.3.2 减法运算的仿真与分析365 总结38参考文献39致谢411 绪论1.1 选题的背景从20世纪80年代开始，随着信息技术的快速发展，电子电路的分析与设计方法发生了革命性的变化。虚拟仿真实验技术作为一种新兴的技术迅速崛起，诞生了一大批各具特色的电子电路自动设计(EDA)软件，改变了传统的定量估算及真实的电路实验为基础的电路分析和设计方法。摆脱了在常规电子电工实验室对电路的验证和设计，轻松的把实验室搬到讲台、微

10、机房。国外很多传统实验条件很好的学校，电子电路自动设计软件方面应用已非常广泛，虚拟仿真电子实验在电子类课程的教学中也已普遍使用，电子电路自动设计(EDA)软件作为教学手段和学习探索工具在教学中发挥了很好的功效。据国外研究报告表明，大约有70%以上的中低年级的学生非常乐于使用电子电路自动设计(EDA)软件进行电路的分析和设计，对电子产品的设计基本都要走过模拟仿真这一步，从概念的确立到包括电路原理、PCB版图、机内结构、单片机程序、FPGA的构建及仿真、热稳定分析、外观界面、电磁兼容性分析在内的物理设计，最后到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部都能在计算机

11、上完成123。美国NI公司Multisim软件就是这方面很好的一个工具。在学习电子技术这门课时，往往受教学课时和实验室条件限制，不可能做大量的电子电路实验，脱离了实验，光学抽象的理论知识，非常枯燥。若能一边学习理论知识一边进行虚拟仿真实验验证，不仅可以加深对抽象枯燥概念的理解，同时从计算机屏幕上能直观地看到虚拟仪表显示的实验数据和虚拟示波器显示的波形。把书本上死的、静止的概念转化为活的、生动的、能看得见的数据和波形。解决理论电子技术难教与难学的矛盾问题。学生可以很好、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表，从而学生的成就感得以体现

12、，激发了学生的学习兴趣。1.2 研究的目标及意义对Multisim与模拟电子技术课程教学整合问题进行探讨，具有实践意义。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，信息技术己经日益成为人类能力拓展的有力工具。信息技术与课程整合是我国教育教学改革的新视点，国家教育部门明确提出教育教学改革内容之一就是对信息技术与课程进行创造性整合4。它的研究与实施将对发展学生主体性、创造性和培养学生创新精神、实践能力具有重要意义。虚拟电子仿真工具与电子类课程的整合在国外已经大量应用于各级各类学校的相关课程的教学之中，并且各种教学资源也十分丰富，但是由于国内外教育制度、教学模式及经济条件的不同，我们不能照搬照用。而应该

13、制定出符合我国国情的具有特色的教学模式。而目前在国内，虚拟电子教学平台在教育教学领域己经得到了应用上的重视，但是还没有获得充分的发展，目前在这方面的探索大都只是理论研究和技术使用，而且对于课程教学整合方面的实践研究也比较少。因此，本课题从教学模式、教学方法的角度对Multisim虚拟电子工作平台与课程教学整合问题进行探讨5。培养学生综合职业能力，实现做学统一。中等职业学校学生培养目标中，强调要培养并提高学生综合职业能力，要加强理论和实践的有机结合，在电子线路教学中，Multisim软件为“理论”与“实训”的结合架起了桥梁，成为学生“做学统一”的纽带67。Multisim软件在课堂教学中作为教师

14、教和学生学习探究的工具，不仅有助于学生深刻理解基本概念，掌握基本原理，而且还提供给每一个学生更多的实时动手操作机会。更有利于理论与实践的紧密结合和相互渗透，帮助学生提高综合职业能力。激发学生对模拟电子技术课程的学习兴趣，培养创新意识和创新精神。模拟电子技术课程是学生迈入职业教育接触到的第一门难度较大又比较抽象的专业基础课，其最大特点是理论与实践相结合。采用传统的教学方法，学生进入不了知识状态，在学习过程中对概念不容易理解，对知识的掌握不够深刻，有的学生半学期上完了还不知道三极管能干什么。它们对实验实习比较感兴趣，但由于理论的欠缺，实验操作不能达到预期的目的。另外，传统的课堂实验内容大多都的是对

15、理论结果的简单验证，不能引发学生对课程内容更深层的思考。加之真实实验中仪器及元件的损坏对学生的影响，久而久之，学生都懒得动手去做。因此，传统的教学模式很难激发学生的学习兴趣，教学效果欠佳，教学效率不高。Multisim软件的出现为我们改变传统教学模式提供了条件，应用它可以实时、交互地提供虚拟仿真，直观形象的仿真结果能帮助学生理解和巩固概念、原理，为学生提供探索的平台，使学生的“感”、“学”、“做”融为一体，有助于学生牢固掌握知识和技能，提高教学质量。并且，将Multisim软件引入课堂与模拟电子技术课程进行整合，可以引导学生发现并提出一些问题，让学生围绕问题的解决进行探究，寻求解决问题的方法，

16、通过同学之间的协作交流、教师的点评和指导，激发学生创新思维，进行科技创造，提高学生专业素养78。1.3 可行性分析国家大力发展职业教育，各地方投入办学经费大大增加，各学校的教室小媒体的普及及微型计算机房的增加，已经足够满足仿真软件对计算机系统的软件和硬件要求，学生集体在机房做虚拟仿真实验条件已经具备。家庭电脑的普及，学生能够有条件完成布置Multisim仿真作业及课前预习、拓展训练分析，为仿真软件教学进一步延伸到家庭提供了条件。学生文化基础知识往往比较薄弱、但对计算机操作能力相对比较强，感知能力，动手能力往往是他们的特长。这些都为开设Multisim软件提供了教学的条件。学生己经厌倦了传统的教

17、育方法，一种图文并茂，形象直观的教学方法更加符合学生的心理特征及其学习习惯，激发他们的学习积极性91.4 主要研究内容Multisim在模拟电子技术中的应用研究包含了许多内容，本设计主要对模拟电子技术基础这门课程里的主要章节进行具体的仿真和分析。模拟电子技术中最重要的是三极管放大电路部分，所以，本设计首先研究的内容就是对三极管放大电路进行仿真可分析。在三极管放大电路中选取了共射极放大电路和共集电极放大电路作为主要研究对象。其次研究的是负反馈放大电路，在模拟电子技术中，负反馈的应用，提高了放大电路的多种性能，所以，要了解模拟电路的精华，必须对负反馈环节有足够的认识。在负反馈电路中选取了电压串联负

18、反馈和电流串联负反馈来作为主要研究对象。接着研究的是集成运放，利用集成运放可以实现加法、减法、积分、微分、对数和反对数运算，不过在使用时要注意选型、调零、消振和加入各种保护 ，由此可见集成运放的重要性。集成运放中选取了加法电路和减法电路作为主要研究对象。最后对滤波电路进行主要研究。滤波电路中高通滤波器作为主要研究对象1011。1.5 采用的研究方法本研究采用的研究方法主要为文献法、理论分析法和实践经验研究法。文献法主要使用在研究的开始阶段，如查阅相关的文献资料，并对文献进行分析、整合，从中提取对自己有用的信息资料。理论分析法主要使用在研究的过程阶段，如三极管放大电路的仿真与分析、负反馈放大电路

19、的仿真与分析等，先通过理论分析，然后通过Multisim软件对理论进行验证说明，这样才可以更好的巩固理论知识。实践经验研究法也使用在研究过程阶段，指的是及时记录在课题研究中来自教师、学生等方面的信息，及时总结、分析每一个模块的成功与失败之处，从而调整模拟方针。通过这些方法，最后对研究的成果进行总结分析12。2 Multisim软件介绍2.1 Multisim软件的技术发展Multisim软件前身是加拿大图像交互技术公司(Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的EWB软件，早在20世纪90年代就在我国得到迅速推广，受到电子行业技术人员的青睐。当系统版本到

20、了Multisim7时候，己经相当成熟和稳定。以后IIT公司截止至今先后推出了Multisim8、Multisim9、Multisim10、Multisim11等几个版本1314。Multisim软件可以对电工电路、模拟电路、数字电路、射频电路、单片机电路等电路进行仿真，克服了传统电子产品设计受实验室客观条件限制的局限性，用虚拟的元件搭建各种电路，用虚拟的仪表进行各种参数和性能指标的测试，花费少、效率高，而且结果快捷、准确、形象。2.2 Multisim软件的特点（1）采用直观的图形界面创建电路，操作方便。整个操作界面就像一个实验平台，软件中的仪器控制面板和操作方式都与实物相似,测量数据、波形

21、和特性曲线直观形象，连线快捷、方便、易学易用。如图2-1所示。图2-1 Multisim操作界面（2）Multisim 软件提供的电路元器件库有 13000 多个元器件。虽然元器件库很大，但由于被分为不同的“系列”，所以可以很方便地找到所需要的元件。它含有所有的标准器件及当今最先进的数字集成电路。数据库中的每一个器件都有具体的符号、仿真模型和封装，用于电路图的建立、仿真和印刷电路板的制作。还有大量的交互元器件、指示元器件、虚拟元器件、额定元器件和三维立体元器件。交互元件可以在仿真过程中改变元器件的参数，避免为改变元器件参数而停止仿真，节省了时间，也使仿真的结果能直观反映元器件的参数的变化；指示

22、元件可以通过改变外观来表示电平的大小，给用户一个实时视觉反馈；虚拟元器件的数值可以任意改变，有利于说明某一概念或理论观点；额定元器件通过“熔断”来加强用户对所设计的参数超出标准的理解；3D 元器件的外观与实际元器件相似，有助于理解电路原理图和实际电路之间的关系。Multisim 除了自带的主元器件库以外，用户还可以建立“公司元件库”，有助于一个团队的使用，简化仿真实验室的练习和工程设计。该软件与其它软件相比，提供更多方法向元器件库中添加个人建立的元器件模型。如图2-2所示。图2-2 Multisim元件库（3）Multisim 软件提供了逻辑分析仪、安捷伦仪器、波特图仪、失真分析仪、频率计数器

23、、函数信号发生器、数字万用表、网络分析仪、频谱分析仪、瓦特表和字信号发生器等 18 种虚拟仪器，这些仪器的功能不仅与实际仪器功能相同，而且控制面板外形和操作方式与实际仪器极为相似。Multisim 10.0 还提供了安捷伦数字万用表 34401A、函数信号发生器 33120A 和示波器 54622D 三个虚拟仪表，这三个仪表不仅与实际仪表具有相同的功能，而且具有完全相同的面板，能完成实际仪表的各种操作。 通过上述虚拟仪器，可以免去昂贵的仪表费用，用户们可以毫无风险地接触所有仪器，掌握常用仪表的使用。（4）元器件放置迅速和连线简捷方便。在虚拟电子工作平台上建立电路的仿真，相对比较费时的步骤是放置

24、元器件和连线，Multisim 可以使学生几乎不需要指导就可以轻易地完成元器件的放置。元器件的连线也非常简单，只需要单击源引脚和目的引脚就可以完成元器件的连接。当元件移动和旋转时，Multisim10.0 仍可以保持它们的连接，连线可以任意拖动和微调15。（5）具备模拟、数字及模数混合电路的仿真。在电路窗口中既可以对模拟、数字电路进行仿真还可以对模数混合电路进行仿真。Multisim10.0还提供了 RF（射频）电路的仿真，提供专门用于射频电路仿真的元器件模型库和仪表，以此搭建射频电路并进行实验，提高了射频电路仿真的准确性。（6）兼容性好。Multisim 作为电路设计工具，它可以同其它流行的

25、电路分析、设计和制板软件交换数据。如 Protel 、SPICE 等。 （7）强大的电路分析功能，可以实时显示测量结果。Multisim 除了提供虚拟仪表外，为了更好地掌握电路的性能，还提供了直流工作点分析、交流分析、失真分析、噪声分析、温度扫描分析、傅里叶分析、传输函数分析、用户自定义分析和最坏情况分析等 19 种分析，这些分析方法能满足电子电路的分析和设计要求，但在现实中有些分析功能是无法实现的。（8）强大的作图功能。提供了强大的作图功能，可以将仿真分析结果进行显示、调节、存储、打印和输出。使用作图器还可以对仿真结果进行测量、设置标记、重建坐标系以及添加网格。所有显示都可以被微软 Exce

26、l、Mathsoft Mathcad 以及 LABVIEW 等软件调用16 。（9）后处理器。利用后处理器，可以对仿真结果和波形进行传统的数学和工程运算。如算术运算、三角运算、代数运算、布尔代数运算、矢量运算和复杂的数学函数运算。（10）Multisim 是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟元器件、仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。能解决传统电子实验过程中繁琐、费时，不便进行观测开路、短路、漏电和过载等问题，非常适合电子类课程的教学和实验17。2.3 Multisim软件的功能Multisim 软件的重要功能体现在电路分析

27、方面，Multisim10.0 提供了 19 种仿真分析功能，使用者可根据仿真电路、仿真目的和要求选择。如图2-3所示。图2-3 Multisim仿真分析类型（1）直流工作点分析(DC Operating Point)。直流工作点分析就是求解电路仅受电路中直流电压源或电流源作用时，每个节点上的直流电压。直流工作点分析是其它性能分析的基础。进行直流工作点分析时，电路中的交流电源置零，电容开路，电感短路，数字器件视为高阻接地。（2）交流频率分析(AC Frequency )。交流频率分析就是对电路进行频率特性分析，进行交流频率分析时直流电源接地，输入信号自动设定为正弦波形式。对某节点的分析，Mul

28、tisim10.0 自动产生该节点电压放大倍数随频率变化的曲线(幅频特性曲线，结果与波特图仪仿真相同)和输出与输入电压的相位差随频率变化的曲线(相频特性曲线)。（3）瞬态分析(Transient Analysis )。瞬态分析是对选定节点进行时域响应分析，即观察节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形，分析结果与示波器仿真相同。在进行瞬态分析时，直流电源保持常数，交流信号源幅值随时间而变，电路中的电容、电感都以储能模式出现。（4）傅里叶分析(Fourier Analysis)。傅里叶分析是求解一个时域信号的直流分量、基波分量和各次谐波分量的幅度，即进行离散傅里叶变换。傅里叶分析在瞬态分析基础上，

29、对时域分析的结果做傅里叶变换，从而得到信号的频谱函数。（5）噪声分析（Noise Analysis）。噪声分析就是分析噪声对电路所产生的影响。由于电路中存在电容、电感和半导体器件，而在这些元器件中又存在寄生电容和杂散电容，加之电路导线之间也会产生电容等多种原因，导致了电路中产生噪音。（6）直流扫描分析(DC Sweep Analysis)。直流扫描分析是分析电路中某一节点的直流工作点随电路中一个或两个直流电源变化的情况。利用直流扫描分析的直流电源变化范围可以快速确定电路的直流工作点。（7）参数扫描分析(Parameter Sweep)。参数扫描分析是检测电路中某个元件的参数，在一定范围内变化时

30、对电路直流工作点、瞬态特性、交流频率特性的影响，这种分析方法相当于该元器件每次取不同的值，进行多次仿真。在实际电路设计中，通过参数扫描分析，可以针对电路某一技术指标，对电路的某些参数、性能指标进行优选。（8）温度扫描分析(Temperature Sweep)。温度扫描分析主要用于研究不同温度条件下的电路特性。通常电路的仿真都是假设在 27下进行的，由于许多电子器件与温度有关，当温度变动时，电路的特性也会产生一些改变。Multisim10.0中的温度扫描仅限于一些半导体器件和虚拟电阻。（9）传递函数分析（Transfer Function Analysis）。传递函数分析是计算两个输出节点的电压

31、或流过某个器件的电流与一个输入源的直流小信号传递函数，还可用于计算电路的输入和输出阻抗。该分析首先将任何非线性模型在直流工作点基础上线性化，求得其线性化的模型，然后再进行小信号分析1819。3 Multisim在教学中的应用研究3.1 在理论教学中的应用研究EDA 的出现，真正为师生搭建了一个开放性的“所想即所得”的高效交流平台。用 Multisim 创建的电路为课堂教学创设了教学情境，把电子元器件、仪器仪表、仿真分析方法同等地提供给教师和学生，使学生产生亲临电子电路的实际环境中的感觉。学生是从虚拟环境的内部向外观察，由旁观者变成电路知识的探究者；课堂上，在教师的提问、启发、引导下，对电路不断

32、地分析、测试、调整，从而完成电路的测试，教学方式灵活、方便。学生的学习过程，是知识意义的不断建构，学生的疑问、新奇的想法等都可以及时验证和尝试。加强了理论联系实际，在进行真实实验前，先用计算机进行仿真实验，既能熟悉元器件和仪器操作，又起到预习试验的目的，所以电路的仿真实验是理论和实践相联系的纽带20。由于模拟电子技术基础课程的复杂性，涉及到很多的数学分析和物理分析，教学内容对学生来说抽象难懂，很多基本电路都要进行静态和动态分析，如静态工作点分析、交流瞬时分析、频率分析等。利用计算机的电子设计自动化 EDA(Electronic Design Automation)软件辅助教学，很好地解决了这个

33、问题，用计算机仿真模拟演示，创设电路情景，有助于学生对基本电路工作原理和概念的理解，加强理论联系实际。用 Multisim 软件来提高教学质量和教学效率，作为教学工具已成为必然。传统的一本书、一支粉笔教师讲到底的课堂教学模式已经满足不了现代化教学的需要，在模拟电子技术基础教学中利用计算机的电子设计自动化 EDA 软件教学，已成为一种必然的趋势21。理论课堂教学是模拟电子技术基础课程学习最关键的一个教学环节。通过实践证明，用 Multisim 软件参与课堂教学能提高课堂教学的质量，主要表现在以下几个方面。A：教学方法新颖，吸引学生的注意力，培养学生学习兴趣。模拟电子技术基础课程就其学科特点来说概

34、念抽象，不易理解，许多学生学习常常感到非常困难，因此容易失去兴趣。用软件创建教学情景，学生不由自主地进入学习情景中，随着老师的引导、启发，自主地开始进行问题的探讨，利用软件创建电路去验证。教学中教师根据学生认知特点精心设置教学情景，使学生置于知识信息的情景中，学生由于好奇心，不断的将自己置于问题情景中，开始主动求解问题的答案，教师真正成为学生学习的主导者，课堂上及时给予学生以激励、纠正和指导。学生还能在教师的指导下完成电路的设计，并用仿真实验去验证，学习不再是一种负担，而是一种兴趣。上课时学生们总感觉时间过得太快了，希望能够再多一些实践机会，课堂讨论也是兴致昂然。兴趣是最好的老师，有了学习的兴

35、趣，学生才会积极、主动地学习。如果学习没有兴趣，学习将成为一种沉重的负担，学生被动地学习，学习效果肯定不理想，教学质量也不会高。因此，培养和激发学生的学习兴趣是学好该课程的关键。全新教学模式，形象生动的实例，提高了学生兴趣，学习自信心增强，有利于提高学生学习模拟电子技术基础理论知识与实践能力。B：提高了教学质量和教学效率。对于一些概念抽象，电路波形变换复杂的过程，传统的教学难以直观地表现，现在借助 Multisim 软件进行仿真，用波形、图形等形式生动形象地进行表现，能够帮助学生更好地理解所学知识，提高教学质量。以往教师讲解电路，分析电路工作原理，有时在画电路图和波形图上要花很多时间，现在用软

36、件模拟仿真分析电路 ，教师可在上课前事先用软件创建好电路，课堂上只需调出电路，按动仿真开关就可以了，提高了教学效率。例如教材第四章多级放大电路，教师讲授放大器级间耦合的方式，多级放大器的频率响应特性时需要在黑板上画电路图和频率特性曲线，举例分析放大器级间耦合的方式，分析放大器频响特性曲线，比较放大器的通频带的宽窄，很费时、费力，部分学生没有耐心等老师画完图，注意力已转到其它地方去了。如果教师用事先创设好的实际电路分析，课堂上只需选择仿真分析功能中的交流分析功能，几秒中就能生成频响特性曲线，若要再比较多级放大器和单级放大器的放大倍数，用示波器也很容易得出结果。这样，大大地节约了时间，将演示实验很

37、方便地搬进了课堂教学，丰富的教学情景，吸引了学生的注意力，使学生进入积极的学习状态。这样，既减轻了教师的负担，又提高了教学的质量和效率。C：丰富了课堂教学内容。教师讲课的内容不再是一本教材讲到底，教师可用软件创建电路，许多以前课堂上无法演示的实验电路，现在可以通过计算机演示出来，许多大胆新奇的想法都可以在计算机上模拟再现出来，也不怕损坏仪器和元器件。教师也可以介绍提供新型实用的电路，教学内容显得很丰富。丰富的教学情景，加深了学生的印象，有助于学生对电路的基本概念和基本原理的理解。以往理论和实践教学常常分离，利用仿真实验，可以将实践教学很好地带到理论课堂中来，在这里仿真实验是理论教学和实践教学的

38、纽带。例如在讲电容滤波电路的工作原理时，因为学生还没有接触过电容元件，电容的性能还不清楚，又加上刚开始学电路，电路分析的方法还没有建立起来，要将电路的工作过程弄得非常清楚是很困难的，所以只能初步理解电容在滤波电路中的作用。采用仿真实验，在接上和断开电容的情况下，用示波器测出两种情况下的输出电压，多演示几次，加深学生的印象，学生有了这样的印象，就会对电容在电路中的作用，电容滤波的工作原理等产生疑问。有了这样的问题，学生才会有兴趣和耐心听老师分析电容滤波的工作过程，从而比较好地掌握电路工作原理。学生在仿真软件设计的问题情景中很快理解和掌握知识，加强了理论联系实际。D：增强了教师与学生的互动性。教与

39、学不是单向的，而是协调与统一的。运用仿真软件进行教学，学生对运动的版面将会兴趣十足，对教师讲解的电路的功能、性能指标非常直观地就能理解，并且可以提出更换电路参数试试，增加教学的互动性和学生进入学习的积极性。在大多数老师教学的实践中，普遍是选择各章节中比较抽象、难讲的教学内容以及教学重点作为演示内容，并且要与教学内容同步，既可以放在理论讲授之后，也可以放在理论讲授之前。但重要的是在演示过程中，教师应该不断向学生提出问题，并与之共同分析讨论电路中出现的各种现象，找出解决问题的方案，引导学生积极地进行定向思维，这样不仅能够活跃课堂气氛，更重要的是能够激发和调动学生学习的主动性和创造性。也就是说，课堂

40、上使用 Multisim 软件进行演示的过程应该是一个与学生相互讨论的过程，在讨论中使学生加深了对基本概念的理解。E：学生自主学习、协作学习的意识和能力有所增强。在教学中以问题开始，以任务驱动，告诉学生如何搜集资料以及搜集哪些资料，指导学生自主确定目标、主动获取信息并对资料进行归纳和整理。以此培养学生的自主学习能力。另外，通过小组协作使学生学会倾听、交流和分享，懂得尊重信任、理解沟通以及互助竞争。在课堂上，经常看到学生之间进行有益探讨和争论，同学们彼此交换观点和看法，发表自己的意见和建议。通过实践，学生之间的协作意识得到提高，促进了学生之间的共同发展和进步22。3.2 在实验教学中的应用研究实

41、验教学也是模拟电子技术基础教学的重要环节，通过实验能够巩固电路基础知识，培养学生的实践技能、动手能力、分析问题和解决问题的能力，启发学生的创新意识和创新思维潜力21。主要表现在以下几个方面。A：克服实验室器材的不足。基于 EDA 技术的电路仿真实验可以克服实验室在元器件的品种、规格和数量上不足的限制，避免损坏仪器等不利因素，可以节省实验费用，缩短实验时间，提高实验效率。学校通常由于缺少实验设备，实验仪器和实验器材缺乏，使实验次数和人数都受到了限制，部分硬件实验无法开展。大多数同学在实验时间内没有机会和时间全面接触和了解实验的仪器和操作实验内容。实验室对实验原材料的消耗又不能及时补充和替换，即使

42、做实验也有很多学生无法做成功。使用软件后，可以调用 Multisim 仪器库和元器件库创建电路，仿真试验的过程中又不怕仪器、元器件的损坏。有的贵重仪器比如逻辑分析仪器、波特图仪、失真分析仪等仪器普通的中学一般没有配置，学生通过软件的使用，开阔了眼界，学到了新的技术和方法。B：为学生提供理想的教学实验环境。虚拟仿真实验的一大特点就是不受实验设备、场地的条件限制，只要有计算机，用 Multisim 软件完全能够仿真模拟各种电路实验，许多实验接近于理想。利用 Multisim 软件设计电路无需附加额外条件，与实际电路运行相同，运行电路的技术指标和数据是真实的。仿真实验有更为优秀的分析技术，例如，在很

43、多仪器仪表中使用游标，使实验数据更易获得，实验现象更为明显，Multisim 软件又具有经典的仿真分析方法，能轻而易举地实现瞬时现象的捕捉，也能把很长时间的现象展现于1秒，这也是实际仪器不能匹敌的。所以开展实际硬件实验可以锻炼学生动手能力，获得直接经验，开展虚拟仿真实验，有助于对实验现象的观察和实验数据的获得，最终有利于实验结论的获得。C：在开展硬件实验的同时，可以辅以仿真实验。过去学生做实验一般使用成品线路板，使用的仪器无非是直流电源，信号发生器、毫伏表、示波器、万用表等常用仪器，每次做实验，无非是将这些线路和仪器接通，进行实验验证，实际电路的连线还是没有得到训练。许多学生进了实验室，只管按

44、步骤做，实验都做完了，也不知道自己做了什么。现在，在做硬件实验前，用计算机仿真模拟真实实验，学生既可以熟悉元器件和仪器仪表的使用方法和电路的连接，又可以进行电路故障设计、分析原因，在做硬件实验就会做到心中有数。另外，学生的新奇想法，也可以在计算机上实现，有利于创新。以往学生进了实验室，教师总是担心学生违反操作规程，担心出事故，担心仪器及元器件的损坏，实验前虽反复讲解实验注意事项，但收效甚微。到了实验室，老师、实验员常常无法分身，顾此失彼；学生进了实验室也束手束脚，怕这怕那，学生完成实验任务非常困难，更别说创新了。现在利用计算机预习实验，学生在进行硬件实验前，熟悉了操作规程，教师也减少了以前的顾

45、虑，这样在做硬件实验时，缩短了实验时间，提高了实验效率。硬件实验和虚拟仿真实验在教学效果上各有所长，硬件实验的作用是毋庸置疑的，它使学生直接面对真实对象，进行真实操作，获得直接经验，这是虚拟实验无法做到的，虚拟实验是硬件实验的有力补充和拓展。D：有利于开展具有创造性的开放式实验。学生在做实验时，在很多时候对实验内容有自己独到的想法。如果用硬件实验来实现，就得重新搭建电路，新增仪器和元器件，又担心万一考虑不周，实验仪器仪表损坏，况且在有效地实验时间内，也不可能实现。利用仿真实验技术，就可以克服这个问题。老师拿出有意义的课题，进行开放式的实验，学生可以在实验中，尽情发挥自己的创造力，对电路进行别出

46、心裁的修改，对电路的分析和测试进行不同的尝试，使学生完全成为实验电路的剖析者和探索者，而又不必担心会损坏任何器件或仪器，这样既拓展了实验范围，又培养了学生的创新意识。E：利用 Multisim 软件，进行实验前的仿真分析.实验通常包括实验预习、实验过程和实验报告三个环节。学生实验前，都要求预习。要求学生认真阅读实验内容，明确实验目的，了解实验步骤、操作过程和实验时注意事项，写好预习报告。这样做目的，一是学生通过阅读和思考，能够熟悉实验内容，避免实验操作的盲目性；二是学生能够参照预习实验报告做实验，便于克服因不熟悉实验内容做实验慢的习惯，使之集中精力做好实验。但一般让学生看讲义预习实验效果较差，

47、教师反复讲解，收效也甚微，写预习实验报告也是应付了事，教学中一直没有找到较好的方法，来督促学生预习实验。用 Multisim 软件来预习实验，提高了学生预习试验的兴趣，达到了预习实验的目的。利用 Multisim 软件学习，可以随时随地进入任何一个实验教学内容，可以多次重复任何一个实验过程和现象，可以为学生创造一个生动活泼、形象逼真的学习环境。学生可以在真实实验前，利用 Multisim 进行实验前的预习，这样的预习效果要比传统的看讲义效果好得多，实验结束后，学生还可以利用Multisim 进行复习、撰写实验报告。Multisim 软件形象生动的模拟仿真实验过程，可以有效地帮助学生回忆起当时做

48、实验的情景。由此可见，针对传统实验教学模式方面的弊端，利用 Multisim 可以解决传统实验教学在预习实验阶段遇到的障碍。实验前，教师根据学生应掌握的实验内容，把要仿真的实验内容和容易遇到的问题以适当的方式给学生，学生根据自己的特点和习惯进行电路仿真。形象生动的仿真模拟实验过程，能使学生比较充分地掌握实验内容、步骤等，比以往教师反复讲解实验内容、注意事项和学生看讲义的效果好得多。教师在整过实验过程中起指导监督作用，实验过程中遇到的问题，可以随时在计算机上通过仿真得到解决。当遇到一些突发事件，也可以在老师的指导下协同解决。仿真实验后，学生可以把预习实验报告及时地交给老师，这样遇到了问题可以及时

49、解决，提高了预习实验的效果26。4 Multisim在模拟电子技术中的应用及效果分析4.1 三极管放大电路的仿真与分析4.1.1 共射极放大电路的仿真与分析（1）直流分析三极管是一个电流控制电流源，三极管的基本方程是集电极电流与基极电流之间的关系 （4-1） 直流工作点是指三极管三个电极的直流电位和直流电流。根据电路分析基本原理可知，由于发射极直接接地，所以基极电位就是三极管b-e结的电压降，由此可以计算出，再通过式（4-1），计算得出和。共射极放大电路的电路图如图4-1所示，。图4-1 共射极放大电路根据三极管的工作原理，首先确定静态工作点。直流通道为输入和输出电容之间的部分。设b-e结压降

50、为0.7V，则可以计算出基极电流为 可得，根据电路分析基本概念，集电极电位为 由此可以估算出基极电位为0.7V，集电极电位为2.62V。说明三极管没有进入完全饱和状态，具有一定的放大能力。在三极管放大器中，为了获得最大不失真输出电压，静态工作点应选择输出特性曲线上交流负载线的中点。若工作点选的过高，易引起饱和失真；若工作点选的太低，易引起截止失真。若测试中，此时三极管进入饱和状态；如果，三极管将进入截止状态。调节可改变三极管的工作状态。图4-1中，所以三极管工作在放大状态。下面通过Multisim进行仿真验证，静态工作点分析如图4-2所示。A：静态工作点分析图4-2 静态工作点分析可以看出，电

51、源电压是9V时，集电极电位是2.7V（前面估算值为2.62V）,基极电位为0.822V（估算中认为是0.7V）。由于集电极电位比较低，容易引起电路饱和，不过是否会引起饱和或者截止失真，与输入信号的幅度和电路的放大倍数有关。图4-1电路输出的波形如图所示，图4-3为输入交流信号为10mA，1KHz时的波形；图4-4为输入交流信号为15mA，1KHz时的波形。图4-3 交流信号为10mA，1KHz时的波形图4-4 输入交流信号为15mA，1KHz时的波形从图4-3可以看出当输入信号为10mA，1KHz的正弦波时，电路具有大约20倍的电压放大倍数，但输出信号并不是完全对称的，说明电路具有一定的非线性

52、。当输入信号增大到15mV时，电路输出信号的非线性特征就更加明显了，如图4-4所示。（2） 交流分析A：交流电压放大倍数给输出端加一个万用表，测量输出电压值为49.929mV，如图4-5所示。图4-5 输出电压值已知输入电压值为，电压增益。又根据，。经计算得电压增益为，与仿真结果基本接近。B：频率特性分析图4-6 频率特性测试电路图频率特性测试电路如图4-6所示。测试原理：对电路输入幅度不变，频率逐步变化的正弦波信号，观察同一频率下输入和输出信号的比值。工程实际中，这个比值采用对数测量方法，即 （4-2） 式中，是输出信号的电压幅度；是输入信号电压幅度。这个比例关系叫做幅频特性。使用波特图仪进

53、行仿真时，需要对其量程进行相应的调整，主要调整频率测量范围和幅度限制范围。波特图仪测量结果如图4-7所示。图4-7 波特图仪测量结果 从图4-7可以看出，当输入信号频率小于20Hz时，电路的增益是41.178dB，放大倍数为的反对数，即218.18倍，而直流和低频信号的放大倍数随频率的增加而增加。直流信号的放大倍数为0，无法通过共射极交流放大电路，因为输入端加入了一个电容。4.1.2 共集电极放大电路的仿真与分析（1）直流分析与共射极放大电路类似，共发射极放大电路的静态工作点分析也是要求三个电极的电位和电流，直流通道为输入输出电容之间的部分。设b-e结压降为0.7V，。电路图如图4-8所示，静

54、态工作点如图4-9所示。 （4-3） （4-4） （4-5） （4-6） （4-7） （4-8）将，带入，然后通过式（4-3）到（4-8）可以计算出直流工作点，。通过Multisim进行验证。图4-8 共集电极放大电路A： 静态工作点分析图4-9 静态工作点分析通过图4-9得和与估算结果基本相近，因为基极电位0.7V是估计值，同时没有考虑到三极管的非线性，认为是常数，所以数值不是很精确。（2）交流分析A：交流放大倍数交流放大倍数，电压放大倍数小于1，而且基本接近于1。所以，共集电极交流放大电路的最大放大倍数接近于1，并且输出信号与输入信号的相位相同，尽管集电极放大电路没有电压放大的能力，但此时

55、的输出电流为，提供了较大的输出电流。输入输出波形如图4-10所示。图4-10 输入输出波形B：频率特性分析共集电极电路交流分析的基础也是低频小信号，所以，也要考虑怎样的信号属于低频小信号，以保证电路工作正常。把示波器换成波特图仪时测量结果如图4-11所示。从图4-11可以看出，尽管放大倍数小于等于1，但其频带比共射级电路宽了许多，其1dB开始时的频率为2.194Hz，而共射极放大电路的最低频率为20Hz。 图4-11 虚拟三极管波特图仪测量结果仿真时将虚拟三极管换城实际三极管，如2N2222，则仿真结果如图4-12所示。图4-12 实际三极管波特图仪测量结果由图4-11、4-12可以看出共集电极的频带宽度比较宽，低频高频信号都可以通过。当信号的频率高于1MHz后，其放大倍数随着信号频率的增加而减少，直到接近0。这是因为当信号超过三极管的允许频率后，三极管低频小信号模型不再适用，而只能用于频率相关的小信号模型。信号中不同频率成分通过电路后相位也发生不同的移动，根据傅里叶技术的概念可知，波形不同、相位不同的合成结果，就意味着波形不同。所以，电路的频率特性不仅影响放大倍数，同时还将影响波形的失真程度。分析指出共集电极交流放大电路在低频小信号工作状态下，放大倍数总是小于1，并且输入信号