Multisim仿真软件在模拟电子技术教学中的应用
李正东 李秀玲 涂科
摘? 要 模拟电子技术是高校电子、通信、计算机类专业的一门核心基础课程，具有理论复杂、内容抽象、理解困难等特点。描述Multisim虚拟仿真软件在模拟电子技术课程教学中的典型应用，探讨对理论课堂教学的影响。实践表明，在模拟电子技术课程教学中运用仿真软件，强化了学生对抽象理论的领会，提高了实验课程的教学效率，为组织生动高效的课堂教学并提高课堂教学质量和效能提供了支持。
关键词 Multisim;模拟电子技术;仿真软件;实验平台;555定时器;
中图分类号：TP391.9? ? 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）12-0041-03
Application of Multisim Simulation Software in Teaching of Ana-log Electronic Technology//LI Zhengdong， LI Xiuling， TU KeAbstract Analog electronic technology is a core basic course of?electronic specialty in colleges and universities. It has the characte-ristics of complex theory， abstract content， and difficult to under-stand. This paper mainly discusses the typical application examples of Multisim virtual simulation software in the teaching of analog electronic technology. The practice shows that the application of simulation software in the teaching of analog electronic technology is helpful for students to understand the abstract theory， master the relevant knowledge deeply， organize vivid and efficient classroom teaching， and promote the quality and efficiency of classroom tea-ching.Key words Multisim; analog electronic technology; simulation soft-ware; experimental platform; 555 timer
1 前言
模拟电子技术是高校电子、通信、计算机等相关专业开设的一门核心基础课程，学好本门课程可为学习后面专业知识打下坚实的基础。在模拟电子技术课程教学中，教师在讲解基础知识、理论、方法的同时，更重要的是要让学生学会分析问题的办法和处置实际问题的本领。由于本课程的实践性很强，故而在教学过程中必须利用实验平台，但实验教学存在一些问题，如部分实验需要的元器种类繁多，不易实现;有时因实验操作错误，导致元器件损坏、人身伤害等。采用Multisim虚拟仿真软件对电路完成辅助验证，既可以不受实验场地、仪器的影响，也可以避免元器件损坏及人身伤害风险，提高了安全性。同时，通过运用虚拟仿真仪器，教师可以指导学生实时观察电子电路各位置的信号波形，加深对原理的理解，从而极大地提高课堂教学质量[1-3]。
2 Multisim仿真软件简介
Multisim是美国National Instruments公司研发的一款电子设计自动化软件，用来对模拟、数字电路进行仿真[4-5]。
Multisim软件具有界面直观、操作方便、元件调用便捷、元件标注直观、仿真真实感较强、与实际的实验平台类似度极高等优点。软件具有类型齐全的元器件库、种类多样的测试仪器（如万用表、示波器、信号发生器、逻辑变换器、逻辑分析仪等）、完善的仿真分析手段、豐富的仿真能力等特点，是目前在电路分析中应用较广的仿真软件。Multisim仿真软件界面如图1所示。
3 Multisim仿真软件在模拟电子技术教学中的应用范例：555定时器构成单稳态触发器
555定时器是一种非常有用且精确的定时器，既能作为定时器使用，也能作为振荡器使用。作为定时器，最常见的是单稳态模式，555定时器能方便地产生单脉冲。当在触发端加上触发电压时，该芯片将输出单个矩形波，波形的宽度由外部RC电路决定。作为振荡器，最常见的是非稳态模式，555定时器可以产生方波输出，波形脉宽、频率可通过两个外部的RC充电、放电电路调整。555定时器内部结构图如图2所示。图2中的三个5 kΩ的电阻在电源电压和地之间充当一个三级分压器。最底部的5 kΩ的电阻上端电压为1/3Vcc，中间的5 kΩ电阻的上端电压为2/3Vcc。比较器同相和反相输入端的电压大小决定了输出高电平还是低电平。如果比较器同相输入端的电压比反相输入端的电压大，那么它的输出逻辑电平为高;否则，输出逻辑电平为低。比较器输出结果送给RS触发器作输入，触发器的输出由RS输入端的电压状态决定。
在单稳态工作模式下，触发器有两个工作模式，一个是稳态模式，一个是暂稳态模式。当给555定时器电路输入外部脉冲时，单稳态触发器就会由一个稳定状态变化为一个暂稳态状态。因为电路中RC延时电路电容充、放电，从而引起555定时器两个输入脚（2脚、6脚）的输入电压发生变化，与电阻上电压比较后会影响555定时器的输出，最终导致暂稳态保持一段时间后，又回到初始的稳态。
用Multisim模拟仿真软件搭建555定时器单稳态触发器，如图3所示，电源电压为5 V，输入触发电压Vin为占空比95%、频率0.02 kHz的方波信号代替。在单稳态电路中，555定时器初始输出为低电平，此时放电晶体管导通状态。当在第2脚施加一个负的触发脉冲时，比较器2的同相输入端电压与反相输入端电压进行比较后得V->V+，所以比较器2输出低电平，导致触发器置位，输出高电平。此时，放电晶体管截止，电源开始给电容C1充电，充电电压从0 V
向Vcc增大。当电容充电电压达到2/3Vcc时，比较器1的同相输入端电压与反相输入端电压进行比较后得V->V+，比较器1输出低电平，导致触发器复位为低电平。此时，放电晶体管导通，电容C1上电压迅速放电到0 V，输出将保持低稳态，直到施加另一个触发脉冲为止。
用模拟的泰克示波器分别显示2脚输入方波控制信号、6脚处电容C1上的电压信号、3脚输出信号，三路信号的波形图如图4所示。单稳态电路只有一种稳态，输出复位在
0 V，当2脚输入一个反相的触发脉冲后，输出将被置位高电平，其持续时间由R1C1网络确定。高电平输出脉冲的宽度为：
twidth=1.1R1C1
根据理论分析，当修改外加电阻R1或电容C1的数值时，电容充电的时间会发生变化，因此在波形图上也应该有相应的变化。现在Multisim仿真软件中将电容C的数值由
0.2 μf变为0.4 μf，经软件仿真后，所得仿真波形图如图5所示。由于此时电容充电时间常数增大一倍，因此，电容充电时间加长，高电平输出脉冲的宽度也产生相应的延长。实验仿真测到的数据与理论分析结果是一致的。
经过对555定时器构成单稳态触发器电路的仿真过程进行剖析，信号的输入波形与输出波形的关系非常清晰明了。运用Multisim仿真软件仿真辅助理论教学，能够使学生十分直观地看到实验现象，从而加深对理论知识的了解，极大地提高理论课程的课堂教学效率。
4 结语
Multisim模拟仿真软件界面明晰、操作容易，仿真效果形象生动。在理论教学中应用Multisim仿真软件来辅助教学，能够使学生将理论知识和模拟仿真过程紧密联系起来，加深对理论知识的理解程度，以解决纯理论不便于理解、实验组织复杂的问题。同时，模拟仿真软件的使用不受教学学时的限制，学生可以利用课余时间对所学知识进行仿真练习，这对开展翻转课堂教學、培养学生的自主学习能力、提高课程教学质量等都具有积极的意义。
参考文献
[1]张林，邓天平，彭立.“模拟电子技术基础”翻转课堂教学实践[J].电气电子教学学报，2018，40（2）：57-61.
[2]钟兆根，孙雪丽，张亚周，等.NI ELVIS在模拟电子技术教学中的应用[J].中国教育技术装备，2019（14）：31-33.
[3]叶朝辉，华成英，阎捷，等.模拟电子技术实践创新能力培养的探索[J].实验技术与管理，2017，34（1）：29-32.
[4]梁丽.Multisim仿真软件在电子电路设计中的应用[J].中国教育技术装备，2015（10）：35-37.
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