基于Multisim的模拟电子技术实验教学设计

来源:用户上传      作者:

　　摘 要 针对模拟电子技术理论性、工程型、实践性强的特点，将Multisim仿真融入到实验教学中，在理论教学后和搭建实际实验电路前进行基于Multisim的设计电路和仿真电路的环节，从而有助于学生对理论知识的掌握和运用，提高构建实际电路的成功率。本文以设计实现模拟信号的混合运算实验为例进行分析，结果显示加入Multisim仿真环节的实验教学大大提高了学生自主设计调试电路的能力，提高了理论知识的实际应用能力。
　　关键词 Multisim 仿真 实验教学
　　中图分类号：G712 文献标识码：A
　　0引言
　　模拟电子技术是高校工科的专业基础课，也是一门极具实践性的课程。传统的实验教学方法存在的一些弊端：（1）传统实验教学模式通常教师先要对实验进行讲授和演示，但由于班级授课人数较多，教师无法保证每个学生都能清楚地了解具体的操作步骤。（2）学生分组实验，并不是每个人都动手操作，动手能力得不到锻炼。（3）传统模式中学生往往处于被动接受的状态，学习的主动性得不到发挥，也不利于激发学生的创造力，限制了学生的个性化发展，学生解决实际问题的能力也缺乏锻炼。
　　Multisim是美国国家仪器 （NI） 有限公司推出的基于 Windows平台的仿真工具，是模拟、数字电路等电子电路设计的专业软件。它具有图形界面形象直观、操作简单易学、电路元件库丰富、仿真结果可靠、有多种强大的电路分析方法等优点。因此，本文提出了添加基于Multisim仿真环节的实验教学模式，该模式的实施步骤为：（1）课上教师讲解理论知识，布置与理论知识相应的实验任务，告知要求完成实现的基本功能;（2）课下学生根据实验任务要求，自主设计实验方案、步骤和实验电路，并应用Multisim软件进行仿真，调试，确定最终设计方案、电路和元器件;（3）学生根据设计电路，进行实物搭建，调试，完成实验内容，达到任务要求。（4）课上学生阐述设计理念，展示实际电路完成的功能，教师点评，实验结束。整个过程中由于学生自主设计方案和电路，因此会出现不同样式的电路设计方案，这种基于Multisim仿真的实验教学过程有效地提高了学生在学习过程中的积极性与自主性，锻炼了学生的自主学习能力、问题反馈能力以及理论知识的实际应用能力。
　　1基于Multisim的模拟电子技术实验仿真
　　本文以设计实现模拟信号的混合运算为例进行分析。本实验要求实现的功能为：实现输出电压u0和输入电压ui1、ui2、ui3之间满足u0=0.2ui1-10 ui2+1.3 ui3的表达式。
　　（1）实验前基础：课上教师已经讲授了反相输入求和电路和同相输入求和电路的电路特点、工作原理、输入电压和输出电压的关系式。
　　（2）传统实验中的问题：①实验原理图老师直接给出，学生按图搭建电路，缺少了自主设计电路的机会。②对已受理论知识理解不深刻，对实验电路工作原理不清楚。③遇到类似实验，举一反三能力差。
　　（3）基于Multisim的实验仿真学生需要思考的问题：①电路自主设计，学生首先应彻底弄懂老师讲解的反相輸入求和电路和同相输入求和电路的特点、输入电压和输出电压的关系式。在此基础上思考，模拟信号的混合运算应该采用哪种电路来实现？怎样实现？②根据设计方案，选用哪些型号的元器件？
　　（4）实验结论：通过仿真电路学生总结出：①根据同相输入求和电路参数不易确定的缺点，此实验宜选用两级反相输入求和电路来实现。②首先将ui1和 ui3通过集成运放A1进行反相求和，然后将输出结果u01再与ui2通过运放A2进行反相求和。③电阻间需选择合适的参数使得输入电压和输出电压之间满足系数要求。仿真图如图1所示：
　　2总结
　　本文以基于Multisim仿真的模拟信号混合运算实验为例，验证了加入Multisim仿真环节的模拟电子技术实验教学在检验学生理论知识的理解程度、激发学生的自主学习能力与创造力、锻炼学生的动手能力等方面都发挥了很大的作用。
　　 基金项目：河北省高等学校人文社会科学研究项目（GH161055），河北农业大学第十批教学研究项目（2018YB28），河北农业大学第九批教学研究项目（2015YB20），保定市科学技术研究与发展指导计划项目（18ZG008）。
　　参考文献
　　[1] 程春雨，吴雅楠，马驰等.模拟电子技术实验教学改革与实践[J].实验科学与技术，2014，12（06）：71-73.
　　[2] 王帅，张莹，孙艳.虚实结合的电路原理实验教学模式探索[J].实验科学与技术，2015，13（05）：135-137.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15258638.htm