原创《Multisim仿真教学在模拟电子电路中的教学》
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摘 要电子技术课程的很多现象比较抽象,原理性比较强,为了更直观形象地让学生接受,在模拟电子技术课堂中引入虚拟仿真,通过对市面上各种仿真软件的对比,选择Multisim 10.0 软件引入教学课堂,将电子虚拟平台与理论教学有机结合,促进课堂教学理论和实践的结合,增强了教学效果,提高了学生的创新能力.
关键词模拟电子技术 仿真 Multisim
1 引言
电子技术是电气类、电子科学类、仪器仪表及器械、计算机类大部分工科专业的一门专业基础课程,特别是其中模拟电子技术的教学,难中之难,有“魔鬼电子”之称,该课程的知识点相对繁杂,理论原理性比较强,概念抽象,若是不能很好地和实践相结合,学生很容易产生厌学的心理.面对这种困局和现象,有着多年电子技术教学经验的本人在经过多年摸索,提出了以仿真技术为基础的模拟电子技术的课堂教学改革和方法探讨.
2 各种软件的对比
仿真技术对刚接触的学生而言比较神奇.电子类仿真软件是随着集成电路和计算机技术的飞速发展应用而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具.是利用EDA系统工具的模拟功能对电路环境（含电子元器件级测试环境）和电路过程（从激励到响应的全过程）进行仿真,由于不需要真实电路环境的介入,因此花费少,效率高,而且结果快捷、准确、形象.在这里,实验环境是虚拟的,也就是模型化了实验环境.比较目前市面上有各种各样的电子技术的仿真软件,都功能先进,性能强劲,各有自己的优势和缺点.下面简单作一比较：
Tina 软件的界面简单直观,器件数目少,功能不够全,分类比较全.在Multisim 找不到相应的器件时,就用Tina 来仿真.
Protues 也是一款非常流行的仿真软件,它集单片机仿真,PCB 设计和电路仿真为一体,含有大量的基于实时环境的元器件,对现在市场上主流的单片机型号和通用外设模型提供较好的支持环境,可以提供更好的视觉效果.但在电路的数据计算方面明显不足.
Matlab/Simulink 主要应用于电力电子领域,方便建立电力电子装置的简化模型并连接成系统,直接进行控制器的设计和仿真.
Multisim 10.0 在模拟电子、数字电子的复杂电路虚拟仿真方面做得极其形象化,具有真实性,在界面的外观和内在的功能方面做到了最高水平,可以进行强大而复杂的计算,极其准确,但也有缺点,软件过于庞大,制版附加功能相对来说欠缺.
在本文中,对于模拟电子课程的课堂教学改革我们选择最贴合电子技术性质的仿真软件Multisim,使用其中使用率最高的版本10.0.
3 理论教学的改革措施
3.1 用仿真软件创设教学情境,引导学生学习自主性加强
在真实的情境中教学代替抽象的情境会取得更好的效果.模拟电子技术课程涉及比较多的物理分析和数学分析,对于初中就惧怕物理的学生而言很容易产生畏难的心理,比如说其中的静态工作点的分析,交流瞬态的分析和频率分析,载流子的运动,讲解起来抽象难懂,当然采用多媒体教学也可以创设比较丰富的情境,但制作这样模拟真实的课件困难费时,对于教学任务繁重的老师来说力不从心,而且教学内容多,课时紧,实现起来困难重重.通过计算机仿真模拟可以很好地解决这个问题.具体实现例子如下.
例1：在放大器静态工作点的设置中,如果设置不合理,波形将会出现严重失真,可以利用Multisim 10.0 创建共射固定偏置放大电路仿真图.通过改变电阻Rb 的大小,对比观察输入以及相应的输出波形,可以实时观察到偏置电阻的大小对输出波形的影响.通过演示,可以对基极偏置电阻的设置合理性的重要性有一个比较深的印象.然后紧接着在仿真图上探讨究竟该如何设置静态工作点.
通过对在固定偏置电路中估算静态工作点,得出表达式IBQ等于 (VCC-VBEQ)Rb≈VCC/Rb,ICQ≈βIBQ,VCEQ等于VCC-ICQRC, 所以对静态工作点有影响的主要因素有VCC,β,RB、RC,一般VCC,β不易改变,Rb是主要因素,它的过小和过大会引起工作点的过高和过低,相应地造成饱和失真以及截止失真.同时,继续进行扩展,当输入信号幅度过大,输出波形也会出现顶部和底部失真的情形,都可以在波形图中直观地反映.
3.2 利用仿真软件对实验效果进行演示,将学生引入探究式的学习
黑板加粉笔的课堂教学模式延续了很多年,在黑板上对各种复杂的电路图,曲线、波形进行手工画制需要较长的时间,效率低,美观性差,精确度也有所欠缺.碰到复杂的图形,老师和学生的耐心都有待考验.由于仿真软件是在计算机屏幕上对真实的实验室工作台进行模拟,把实验室和课堂有机地融合,可以直观快捷地展示教学内容,减轻老师和学生的负担.大大提高教学效率.具体实现例子如下.
例2: 要抑制零点漂移,差动放大电路必不可少,在集成运放中,它的应用方式广泛,输入输出灵活多样.在讲解的过程中由于其复杂的工作原理,只有少数同学能够理解它的原理.采用Multisim软件对恒流源差动放大电路进行仿真,分别进行静态工作点,差模信号的频率响应分析.最后进行动态分析,在动态分析中,可以进行差模放大倍数的测量,观察波形相位关系,测量共模放大倍数.
4 实施效果和作用
在实际的操作过程中证明Multisim 软件可以明显提高教学的效果,表现在多个方面.
4.1 新颖的教学方法培养了学生的学习兴趣
软件教学引入课堂是一种全新的教学方式,把抽象枯燥乏味的知识变得生动形象,使课堂上难以完成的演示实验进入了严肃的课堂教学,快速准确地演示了静态工作点设置不合理的多种情况,截止失真和饱和失真以及如何不失真所创设置丰富情境.把静态的理论教学变得动态化,可以通过感性认识增强对电流工作状态的理解,教学情境调动了学生的感觉器官,引导学生主动思考探索问题,方便学生对所学知识的意义构建,在具体的教学中,教师根据具体的内容设置教学场景,使得学生置于知识情境中,当激发起了兴趣,学生出于好奇心,不断提出问题,通过软件电路去验证,寻求问题的答案,在其中尝到了成功的喜悦,把负担变为兴趣,当有了兴趣,更会积极主动地进行下面的学习.学习自信心有所增强,提高了电子技术课程的理论知识水平和实践的能力.
4.2 教学效率和质量有明显提高
对一些波形变换复杂概念抽象的过程,传统的教学方式比较难以实现,借助软件进行仿真,表现形式生动、速度快,教师只需要在上课前调用该软件打开事先创建好的电路,按下仿真开关就好,比如学习多级放大电路的时候,在学习它的频率响应特性时候需要在黑板上电路图和频率特性曲线,老师还没有画好图,学生已无法专注力,如果用事先创建好的情境电路分析,不仅节约时间,还使学生在比较专注力的时候更好地进入学习状态,提高时间利用率.
4.3 丰富课堂的教学内容
教师讲课的教材具有很多局限性,多参考课外教材在课堂上提供很多实用的电路,许多大胆新奇的电路设计的想法都可以在电脑上演示出来,也不用担心损坏仪器和元器件,把仿真带到课堂上来,是理论教学和实验教学的很好纽带,比如尽管学习到模拟电子,很多同学对电容的特性还是不甚了解,在仿真电路图中,分别断开和接上电容,观察示波器上的两种情况的输出电压,学生就有了深刻的印象.同时对电容在电路中的作用和电容滤波的工作原理有了疑问,才能更有兴趣地去学习.
4.4 老师和学生加强了交流和互动
任何课堂都不应该是单一的教和单一的学,在演示的过程中教师不断地设置问题,对出现的各种现象进行分析讨论,找出解决问题的方法,在互动的沟通和交流中,老师的积极性加强,学生的主动性和创造性加强,也增进了师生的情感,情感加强,学生又会对学习产生新的兴趣,形成良性循环.
4.5 学生之间的协作学习能力加强
在教学中进行启发式问题的讨论,指导学生确定学习的小目标,自主去图书馆搜集资料,主动对获取的资料进行归纳和整理、总结,通过小组协作的方式展开讨论、交流和分享,相互尊重彼此的想法,理解沟通和相互支持相互竞争,通过协作,学生之间的协作意识有所提高,促进了学生的相互进步和共同发展和友谊.
5 结语
仿真教学是课堂教学有益的补充,利用软件教学对促进课堂教学的内容的表达方式、学生的学习方式、师生之间的互动方式的变革,提出了切实可行的新的教学模式,在师生之间产生了更有针对性的、更的交流,师生关系也由主被动变为和谐的平等的关系,可以创建更逼真的、生动的学习情景,可以减少实验的次数,从简单的重复劳动中转向更新更灵活知识的学习.实践证明：仿真教学对课堂的引入是电子教学改革非常有益的方式,教学经济、实惠,新鲜,充满乐趣,具有明显的教学效果.
电子电路论文参考资料：
上文总结：上述文章是一篇关于电子电路方面的大学硕士和本科毕业论文以及电子电路和模拟电子电路和教学研究相关电子电路论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料。
