Multisim仿真软件在电子技术实验教学中的应用及效果分析 潘学文;赵全友;杨振南
2011年江苏高考数学
【摘 要】北美论坛小说文学区
针对电子技术实验教学过程中存在的设备有限、损坏和老化等问题,利用multisim强大的电路仿真分析功能,辅助电子技术实验教学,对模电实验中的单管放大电路进行仿真分析.仿真结果表明,该教学方法实用性强,不仅可方便地修改电路参数,直观地查看仿真结果,而且能降低教学成本,提高实验教学质量,提高学生的电路分析和设计能力. 【期刊名称】《湖南科技学院学报》
【年(卷),期】2016(037)005
【总页数】4页(P40-43)
【关键词】电子技术;单管放大电路;实验教学;multisim仿真
【作 者】高校人才培养模式潘学文;赵全友;杨振南
【作者单位】湖南科技学院 电子与信息工程学院,湖南 永州 425199;湖南科技学院 电子与信息工程学院,湖南 永州 425199;湖南科技学院 电子与信息工程学院,湖南 永州 425199
【正文语种】中 文
立方氮化硼砂轮【中图分类】TN710.2
目前，大部分院校电子技术基础课程《模拟电子技术》和《数字电子技术》的实验教学都是在实验室进行实物实验，实验仪器不足，实验课时少，实验完全依赖仪器，而且电子元器件损耗大、成本高、难度大，实验效果并不理想，很多同学无法完成实验[1-2]。
利用Multisim强大的电路仿真分析功能开展电子技术仿真实验教学，可大大提高实验教学质量[3-4]。在实验教学中，可选取有代表性的实验，先利用Multisim仿真软件进行仿真实验，然后再到实验室完成硬件电路实验，可以节约实验时间，降低实验成本，提高实验效率和实验教学质量。由于仿真实验是计算机辅助电路设计，是一种基于数学建模的纯软件仿真，不需要具体的硬件电路就能完成实验，并且电路搭建、元器件更换及电路参数修改极为方便，电路运行结果可实时观察，是电子技术课程理论联系实际的一条可靠途径，同时也能提高学生的电路分析、设计能力，激发学生的学习热情和创新意识 [5-8]。
johnnashMultisim是美国国家仪器公司（National Instrument，简称NI公司）推出的一款用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。Multisim仿真软件一经推出就得到电子技术教育专家的青睐，在教育领域取得了巨大成功，是当今电子教育领域使用非常广泛的一款专用EDA软件[9]。Multisim仿真软件具有友好的界面、丰富的元器件库、虚拟仪器、操作便捷等优点，能够实现模拟电路、数字电路、高频电路、电力电子、单片机电路等仿真，也能实现PCB电路板和自动布线设计，完全可以满足电子技术教学和科研的需求。因此，越来越多的院校采用Multisim进行电子技术仿真教学 [10-11]。
下面以模电实验中最基本的实验——单管放大电路实验进行仿真分析，说明Multisim软件在实验过程中的应用及效果分析。
3.1单管放大电路描述
实验电路原理图如图1所示。p、通过电源为发射结提供正向电压（即正向偏置）。电源通过为集电结提供反向偏置电压，并为整个放大器提供能量。晶体管的放大作用是将输入端的一个能量较小的信号通过晶体管产生一个能量较大的信号，输出信号的能量来源是直流电源。是集电极电阻，主要有两方面的作用，一方面它连接电源和集电极形成直流电路，
为集电极提供直流偏置；另一方面在交流通路中，它作为负载能够实现把输出电流的变化转化为输出电压的变化，以实现电压放大作用 [12]。
放大器的本质是不失真地放大交流小信号，以实现输入小信号对输出信号的控制作用。要使放大器不失真地放大交流小信号，放大器必须要设置合理的静态工作点，以保证放大管在整个工作区间工作在放大区 [13]。
3.2静态工作点分析
确定静态工作点的方法是动静结合，反复调整输入信号和p [14]。按图1进行电路连接，将接入到电路中，（断开），加上频率为1 kHz，幅度为5 mv的正弦波信号（由函数发生器生成）。加上示波器，示波器的A通道接输入端，示波器的B通道接输出端，运行软件仿真按钮进行仿真，双击电路图中示波器图标，调整波形至合适的刻度，可以实时的观察输入和输出波形。调整输入信号的大小和调节电位器p的阻值（按A键阻值增大5%，按Shift+A键阻值减小5%），直至波形无失真且=6.4v（由万用表或电压表测得），可认为电路的静态工作点基本合适。静态工作点确定后，将输入信号置为0mv，由仿真结果可知，=6.416V，=0.716V，=2.792mA，p =500kΩ。
3.3动态性能指标分析
1）电压放大倍数
在放大电路调至合适的静态工作点的时候，在输入端加入输入信号（频率1kHz，幅度为5mv的正弦波信号），用电压表测出输入电压和输出电压的值。
可见，电压放大倍数跟集电极电阻和负载有关，集电极电阻增大，放大倍数增大，接入负载后电压放大倍数减小，仿真结果跟理论分析是吻合的。
2）输入电阻和输出电阻
输入电阻是指放大电路输入端的等效电阻，在电压放大电路中，输入电阻越大，输入电流越小，则放大电路从信号源吸取信号幅度的就越大；输出电阻是指放大电路输出端的等效电阻，在电压放大电路中，输出电阻越小，则放大电路带负载能力的越强[13]。
输入电阻：
输出电阻：
3）频率响应
使用Multisim软件提供的波特图示仪可测出放大电路的频率响应[15]。将波特图示仪连接在电路中，如图2所示。运行仿真，双击波特图示仪，放大电路的频率响应如图3所示。
由图可读出放大电路的下限频率=7.574mHz，上限频率=14.581MHz，则通频带W==14.581MHz。
生产测井4）最大不失真输出幅度
最大不失真输出幅度是指放大电路在不失真的情况下最大输出电压幅度。在实验中，首先设置放大电路合理的静态工作点，然后逐渐加大输入信号，观察输出信号的波形。如输出波形首先出现削底，则发生了饱和失真，此时应调大p，静态工作点向下移动，减弱饱和失真现象；如输出波形首先出现顶部波形压缩，则发生了截止失真，此时应调小p，静态工作点向上移动，减弱截止失真现象；逐渐加大输入信号和反复调整p，直至饱和失真和截止失真同时发生，此时放大电路的静态工作点位于交流负载线中间，是最佳工作点。然后，适当减小输入信号，同时观察输出信号，当输出信号刚好出现不失真时，测出输出电压即为最大不失真输出幅度。
在=2k, =2.7k的条件下，反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出=1.954V（有效值），则动态范围等于=5.51V。
本文利用Multisim对单管放大电路实验进行了仿真，分析了放大电路的静态工作点和主要动态性能指标。仿真表明：这是一种方便易行、安全有效的方法，能启发学生从验证性实验的传统思维过渡到对电路的分析、故障的排查和电路的设计；降低了实验成本，可解决设备有限、损坏和老化等问题。经过实践教学，在实验教学过程中，先进行仿真实验，帮助同学们熟悉实验过程，观察实验现象，理解实验原理，然后用实际元器件安装调试电路，可提高在实验教学质量和效率。
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