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[導(dǎo)讀]Multisim實現(xiàn)虛擬實驗環(huán)境設(shè)計

為了達(dá)到解決電子技術(shù)課堂教學(xué)脫離實踐問題的目的,采用EDA工具M(jìn)ultisim仿真的方法,以單級阻容耦合共射放大電路為例,搭建仿真電路,建立虛擬實驗環(huán)境。通過運行仿真,描述利用此環(huán)境開展教學(xué)的過程,探討電子技術(shù)虛擬實驗環(huán)境的創(chuàng)設(shè),得到在此環(huán)境下開展理論與實戰(zhàn)相結(jié)合的教學(xué),可以解決課堂教學(xué)存在問題,提高教學(xué)效果的結(jié)論。

  1 Moltisim簡介

  Multisim是最新EDA工具之一,是以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具,包含原理圖和硬件描述語言輸入工具,具有豐富的仿真分析能力,用于板級的電子電路設(shè)計。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容,設(shè)計者無需深入了解SPICE技術(shù)就可進(jìn)行仿真、分析和設(shè)計。

  Multisim的重要特征包括:通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境,輕松設(shè)計電路;通過交互式SPICE仿真,迅速了解電路行為;借助高級電路分析,理解基本設(shè)計特征;通過一個工具鏈,無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試;通過改進(jìn)、整合設(shè)計流程,減少建模錯誤并縮短建模時間。

  Multisim經(jīng)過多個版本的發(fā)展,目前普遍使用Multisim 10。Multisim與Labview完美結(jié)合,用戶可以根據(jù)需求制造出屬于自己的儀器,教育工作者可以方便地把理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來,解決理論教學(xué)與實驗相脫節(jié)的問題。

  2 電子技術(shù)虛擬實驗環(huán)境創(chuàng)設(shè)

  電子技術(shù)課程理論系統(tǒng)性強,概念抽象,對學(xué)生實踐能力要求高。利用EDA工具,選擇課程中的重點和難點內(nèi)容進(jìn)行實驗仿真,創(chuàng)設(shè)虛擬實驗環(huán)境,開展以模擬、仿真實驗為基礎(chǔ)的計算機輔助課堂教學(xué),通過實驗驗證理論和“實驗結(jié)果”的反復(fù)重現(xiàn),增強抽象概念的直觀性,加強學(xué)生的認(rèn)知、理解和記憶強化;通過學(xué)生參與實驗過程,增強課堂的互動性和趣味性,達(dá)到培養(yǎng)能力,提高教學(xué)效果的目的。

  模擬電子技術(shù)課程可創(chuàng)設(shè)的虛擬實驗環(huán)境有:阻容耦合放大電路、差分放大電路、兩級阻容耦合放大電路、負(fù)反饋放大電路、電壓比較器、互補功率放大電路、正弦波振蕩電路、和整流-濾波-串聯(lián)穩(wěn)壓電路。

  數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中可以創(chuàng)設(shè):集成門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路、555定時器及其應(yīng)用、D/A及A/D轉(zhuǎn)換器。

  3 應(yīng)用舉例

  本文以單級阻容耦合共射放大電路為例,介紹基于Multisim技術(shù)的虛擬實驗環(huán)境的創(chuàng)設(shè)。

  通過阻容耦合放大電路實驗環(huán)境,可以開展工作在放大狀態(tài)下三極管電流分配關(guān)系,靜態(tài)工作點與三極管飽和、放大、截止三個狀態(tài)之間的關(guān)系,工作點與溫度的關(guān)系,元件參數(shù)對放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的影響等實驗演示教學(xué)。

  

 

  根據(jù)教學(xué)需求,創(chuàng)設(shè)實驗環(huán)境,在Multisim上搭建測試電路,圖1為單級阻容耦合共射放大電路,圖2為靜態(tài)測試電路。設(shè)置實驗所需的信號發(fā)生器、電流表和示波器,調(diào)整好測試參數(shù)。[!--empirenews.page--]課堂教學(xué)中,借助創(chuàng)設(shè)的實驗環(huán)境,運行電路仿真,可以開展如下的實驗演示教學(xué)。

 

  在圖2電路中,接通直流電源,觀察三極管的工作狀態(tài),加深學(xué)生對靜態(tài)工作狀態(tài)的理解,消除在靜態(tài),即沒有變化信號輸入時,三極管沒有工作電流的認(rèn)識誤區(qū)。

  在圖2電路中,改變電路元件R1,R2和V2的參數(shù),觀察靜態(tài)工作點Q的變化,加強學(xué)生對電路參數(shù)決定靜態(tài)工作點位置的掌握。

  

 

  在圖1電路中,信號發(fā)生器輸入變化信號,通過雙通道示波器觀察實際電路波形輸出結(jié)果,如圖3所示,使學(xué)生加深對共射放大電路放大情況,輸出與輸入相位關(guān)系的理解與認(rèn)識。

  在圖1電路中,調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL,觀察負(fù)載對放大倍數(shù)的影響,加深理解。調(diào)節(jié)R1,改變靜態(tài)工作點位置,使波形發(fā)生失真,讓學(xué)生直觀形象地了解放大器的非線性失真的情況。

  4 結(jié)論

  在本例的教學(xué)活動中,通過創(chuàng)設(shè)的實驗環(huán)境仿真分析電路,測試電路參數(shù)和觀察波形,并通過反復(fù)的演示和觀察,開展充分的互動教學(xué),就可達(dá)到消除學(xué)生的認(rèn)知誤區(qū),深化對上述概念的理解和掌握,取得良好的教學(xué)效果。

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