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关于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ８在《模拟电子技术》教学中的应用
作者：张 欣
关键词：Multisim8；模拟电子技术；理论教学；实践教学；仿真；分析
《模拟电子技术》是电子信息类专业必修的一门技术基础课，也是一门理论和实践紧密结合的课程。学生通过该课程的学习，获得电子元器件和功能电路及其应用的基本知识，掌握电子技术基本技能，培养创新意识和实践能力，为将来从事电子技术工作打下良好的基础。
随着计算机应用技术的不断发展，电子设计自动化技术（EDA－Electronic Design Automation）在电子技术中的应用日趋广泛。EDA技术是在电子计算机辅助设计技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。随着该技术的日臻完善，现代EDA技术得到了广泛使用。在《模拟电子技术》教学中引入EDA软件，为更新教学设备、改革教学方式方法、改善教学手段提供了先进的技术支持，有利于学生对课程内容的学习和综合素质的培养。因此，EDA作为辅助教学工具，其作用非常突出。
Multisim8概述
Multisim8是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，它是加拿大Interactive Image Technologies（IIT）公司于20世纪80年代末推出的电子线路仿真软件Electronic WorkBench（简称EWB）的升级版。
Multisim8具备模拟、数字及模拟/数字混合电路的仿真功能，其系统集成度高，用来创建和定位电路的工作面灵活、直观，元件和模型种类繁多，元件放置迅速，连线简捷方便；提供了数字万用表、函数信号发生器、瓦特表、示波器、波特图仪、频率计、逻辑分析仪、安捷伦仪器等19种在电子电路分析中常用的仪器仪表，这些虚拟的仪器仪表的参数设置、使用方法和外观设计与实验室中的真实仪器基本一致。Multisim8还提供了直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、噪声分析、传输函数分析等19种仿真分析方法，此外还能进行射频、PSPICE、VHDL等方面的仿真，并提供了更为方便的电路图和文件管理等功能。
电路仿真分析应用实例
晶体管单管放大电路是最常见的低频小信号放大电路，对其进行测试分析是模拟电子技术应用的重要基础，下面以基极分压式射极偏置电路为例说明Multisim8的仿真运用。
创建仿真电路在Multisim8的仿真环境下创建的电路如图1所示。
仿真分析（1）直流分析：晶体管的合理静态设置是放大器正常工作的根本保证。在对电路进行直流工作点分析时，电路中交流信号源置零，电容视为开路，利用Multisim8提供的直流静态工作点分析功能测出各主要节点电压值如图2所示，从结果看出三极管工作在放大区。（2）交流分析：交流分析是对电路的交流频率响应分析。交流分析的结果如图3所示，图中显示该放大电路的上限频率为21.3399MHz，下限频率为135.6767Hz，通频带约为21.3398MHz，稳频时的增益约为77.8506。
由上述分析可见，Multisim8的教学针对性强，能够巩固扩展基础理论知识，并能通过仿真实验实现实践和理论的紧密结合，运用到《模拟电子技术》教学中具有重要意义。
Multisim8在《模拟电子技术》理论教学中的应用
有利于对基本概念、基本电路和基本分析方法的理解随着电子技术的飞速发展，新的器件和电路层出不穷，模拟电子电路也随之千变万化，因此在学习该课程时应注意抓住本质，重点掌握基本概念、基本电路和基本分析方法，全面、辩证地分析模拟电子电路中的问题。这既是该课程的重点，也是特点，这些特点同时增加了学习和掌握本课程的难度。Multisim8作为一种辅助教学手段，运用在理论教学上有助于加深学生对概念、原理的理解。Multisim8提供的元器件库非常丰富，还含有大量的交互元件、虚拟元件等，虚拟元件的数值可以任意改变，仿真结果即是该电路的理论值，这对于说明概念和验证电路原理极为方便。Multisim8的仿真功能强大，能实现电路的功能模拟和特性分析，同时提供相当完整而详细的数据资料，有助于数学分析更好地与物理概念的阐述相配合，从而加强对电路物理过程的理解。
有利于实现理论教学的形象化、生动化与其他的电路仿真软件相比较，Multisim8改变了有些电路仿真软件输入电路采用文本方式的不便之处。仿真手段切合实际，选用元器件和仪器与实际情形非常相近。绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取，界面操作直观。Multisim8几乎能对《模拟电子技术》课程中所有的基本电路进行仿真，显示仿真电路工作的实际效果，测量有关参数，分析工作状态，测试和分析结果以数字或图形的方式显示，并能随时调整参数，观测元件参数的改变对电路的影响，使课程内容可视化、抽象的理论形象化、枯燥的电路特性分析生动化，以计算机的特有方式展现出电子世界的丰富内容，有利于激发学生的学习兴趣，降低学习难度，加深学生对模拟电路的认识、理解。
有利于学生对课程内容的主动学习和思考Multisim8丰富的元器件和强大的仿真分析功能为学生自主学习创造了条件。学生可将有疑问的电路直接创建在图形界面处进行仿真，由于仿真测试和修改电路方便易行，还能设置各种元件故障，观测开路、短路、漏电和过载等非常情况的影响或后果等，排除了原材料消耗和仪器的损坏等因素，且不受时间、地点的限制，设计的新方案随时可得到检验，有助于学生发现问题、探究问题、解决问题，提高自学能力。在处理习题方面，对模拟电子电路的分析与计算结果的正确与否也能通过仿真实施验证。由于电路创建方便，仿真过程互动性强，测量结果可靠，信息反馈迅速，能促使学生积极思考，提高学习主动性，有利于培养分析问题和解决问题的能力。
仿真技术在《模拟电子技术》实践教学中的应用
有利于改革实践教学模式，更新实践教学方法实验是《模拟电子技术》课程中重要的实践性环节。Multisim8是一个非常优秀的虚拟电子实验平台，被誉为“计算机中的电子实验室”。利用它提供的虚拟仪器进行模拟电子电路实验，比在实验室中更灵活，主要表现在：（1）学生能够在计算机屏幕上直接模仿真实实验室的工作台来搭建电子电路，观察仿真电路的实际运行情况，掌握仪器的使用和正确的测量方法。（2）仿真实验不受仪器设备、元器件品种、数量等限制，能针对不同目的开展验证性、测试型、设计型、纠错型、创新型等实验，给学生提供更多的训练机会。（3）仿真实验处于理想化条件，不受接触不良、元器件损坏、仪器不稳定等因素的影响，能够迅速进入分析和测试状态，突出实验主题。（4）可以验证和扩展器件及电路性能，扩大研究范围，增加实验容量。通过仿真实验，能帮助学生更好地熟悉实验要求，掌握测试方法，巩固理论知识，提高运用理论分析、解决实际问题的能力。电子电路设计是具有综合性的实践教学环节。利用Multisim8软件仿真，能改变传统电路的设计和调试手段，大大提高工作效率。Multisim8的仿真分析功能可对模拟电路的各种数据进行模拟测试和特性分析，易于确定设计方案的可行性，并能验证技术指标能否达到设计要求。设计的电路可能存在错误，导致调试时损坏元器件或仪器的情况在电路仿真中出现，但不会造成经济损失。对电路中只能依据经验来确定的元器件参数，用仿真的方法很容易确定，而且电路的参数容易调整，便于选择最佳元件参数，Multisim8的分析功能还能有助于确定最佳电路结构以及适当的系统稳定程度，从而实现电路的优化设计。实践性是《模拟电子技术》课程的主要特点之一，学生只有经过实践环节的严格训练，才能巩固和加深理论知识，提高运用理论分析、解决实际问题的能力。在实践教学中引入仿真技术，带来实践教学手段的自动化和现代化，从而有利于改革实践教学模式，更新实践教学方法，提高实践教学质量。
有利于综合应用能力和创新意识的培养将Multisim8软件与实践教学相结合，使学生在模拟电子电路的测试和设计方面有更大的自主性，从而提高实验技术的运用能力和电路设计能力。通过仿真实验，使学生能深刻理解测试原理及测试参数，提高知识的综合分析能力。在电路设计过程中，学生需要综合运用有关知识选择方案、查阅电子器件手册、合理选用或代换器件、设计单元电路、计算参数，通过仿真看到设计结果及仿真过程所出现的种种问题并加以解决，培养设计开发能力。仿真技术使定量计算更加准确和精确，在设计时更能侧重于电路结构的构思和设计，突出定性分析，有利于深化学生的知识层次，提高综合实践应用能力，培养创新意识。
软件仿真有许多优越处，但仿真毕竟是虚拟的，仿真实验不能取代硬件实验，要真正提高实践动手能力还必须经过实际操作这一环节。因此，应充分发挥各种教学优势，将仿真技术与理论教学、实践教学有机结合，更好地培养学生理论联系实际的能力，进一步提高创新意识。
参考文献：
[1]陈梓城.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2003.
[2]王冠华，王伊娜. Multisim8电路设计及应用[M].北京：国防工业出版社，2006.
作者简介：
张欣（1971—），女，重庆市人，讲师，主要从事电子技术教学与研究工作。（本栏责任编辑：周秀峰）