Multisim仿真软件在模拟电子技术教学中的应用

Multisim仿真软件在模拟电子技术教学中的应用

湖北理工学院 陶彪 南光群

摘要：模拟电子技术教学中引入Multisim仿真软件，可将枯燥的电路工作过程通过动画、波形形象直观的展现在学生面前、辅助教学效果很好。Multisim仿真软件是近几年国外较新的仿真软件，其界面简单，功能丰富，易学易用，在教学和工程设计中均可大量应用。我们以负反馈对放大电路的性能影响为例，在给定参数的情况下做Multisim的仿真，通过仿真波形及波特图等可以生动的展现Multisim的强大功能，在辅助电路分析上优势明显。 关键词：Multisim、仿真、模拟电子技术、教学、波形、波特图

1、引言

模拟电子技术是电类相关专业的一门技术应用性较强的专业基础课。该课程既有较抽象的理论分析又有较具体的实践应用，传统教学中，理论分析和具体实践相对较为脱节，对其进行理论分析时，很抽象不够直观形象，学生难以理解与接受，从而形成“模拟电子技术”难学的思想障碍，极大地打击学生自主学习“模拟电子技术”课程的积极性。计算机仿真技术和多媒体技术的普及和发展，拓宽了教学模式，使得“模拟电子技术”的教学内容形象化。课堂教学不再仅仅局限于理论内容，而是理论与实践浑然一体，既丰富了教学内容，又让枯燥无味、难以理解的复杂事物形象直观地展现在学生面前，大大提高了学生参与学习的积极性。有助于提高学生对其基本理论及应用电路的理解。 2、Multisim仿真软件简介

Multisim仿真软件是加拿大IIT公司推出的基于Windows的电路仿真软件。该软件采用交互式界面，形象直观，操作方便，具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器，同时具有强劲的分析功能，因而得到了广泛的应用。Multisim仿真软件提供了丰富的元器件，这些元器件包括现实元件和虚拟元件。现实元件是指给出了具体的型号，它们的模型参数是根据该型号元件参数的典型值确定的。而虚拟元件则没有给出具体的型号，其参数是根据这种元件各种型号参数的典型值确定，它的某些参数可以由用户根据自己的要求任意设定。从而对教学实验的仿真带来了方便。Multisim仿真软件还提供了种类繁多、方便实用的虚拟仪器。这些虚拟仪器的连接与操作方式和实验室中的实际仪器相似，比较方便。这对模拟电子技术的教学与实践提供了方便，可以极大地丰富教学内容，将枯燥无味的放大电路的输入与输出之间的关系以数字或图形的方式实时显示出来，形象直观。从而活跃课堂，既有利于提高学生学习本门课程的积极性，又可加深学生对电路理论的理解。 3、Multisim仿真软件在模拟电子技术教学中的应用

Multisim是用于电子电路仿真和设计的EDA工具软件之一，将其应用到课堂演示教学中，可以对所讲述电路的各种参数进行即时分析，也可以即时模拟各种实验过程，极大地提高了模拟电子技术课程的趣味性和直观性，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。

我们在讨论负反馈对放大电路性能的影响时，会讨论负反馈对放大电路通频带、输入电阻和输出电阻产生影响。如果是传统教学会很抽象、很枯燥，难以让人引起学习兴趣。但如果将仿真引入课堂教学呢？如图1所示，我们不难分析图示电路当开关K闭合时，电路引入了电压串联负反馈。那么引入负反馈以后对输入、输出电阻以及通频带有何影响呢？

（1）开关K断开时，放大电路没有引入级间负反馈。当加入正弦输入电压Us=1mV时，利用虚拟示波器不难看出，放大电路的输出波形无明显失真(如图2所示)。此时利用虚拟仪器可测得Ui=0.98549mV，Uo=866.004mV，Ii=93.044nA。可见，无反馈时两级放大电路总的

U电压放大倍数为AUS?o?866.004?866，输入电阻为Ri?Ui?0.98549?10.59kΩ。

US1Ii93.044?10?3'若将负载开路，测得Uo?1.732 V，则放大电路的输出电阻为

' Uo1.732Ro?(?1)RL?(?1)?3?3 kΩ。

Uo0.866利用Multisim的交流分析功能，测量放大电路的波特图，其分析结果如图3所示。

XSC1GTAB0VCC15VVCCRb22C22VT110μF5120kΩ610μFVT2Rc23kΩC38XMM210C1910μFRc110kΩRb12200kΩ1XMM3XMM1Rb1150Ω3Re11100ΩRb2130kΩCe1100μF7RL3kΩ0Re2600ΩCe2100μF12UiRb1150kΩ4Re123kΩ1.414mVpk 1kHz 0Deg RF1kΩ11KKey = Space

图1 电压串联负反馈放大电路仿真电路

图2 未引入级间负反馈时输入与输出电压波形

图3 未引入级间负反馈时时放大电路的波特图

（2）开关K闭合时，放大电路引入级间负反馈。当加入正弦输入电压Us=1mV时，利用虚拟示波器不难看出，放大电路的输出电压的幅度明显下降，但波形更好(如图4所示)。此时利用虚拟仪器可测得Ui=995.815uV，Uo=10.693mV，Ii=26.866nA。可见，引入电压串

U联负反馈时两级放大电路总的电压放大倍数为Aus?o?10.693?10.693，说明引入负反馈

Us1后电压放大倍数下降了。输入电阻为Ri?Ui?995.815uV?37.07kΩ。若将负载开路，测得

Ii26.866nA'Uo10.72 mV，则放大电路的输出电阻为U?10.72Ro?(?1)RL?(?1)?3?7.575 Ω。 Uo10.693'o利用Multisim的交流分析功能，测量闭环放大电路的波特图，其分析结果如图5所示。

图4 引入级间负反馈时输入与输出电压波形

图5 引入级间负反馈时时放大电路的波特图

通过仿真分析，很显然不难得出：（1）引入电压串联负反馈后，放大电路的电压放大倍数大大下降，说明电路引入级间深度负反馈。（2）引入串联负反馈可提高放大电路的输入电阻，但由于串联负反馈只是提高反馈环路内的输入电阻，而Rb11和Rb12因不在反馈环路内，因此总的输入电阻提高不是很多。（3）由于放大电路引入级间电压负反馈，因此放大电路的输出电阻大大降低。（4）当放大电路未引入级间负反馈时，放大电路未接负载和接有负载输出电压变化很大，而引入级间负反馈时，输出端负载接入与否，输出电压变化很小，几乎没有变化，说明电压负反馈具有稳定输出电压的目的，同时也说明引入负反馈后可提高放大倍数的稳定性。（5）与未引入级间负反馈相比，引入级间负反馈后，输出电压的波形质量明显改善，说明负反馈可改善放大电路的非线性失真。（6）引入负反馈后，中频电压放大倍数下降了，但放大电路的下限频率降低了，而上限频率大大提高了，因此，引入负反馈后可拓展放大电路的通频带。同样，我们也可以通过对电流并联负反馈放大电路进行仿真分析，不难得出：电流负反馈由于只能提高放大电路反馈环内的输出电阻，当反馈环路外存在电阻时，对输出电阻影响不大。并联负反馈则会大大降低放大电路的输入电阻。 4、结论

将Multisim仿真软件引入模拟电子技术的课堂教学，可使教学更形象、灵活、更贴近工程实际。可大大提高学生分析解决问题的能力，有助于加深学生对电路原理的理解，极大地提高了学生对电子电路学习的兴趣。

参考文献

[1]杨素行主编.模拟电子技术基础简明教程[M].(第三版).北京:高等教育出版社，2006. [2]郑步生，吴渭编著, Multisim2001电路设计及仿真入门与应用.北京:电子工业出版社，2002.