仿真电路设计总结范文

导语：如何才能写好一篇仿真电路设计总结，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】Pspice 模拟电子电路 电子电路设计

在电气、电子、自动化、计算机等类型的专业中，模拟电子电路设计是基础的技术课程，其理论知识较为抽象且电路的原理较为复杂，对于学生来说比较困难，教师也难以教好。本文提出将Pspice应用在模拟电子电路设计中，有了该软件，就等于有了电路以及实验室，完美地将理论与实践结合，为教师和学生提供便利。

1 Pspice软件概述

Pspice软件由Schematics（电路模拟器）、Pspice（仿真软件的数据处理器）、Probe（软件的图形后期处理器）、Stmed（产生信号的工具）、Parts（为器件建立模型的工具）和Pspice Optimizer（软件的优化设置工具）等组成，能够提供强大的电路图绘制、电路模拟仿真、图形后期处理等功能。

Pspice包括以下主要功能：直流特性分析，其中包囊直流静态工作点分析、直流灵敏度分析、直流扫描分析以及直流小信号传递函数值分析；交流扫描分析，包括频率特性分析和噪声分析；瞬态特性分析；蒙特卡罗分析；温度特性和参数扫描分析；最坏情况分析等。

在设计电子电路期间，以既定的功能及技术参数来制定设计方案，可以应用Pspice模拟和连接电路并检测电路设计有无达到预期效果，也可以在计算机上对电路的结构和相关参数进行修改，不断测试、观察输出的波形，直至达到设计要求，以便取得电路的最优技术指标，为电路设计的精准性评价提供便利。此外，还能够分析容差、敏捷性、最坏状况、温度特性等，这些都是传统的方法难以完成的，还能够比较各种设计方案的优劣，方便选择最优的方案，使电路设计最优化。

2 Pspice软件的仿真实例

Pspice软件在电子电路设计中的应用可以提高教学效率，仿真电路的步骤大致分为五步：第一，绘制电路图；第二，分析电路的特性和仿真参数；第三，仿真测验；第四，显示仿真的结果；第五，分析并输出相应的实验结果。下面对Pspice软件的仿真实例进行分析。

2.1 限幅电路的设计实验

限幅电路的示意图如图1所示，二极管的型号为DIN4148，电阻为1kΩ，电源电压为3伏特，当输入电压达到6sin wt的时候，电路要达到限制输入电压幅值的目的。

设置直流扫描分析以及瞬态分析，得出输入电压Ui以及输出电压U0的波形，如图2所示，可见电路对输入电压幅值的限制效果。

在限幅电路的瞬态分析结果示意图中可见（图3），当输入的电压超出固定范围时，超出的部分就会被截止，这样就能使信号的电压在一定的幅值内，防止电路受信号电压的影响出现故障。

2.2 RC正弦振荡电路设计实验

RC振荡电路在电子技术中得到广泛应用，振荡电路在自动进行振荡的过程中，其达到平衡的条件所花费的时长极短，在课堂上，教师直接讲授相关的理论会令学生难以在有限的课堂时间内理解并掌握，因为学生难以根据抽象的理论想象出波形。就此，将Pspice运用到其中，可以观察出振荡电路建立振荡的过程以及振荡器在稳定之后的波形，同时，可以改变电阻或电容，观察其对振荡电路会产生怎样的影响，更加便捷、直观地掌握振荡电路的设计原理及运行原理。

3 总结

从上述的设计实验中可知，在模拟电子电路设计中应用Pspice能够使设计仿真的效果精准且直观形象，为电子电路的设计提供极大便捷。Pspice是应用极广的电路设计及分析软件，具有绘制电路图、模拟仿真电路、图形后期处理等强大功能，在建立真实的电路之前，在该软件上设计、绘制仿真电路，依据具体的需求来设置相应的参数，断定电路设计是否科学、性能是否可靠、能否达到设计的要求、有无必要修改电路等，还可以对元件的变化会对电路造成怎样的影响进行综合评估，同时也能对一些电路的特性进行测量分析。总之，Pspice的应用能够为电子电路的模拟仿真设计带来很好的内外部条件，帮助设计者设计出最优电路，提高教师的教学效率和学生的掌握速率，从根本上减少成本支出，使电路设计最优化，提高电路性能的可靠性，是模拟电子电路设计中必不可少的仿真设计软件。

参考文献

[1]杨慧梅，朱勇.PSPICE仿真软件在《低频电子线路》教学中的应用[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2010（05）.

[2]付巍.Pspice在模拟电子电路设计中的应用[J].机械工程与自动化，2006（03）.

[3]段天睿，滕照宇，姚勇，李兴红.柔性线路板串扰Pspice仿真分析及应用[J].安全与电磁兼容，2009（05）.

[4]宋国民，王宁，张爱云，周维.Pspice仿真平台在共轨ECU设计中的应用[J]. 现代车用动力，2009（03）

[5]周润景，张丽娜，王志军.Pspice 电子电路设计与分析[M].北京： 机械工业出版社，2011

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作为应用型本科院校，在实践教学环节中如何提高学生的创新能力、实际操作能力、分析和解决问题的能力亟待解决。目前国内大多高校工科专业实验设备陈旧，更新换代不及时，学生只是在现有的实验设备上进行简单的验证性操作，对学生的各方面能力并没有很好的进行锻炼，很多原理性的东西在实验操作台上没有很好的体现［1］。鉴于此，可以对课程中的个别实验引入自制实验设备，采用该种手段不仅有利于提高学生创新能力的培养，还可以引入最新的实验技术手段，提高实验装置的利用效率、节约实验成本［2］。《模拟电路》是电类专业最基础的专业课程，通过该课程的学习不仅要求学生掌握较强的理论知识，还要求学生具有一定的实践创新能力，结合多年来对本课程的授课经验，以该课程为例来说明如何在教学过程中通过自制实验设备来提高学生的创新应用能力。

1自制实验设备在教学中的必要性

近年来学校对实验室的建设经费投入越来越多，其中购买了很多先进的实验设备和仪器装置，但有些设备只能进行简单的验证性操作，对于高校工科实验教学的针对性较差。同传统的实验模式相比较，自制实验设备在实验教学中具有多个优点，在实验教学中的使用很有必要性［3－5］。

第一，适用性强。教师可根据单门课程或者多门课程设计综合性实验，针对不同的专业适当调整实验的难易程度。

第二，成本低。学生根据教师给出的实验要求，自行选择元器件进行电路的焊接，同市场上现有的实验电路板相比较能够节约大量成本。

第三，可操作性强。老师可在实验内容中加入自己的科研内容，既能够锻炼学生也能够提高教师的科研水平。

第四，提高学生专业能力和动手能力。在实验执行过程中能够激发学生的学习兴趣、巩固学生的专业知识，并把课堂学到的知识应用到实际当中，能培养学生的设计能力、创新能力、实践能力和动手操作能力。

商洛学院本科教育进入转型发展阶段，学校以培养应用型本科生为目标，所以实践教学环节在课程教学中的作用变得尤为重要。对于电类专业的课程，现有的教学仪器设备不能满足教学要求，自制实验设备可以降低教学难度、提高课堂效率、拓展学生思维，创造性地制作各种合适的实验设备，因此具有提升课堂教学效果的突出作用。

2自制实验设备的实施

以模拟电路课程实验中“模拟运算放大电路”实验为例进行说明，该实验属于设计性实验，以往实验要求学生从电路设计和电路验证两方面进行，但是实验结果并不能使每个学生都能达到预期的教学目的，自制实验设备将从电路设计、仿真、焊接、调试、验证等几方面进行实施，以此来提高学生的电路设计能力、分析能力和动手能力。

2．1电路设计与仿真

此阶段主要考察学生对理论知识的综合应用能力，通过对电路的设计、元器件的选择拓展学生知识面。根据“模拟电路实验”教学大纲给出电路设计的要求，要求学生熟悉放大电路的原理，进行电路设计以及电路中元件参数的确定，并提交最终的设计结果。以反相比例运算电路为例，要求设计电路的放大倍数为（－10）倍。学生首先要巩固反向比例运算电路的原理进行电路的设计，再进行电路的仿真。根据电路设计要求放大倍数为（－10）倍，又因为考虑集成运放两输入回路参数对称，即RN＝RP，综合考虑，电路中电阻R3＝100kΩ，R1＝10kΩ，R2＝9．1kΩ。其次为了保护集成运放，在电源端分别接两个二极管以防止电源反接损坏集成运放。通过电路的设计与仿真，对输入波形和输出波形进行对比。输入信号ui设置为1kHz，峰值为100mV的正弦波，由仿真结果可看出，此时输入信号与输出信号反相，电压放大倍数为10，且未出现失真，达到了设计的要求可以进行下一步的电路焊接与测试。

2．2电路焊接与测试

上节以反相比例运算电路为例进行了设计说明，在实验过程中为了增加实验内容要求学生对同相比例运算电路、加法运算电路、减法运算电路、微积分电路等都进行设计与仿真。设计完成后列出实验器件清单进行电路的焊接，在焊接的过程中一方面可以提高学生的动手能力，另一方面也有利于培养学生发现问题解决问题的能力。在该电路板上学生可以通过选择相应的器件来实现各类运算电路的测试。同样对反相比例运算电路进行测试，输入信号ui设置为1kHz，有效值为100mV的正弦波，为电路接入正负电源，根据电路设计图连接各个电阻，接入信号函数发生器和示波器，观察输入输出波形，通过示波器测试可看出，输出电压幅值为987mV，输入电压幅值为97.2mV，所得有效值放大倍数约为10倍左右，且输入与输出波形方向相反，即达到反相放大的目的。

2．3实验考核

实验考核是检验学生实验效果最有效的手段，对于自制实验设备的实验项目考核要区别于一般验证性实验，首先要求学生提交设计说明、仿真结果、实验心得，并对学生的作品进行现场的测试，其次在整个实验成绩中加大该类实验所占的比例，这样既能够减轻学生负担、调动学生的积极性，又可以保证实验课程的完整性，也杜绝了学生抄袭实验报告的现象。

本文仅对反相比例运算电路进行了设计说明，对于“模拟运算放大电路”实验中的同相比例电路、加法电路、积分电路等均可以采取以上的教学方法，既能够使学生对理论知识有一个清楚的认识，也锻炼了学生设计电路、焊接电路、调试电路的能力，对学生综合能力的培养有很大的好处。

3实验改革的效果

为了检验实验改革的效果，首先在一个班级进行了试验，主要通过实验报告、电路设计与仿真、测试效果、期末考核等方式进行改革效果分析，主要取得以下几方面的成果。

（1）大部分学生能够按照要求完成最终电路的测试，个别学生在电路焊接环节出现问题。

（2）提高了学生对电路的综合设计与应用能力，通过自制实验设备完成实验的学生在电路设计和焊接方面明显优于其他学生。

（3）实验报告相比以前更加规范，设计过程、仿真结果、测试结果更加的详细，抄袭现象明显好转。

（4）通过期末考核，学生对模拟运算电路这部分的理论知识掌握的比较扎实，对知识能够灵活应用。

（5）实验教师的各方面能力也得到了锻炼，在实践中增长才干，提高自己的理论水平的技术水平。

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【关键词】集成电路；EDA；项目化

0 前言

21世纪是信息时代，信息社会的快速发展对集成电路设计人才的需求激增。我国高校开设集成电路设计课程的相关专业，每年毕业的人数远远满足不了市场的需求，因此加大相关专业人才的培养力度是各大高校的当务之急。针对这种市场需求，我校电子信息工程专业电子方向致力于培养基础知识扎实，工程实践动手能力强的集成电路设计人才[1]。

针对集成电路设计课程体系，进行课程教学改革。教学改革的核心是教学课程体系的改革，包括理论教学内容改革和实践教学环节改革，旨在改进教学方法，提高教学质量，现已做了大量的实际工作，取得了一定的教学成效。改革以集成电路设计流程为主线，通过对主流集成电路开发工具Tanner Pro EDA设计工具的学习和使用，让学生掌握现代设计思想和方法，理论与实践并重，熟悉从系统建模到芯片版图设计的全过程，培养学生具备从简单的电路设计到复杂电子系统设计的能力，具备进行集成电路设计的基本专业知识和技能。

1 理论教学内容的改革

集成电路设计课程的主要内容包括半导体材料、半导体制造工艺、半导体器件原理、模拟电路设计、数字电路设计、版图设计及Tanner EDA工具等内容，涉及到集成电路从选材到制造的不同阶段。传统的理论课程教学方式，以教师讲解为主，板书教学，但由于课程所具有的独特性，在介绍半导体材料和半导体工艺时，主要靠教师的描述，不直观形象，因此引进计算机辅助教学。计算机辅助教学是对传统教学的补充和完善，以多媒体教学为主，结合板书教学，以图片形式展现各种形态的半导体材料，以动画的形式播放集成电路的制造工艺流程，每一种基本电路结构都给出其典型的版图照片，使学生对集成电路建立直观的感性认识，充分激发教师和学生在教学活动中的主动性和互动性，提高教学效率和教学质量。

2 实践教学内容的改革

实践教学的目的是依托主流的集成电路设计实验平台，让学生初步掌握集成电路设计流程和基本的集成电路设计能力，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。传统的教学方式是老师提前编好实验指导书，学生按照实验指导书的要求，一步步来完成实验。传统的实验方式不能很好调动学生的积极性，再加上考核方式比较单一，学生对集成电路设计的概念和流程比较模糊，为了打破这种局面，实践环节采用与企业密切相关的工程项目来完成。项目化实践环节可以充分发挥学生的主动性，使学生能够积极参与到教学当中，从而更好的完成教学目标，同时也能够增强学生的工程意识和合作意识。

实践环节选取CMOS带隙基准电压源作为本次实践教学的项目。该项目来源于企业，是数模转换器和模数转换器的一个重要的组成模块。本项目从电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证等流程对学生做全面的训练，使学生对集成电路设计流程有深刻的认识。学生要理解CMOS带隙基准电压源的原理，参与到整个设计过程中，对整个电路进行仿真测试，验证其功能的正确性，然后进行各个元件的设计及布局布线，最后对版图进行了规则检查和一致性检查，完成整个电路的版图设计和版图原理图比对，生成GDS II文件用于后续流片[2]。

CMOS带隙基准电压源设计项目可分为四个部分启动电路、提供偏置电路、运算放大器和带隙基准的核心电路部分。电路设计可由以下步骤来完成：

1）子功能块电路设计及仿真；

2）整体电路参数调整及优化；

3）基本元器件NMOS/PMOS的版图；

4）基本单元与电路的版图；

5）子功能块版图设计和整体版图设计；

6）电路设计与版图设计比对。

在整个项目化教学过程，参照企业项目合作模式将学生分为4个项目小组，每个小组完成一部分电路设计及版图设计，每个小组推选一名专业能力较强且具有一定组织能力的同学担任组长对小组进行管理。这样做可以在培养学生设计能力的同时，加强学生的团队合作意识。在整个项目设计过程中，以学生探索和讨论为主，教师起引导作用，给学生合理的建议，引导学生找出解决问题的方法。项目完成后，根据项目实施情况对学生进行考核，实现应用型人才培养的目标。

3 教学改革效果与创新

理论教学改革采用计算机辅助教学，以多媒体教学为主，结合板书教学，对集成电路材料和工艺有直观感性的认识，学生的课堂效率明显提高，课堂气氛活跃，师生互动融洽。实践环节改革通过项目化教学方式，学生对该课程的学习兴趣明显提高，设计目标明确，在设计过程中学会了查找文献资料，学会与人交流，沟通的能力也得到提高。同时项目化教学方式使学生对集成电路的设计特点及设计流程有了整体的认识和把握，对元件的版图设计流程有了一定的认识。学生已经初步掌握了集成电路的设计方法，但要达到较高的设计水平，设计出性能良好的器件，还需要在以后的工作中不断总结经验[3]。

4 存在问题及今后改进方向

集成电路设计课程改革虽然取得了一定的成果，但仍存在一些问题：由于微电子技术发展速度很快，最新的行业技术在课堂教学中体现较少；学生实践能力不高，动手能力不强。

针对上述问题，我们提出如下解决方法：

1）在课堂教学中及时引进行业最新发展趋势和（下转第220页）（上接第235页）技术，使学生能够及时接触到行业前沿知识，增加与企业的合作；

2）加大实验室开放力度，建立一个开放的实验室供学生在课余时间自由使用，为学生提供实践机会，并且鼓励能力较强的学生参与到教师研项目当中。

【参考文献】

[1]段吉海.“半导体集成电路”课程建设与教学实践[J].电气电子教学学报，2007，05（29）.

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关键词： 组合逻辑电路；电路设计；Multisim；仿真；交通信号灯；监控器

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）29-6625-04

1 概述

数字电子技术已广泛应用于各个专业技术领域，组合逻辑电路是数字电路重要的组成部分，也是时序逻辑电路设计的基础，在实践中被广泛应用。组合逻辑电路的输出仅与当前的输入状态有关，而与输入之前的信号状态无关，因此组合逻辑电路没有记忆功能，在其电路中没有反馈延迟电路[1-2]。

Multisim的前身是EWB（Electronics Workbench）软件，是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的交互式SPice仿真和电路分析软件，专用于原理图捕获、交互式仿真、电路板设计和集成测试[3-5]。Multisim软件包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

本文以交通信号灯监控器为例，分别运用与非门74LS00、中规模集成数据选择器74LS151和中规模集成译码器74LS138为主要元件设计三种实现监控交通信号灯状态的控制电路，并利用Multisim 12.0软件进行仿真测试。

2 组合逻辑电路的设计

2.1 组合逻辑电路设计的一般步骤

组合逻辑电路设计主要是将用户的具体设计要求用逻辑函数加以描述，再用具体的电路加以实现的过程。组合逻辑电路的设计可分为小规模集成电路、中规模集成电路、定制或半定制集成电路的设计[6]。其设计的一般步骤可用图1来表示：

1）首先对命题要求进行分析，确定输入变量、输出变量的个数和状态，并以真值表的形式列出；

2）根据真值表写出逻辑函数表达式；

3）通过逻辑化简，写出最简的逻辑函数表达式；

4）根据逻辑功能要求以及实际情况，选择合适的门器件，把最简的表达式转换为相应的表达式；

5）根据表达式画出该电路的逻辑电路图。

2.2 组合逻辑电路的设计方法

组合逻辑电路可以采用分立元件实现，随着微电子技术的迅速发展和集成电路工艺水平的提高，单块芯片的集成度越来越高，价格越来越便宜，也可用通过小规模集成电路SSI，中规模集成电路MSI、定制或半定制集成电路等来实现[7]。

本文以监控交通信号灯工作状态的监控器为例分析组合逻辑电路的设计方法。交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言，每一组交通信号灯由红、黄、绿三盏灯组成。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且也仅有一盏灯亮。当出现其他状态时，电路发生故障，这时监控器发出故障信号以提醒维护人员前去修理。

2.2.1 命题分析

根据交通信号灯监控器的工作原理，确定红、黄、绿三盏灯的状态为输入变量，分别用A、B、C表示；取故障信号为输出变量，用F表示。

假设：A、B、C取1时，表示灯亮，A、B、C取0时，表示灯不亮；F为1时，表示工作状态正常，F为1时表示发生故障。

2.2.2 列写真值表

根据命题分析列出逻辑真值表，如表1所示。

计算机工程应用技术＼jxy02.jpg> （1）

运用卡诺图化简，可得简化的逻辑函数表达式：

2.2.4把最简的表达式转换为相应的表达式

逻辑电路图是根据逻辑函数表达式得出的，因此画逻辑电路图之前要根据逻辑功能要求以及实际情况确定元件，将最简的表达式转换为与所选用元件相对应的表达式。

1）选用与非门实现

选用集成与非门74LS00、74LS20实现交通信号灯监控器，将输出与输入之间的逻辑关系转换为与非表达式。通过表达式变换，得到式3。

数据选择器是一种多路输入、单路输出的逻辑部件。它在控制信号作用下，从多个输入数据中选一个送到输出端。式4给出了数据选择器输出与输入的逻辑关系，其中，A0、A1、……Ak表示控制信号，Y表示输出信号，Di为数据输入信号，mi为控制信号的最小项表示，2k=n。

从表达式4中可以看出，其输出实际上是数据输入与地址输入的最小项相与的关系，所以数据选择器可以实现各种组合逻辑功能。选用中规模集成数据选择器74LS151可实现交通信号监控器。74LS151是八选一数据选择器，对式1进行变换，可得式5：

[F =ABC+ABC+ABC+ABC+ABC =m0+m3+m5+m6+m7 =m0?1+m1?0+m2?0+m3?1+m4?0+m5?1+m6?1+m7?1] （5）

由式5可以看出，选用74LS151实现交通信号监控器需使F=Y，A=A2，B=A1，C=A0，则有D0=D3=D5=D6=D7=1，D1=D2=D4 =0。

3）选用变量译码器实现

变量译码器是组合逻辑电路中一个重要的器件，它是一个将n个输入变为2n个输出的多输出端的组合逻辑电路。变量译码器的输出与输入之间的逻辑关系可用式6表示：

（6）

其中，Yi 是输出端，mi是关于输入变量An-1，An-2，……，A0的最小项，0

由于译码器电路的输出列出了该电路的所有最小项表达式，而任何一个组合逻辑电路都可以写成最小项表达式的形式，因此我们可运用译码器电路实现各种组合逻辑电路。选用中规模集成译码器74LS138来实现交通信号灯监控器。由于74LS138的输出是反变量形式，低电平有效，因此变换式1得：

[F=ABC+ABC+ABC+ABC+ABC=m0+m3+m5+m6+m7 =m0+m3+m5+m6+m7=m0?m3?m5?m6?m7] （7）

使74LS138的三个数据输入端分别为：A=A2，B=A1，C=A0，且三个使能端有效，则74LS138中的8个输出可分别与交通信号灯监控器输出的最小项一一对应。

2.2.5 根据表达式画出逻辑电路图

为了便于逻辑电路图的验证，利用Multisim 12.0设计逻辑电路图。根据2.2.4小节中三种设计方法的相应表达式：式3、式5、式7画出逻辑电路图，分别如图2、图3、图4所示。

图2～图4中的XLC1 为逻辑转换仪，它是Multisim软件的一种虚拟装置，可以接入交通信号灯监控器的输入与输出端，测试与验证其逻辑功能。通过逻辑转换仪中的“逻辑电路转换为真值表”的功能分别验证了图2～图4的逻辑功能，得到的真值表相同，如图5所示，该电路真值表及逻辑函数表达式与设计的要求一致。

2.3设计方法分析比较

选用不同的元件最后设计出的电路形式虽然差别很大，但是实现的逻辑功能却相同。选用如本文选用的74LS00、74LS20等SSI来实现电路，所用的集成电路芯片数量多，线路复杂，通用性不强，仅能够适应某一特殊的函数要求。在用SSI设计电路时，要力求逻辑门电路的数量、种类以及输入端的数量均应达到最少。

选用MSI设计组合逻辑电路，如本文选用的74LS151、74LS138，可以减少元件的数目，具有较强的通用性，可靠性高，易于设计、生产、调试和维护[8]。

3 组合逻辑电路的仿真

对于设计好的组合逻辑电路，不仅可以通过 Multisim中的逻辑转换仪来验证，还可以在Multisim窗口中搭建电路来仿真。从Multisim元件库在已经绘制好的逻辑电路图中添加电源、地、电阻、发光二极管等电器元件并进行连线，得到仿真电路图。由于篇幅有限，文中只给出了用74LS138实现交通信号灯监控器的仿真电路图，如图6所示。

在仿真过程中，S1、S2、S3三个开关在全部打开、全部闭合以及任意两个闭合的情况下，发光二极管就会亮，此时表示交通信号灯出现故障。

4 结束语

本文以交通信号灯监控器为例分析了组合逻辑电路设计的过程并进行了Multisim仿真测试。可以看出组合逻辑电路设计中，要实现相同的逻辑功能可根据实际情况选用不同的设计方法；同时，借助于EDA软件Multisim，可以显著提高电路设计工作的效率，为组合逻辑电路的设计仿真提供了一定的借鉴方法。

参考文献：

[1] 王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 魏淑桃.计算机电路基础[M]. 北京：高等教育出版社，2008.

[3] 周润景，郝晓霞.Multisim&LabVIEW 虚拟仪器设计技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[4] 石嘉顺.基于multisim 环境下的电路设计与仿真[J].计算机仿真，2007，24（12）：306-308.

[5] 王延才.基于Multisim 的电路仿真分析与设计[J].计算机工程与设计，2004，25（4）：65-67.

[6] 黄进文.组合逻辑函数的实现方法讨论[J].宝山师专学报，2004，23（2）：42-46.

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1根据教学实际，合理安排时间根据教学大纲，本课程设计安排两周时间，具体安排如下:1)理论设计，确定预设计方案:3d。要求画出框图，总体逻辑电路图，提出元器件清单。

2)安装调试，改进完善:5d。要求在规定时间内安装调试完毕并达到技术指标，布线要求可靠并尽可能整齐，集成块数量要求尽量少。

3)撰写设计报告:1d。根据设计过程、设计结果撰写设计报告，并且行文格式要符合规范要求。

4)验收电路:0.5d。各组装调好的电路经老师、组长验收其完成情况，包括功能、布线工艺、集成块数量。

5)总结交流:0.5d。在分组总结交流的基础上写出课程设计总结报告(1周后交)，必要时可以组织一次全班性的交流。如果集中进行设计实践，元件充足，这样的安排无疑是比较合理的。但由于一个学期往往同时开设多门课程，有许多课程又无法集中安排，这样给排课带来困难。由于事先又无法准确知道设计需要哪些元件，学校无法预先备有充足元件，而元件的购买在我们这里也无法在很短的时间内买到。因此，在实际教学中我们把时间分散，通常是在一个学期或半个学期内完成，每周有固定时间让老师指导学生进行设计，并进行答疑。这样学生能自由利用空闲时间进行电路设计，到实验室制作PCB板，得到实践锻炼的机会就大大增加了。

2明确设计要求，让学生心中有数

要求学生利用已学过的数字电子技术基础知识，充分发挥主动性，自行设计电路，自拟实验方案，最后完成电路设计、实验、测试、撰写设计报告等全部工作。具体是:

1)根据设计任务、技术指标对课题进行分析;通过查阅资料、理论计算，得到设计方案;选择元器件，搭接线路，实现方案;分析实验结果，写出设计总结报告。初步掌握典型数字电路的试验、设计方法。

2)通过对典型数字电路的设计和仿真，掌握利用EDA技术分析和设计电路。3)通过独立思考问题、查阅工具书、参考文献，寻找解决问题的途径;掌握常用基本电路的调试、测试的一般规律、常用测试仪器仪表的使用;对设计结果独立进行分析、评价，培养自学能力和独立分析问题、解决问题能力。

3切实加强各个实践环节，实现教学目标

数字电子技术课程设计是一个循序渐进的过程，这一过程中每一个阶段的成功与否对下一阶段及整个课程设计是否达到预期效果起着非常重要的作用［1］。因此每个环节都要十分重视，切实做好。

3.1讲解指标，明确方向

利用一定的时间给全体学生讲解教师拟出的每个题目的设计技术指标与要求，让学生充分了解题目设计的性能、指标内容及要求，以便明确设计应完成的任务。同时向学生介绍题目设计的大概思路、基本步骤和方法，这样使学生明确设计的目标和方向。

3.2双向选择，确定题目

在课程设计教学中，可由学生自己选择课题、自由组合，给学生以更多的时间和空间，有利于学生个性的发挥和创新能力的培养。实践证明，只有学生对课程设计的内容感兴趣，才会产生解决问题的兴趣，才会转化为学习的动力［2］。为了有效杜绝雷同现象，锻炼每个学生的动手能力，我们拟出了16个参考题目。先让学生根据自己的知识水平、兴趣爱好、掌握资料，选择题目;然后老师根据具体情况裁定。一般来说每个教学班大约35人，这样每个题目2～3人，并且要求学生设计电路时，可以发挥创新能力，在完成老师提出的功能基础上，可以进一步拓展电路的功能或提高电路的性能。另外，相同的题目可用不同的芯片来实现，这样学生设计内容雷同的机会就大大减少了。我们所出的题目几乎覆盖了数字电子技术各个知识面，从基本的中小规模集成电路，到随机存取存储器都包括在内，从数字钟、抢答器、交通灯到频率计、电压表、彩灯控制，这些课题既有知识性，又有实用性和趣味性。

3.3仿真设计，确定方案

EDA技术为分析和设计数字电路提供了一种全新的现代化的方法［3］。电路仿真是利用EDA系统工具的模拟功能对电路环境和电路过程进行仿真［4］。利用仿真软件辅助电路设计，提高了设计的成功率，调动了学生的兴趣和积极性。重要的是学生可以利用该软件进行自主创新设计，通过软件仿真模拟，进行各种测试分析，修改和完善自己的设计，从而大大提高学生电路设计水平和分析问题、解决问题的能力，激发他们的创新意识［5］。因此，我们先让学生根据选定题目的技术指标和要求，在计算机上进行仿真设计。有时实现同一功能，往往可有多种方案，这就要求学生从功能、性能价格比、实现的可能性等角度出发综合考虑，最终制订合理的设计方案。

3.4购买元件，检测参数

学生根据自己的设计方案，定出元件清单，上报老师。老师根据实验室的情况，确定购买的元件，进行采购。对于中规模集成电路，我们通常利用购买管脚座和共用芯片的方法，也就是学生搭建电路时，焊接的只是管脚座，芯片可反复使用，这样既可节约经费，也可避免因某些学生焊接技术差而损坏集成芯片。学生拿到元件后，必须对元件进行检测，杜绝把参数不符合要求或已损坏的元器件焊接到电路中，进一步提高了学生检测、判别元器件好坏的能力。

3.5焊接元件，搭建电路

学生根据设计方案在万能板上进行焊接搭建电路，在装配电路的时候，一定要要求学生认真仔细、一丝不苟，不要出现错接或漏接，杜绝假焊、虚焊，以避免出现人为故障。同时要求元器件在线路板上的排列规范，疏密合理，美观科学。

3.6通电测试，完善功能

焊好电路后，在老师的指导下进行通电测试，看是否达到功能指标。对某些较复杂的电路可以先对各单元的电路分别进行装配调试，达到指标要求之后，再联系起来统调。学生在课程设计中出现了故障和问题，要善于用理论与实践相结合的方法，去分析原因，要学会区分是由于接线错误造成的故障还是由于器件本身损坏而造成的故障，这样就可能较快地找出解决问题的方法和途径。在课程设计过程中，还会出现一些预先估计不到的现象，比如电路的接法没有错误，电路仿真也成功，但就是不能实现电路的某些性能指标，这就需要改变某些元件的参数或更换元器件，甚至需要修改方案。

3.7反思过程，撰写报告

作品完成后，每个学生必须认真根据自己的设计方案和设计、检测过程，撰写设计报告。报告必须完整，它包括了技术指标、方案的设计、参数的计算、元器件的选择、流程框图、原理图和装调测试中遇到的问题分析与解决方法及实验结果分析、收获、体会等内容［6］。同时要求设计报告的行文排版要符合规范要求，这样可提高学生的科技写作能力、方案表达能力。

3.8充分准备，答辩验收

每个学生必须做好验收答辩的准备，按时答辩，检测验收，最后上交作品和设计报告。在验收环节上，我们采用了答辩形式，效果很好，使学生加深了对设计的理解，熟练操作，增强技能的目的，同时，提高了表达能力，为今后的毕业设计以及工作提供了一次锻炼机会［7］。

4完善考核体系，合理评定学生成绩

建立严格的实践考核与成绩评定体系，可以有效地增强实践指导教师的责任感，公平、公正地评价学生的实践能力，提高了学生对实践课程的重视程度。对于数字电子技术课程设计我们采用了下面的评分标准:

1)设计成果(PCB板)质量，占总成绩40。主要考查学生电路设计的难易程度;电路的设计是否规范合理、美观;电路的连接、调试方法是否正确;电路的性能是否能够达到设计的要求。同时，要求学生在设计过程中，要从生产实际和现有条件出发，力争做到制作的项目具有较高的性价比。

2)设计总结报告，占总成绩30。提供设计报告，包括方案论证、元件清单、原理图、存在问题、解决方法、调试步骤和数据分析等;书写、排版是否规范。

篇6

（南京邮电大学电子科学与工程学院，江苏 南京 210023）

【摘　要】本文从分析集成电路设计实践教学的特点入手，对集成电路设计实验中引入研究型实践教学模式的必要性、作用分析及具体实施方法进行了具体探讨，并提出了研究型实践教学对老师、对学生的要求。

关键词 实践教学；集成电路

基金项目：南京邮电大学教改项目（JG03314JX17）。

作者简介：夏晓娟（1982—），女，南京邮电大学，副教授，从事集成电路设计领域的教学与科研工作。

随着教育改革的不断深入，随着我国电子信息技术飞速发展，迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变，且电子产品发展迅速，集成电路设计是与最前沿科技紧密相连的一个方向，相关的课程也应与前沿科技紧密相连，课程的学习更要注重理论联系实际，培养学生的科学思维能力和分析问题解决问题的能力。因此，集成电路设计实验应在传统的实践教学方法基础上，在“研究型实践教学模式”方面进行探讨和实践。“研究型实践教学模式”是指在实践教学中指导学生将所学理论知识用于行业实际问题分析的一种实践方法，旨在培养学生创造性的运用知识、自主的发现问题、研究问题，并解决问题的能力[1-2]。

1　确立研究型实践教学模式的必要性

集成电路（Integrated Circuit，IC）产业是信息产业的基础和核心，随着我国电子信息技术飞速发展，迎来了空前的发展机遇。传统集成电路设计和生产流程近年来已经发生了改变，大多设计均采用无生产线设计，加工采用代工方式。成电路设计具有一定的特殊性，集成电路设计过程需要集成电路专业人才经过严格的实践训练并且积累一定的工程实践经验。全国集成电路设计相关企业对于人才的需要也越来越严格，越来越需要能力型的、具有创造力的人才，应聘的条件之一就是需要有集成电路设计的相关经验。作为一般理工科院校集成电路专业的发展在一定程度上缺乏对集成电路设计应用型人才培养的认识。因此，我们应该改变传统观念，树立IC设计研究型人才培养观。

集成电路设计实践主要是提供学生一个实践平台，采用先进的集成电路仿真软件，将书本上的知识采用模拟的方法进行加深理解。实践内容既是电路、模拟电子技术、数字电子技术以及课程设计中所学知识的应用，又是与最前沿科技紧密联系的。而传统的教学内容和教学模式，缺乏对学生创造力的培养，也缺乏与前沿科技的联系，因此需要进行教学改革的探讨和实践。

随着教育改革的不断深入，传统的实践教学中“以教师为中心”、“以灌输为主要方式”的教学模式已无法适应时代的要求。先进的教学模式是人才培养的关键措施。研究型教学模式，又称为研讨式教学模式，是指教师以课程内容和学生的知识积累为基础，引导学生创造性地运用知识、自主地发现问题、研究问题和解决问题，以学生为中心，以知识掌握为基础，以能力培养为主线，以提高素质为目的的一种新模式。集成电路设计实践同样需要采用先进的教学方式，提高学生的创新能力，培养研究型IC设计人才。

2　研究型实践教学模式的作用分析

集成电路设计实践引入研究型实践教学模式，可以使相关领域的学生真正实现学有所用，不仅学习了集成电路设计的软件知识，同时可以将课堂的理论知识通过工艺模型、电路设计、仿真方法来复现，从而更深入的理解理论知识，而且可以通过一些电路实例来解释生活中的一些现象，激发学习的兴趣。

集成电路设计是实践性很强的一个方向，要求将工艺、器件、电路、版图四个方面的理论课程融会贯通，而传统的实践教学旨在加强学生对软件的认识，忽略对理论内容的加深与贯通。通过研究型实践教学模式的开展，可以在保证教学大纲不变的前提下，通过选择适用性较强的实践内容，使学生一方面能够将各门理论课的知识加深及贯通，另一方面可以使学生接触到用人单位感兴趣的课题内容，有利于学生加强实践的动力和持续进步。通过研究型实践，对学校而言，可以培养更优秀学生；对学生而言，可以掌握前沿知识、促进就业。

研究型实践成果的实现为学生的晋升、发展提供支持。学生的实践研究成果如能公开发表或获奖，能解决实际工作中的问题，这无形中为学生在工作岗位上的晋升、发展增加筹码。这在最大程度上激发学生的实践兴趣，是其他任何实践模式都不可比拟的。同时，研究型实践教学鼓励学生多看文献、多写总结报告，这也为学生撰写本科毕业论文打下良好的基础。

3　研究型实践教学模式的具体实施

3．1　课程结构优化

指导学生接触各类资料，能够提出问题，进而解决问题以掌握知识、应用知识，完成对知识的一个探求过程；对实验内容进行适当调整和完善，使课程体系更全面更科学，更能贴近行业发展，更能体现学生的主动性。

3.2　采用课堂讨论进行专题研讨的教学方法

在研究型实践教学模式中，师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。根据课程需要，结合国内外的研究现状和发展趋势，采用与行业内吻合的实验软件，挑选合适的电路原型做仿真设计，并共同探讨电路的优化方案。

3．3　专业资料查询能力培养

为学生提供研究资料或指导学生进行资料查询、整理，鼓励学生从图书馆、书店、网络等各种途径查阅文献资料，以充实自己的研究基础。提醒学生要对已收集的资料进行批判性的研究，去伪存真，指导学生从这些资料中总结、分析、解释与实践研究课题相关的理论、知识经验以及前人的研究成果。

3．4　指导学生撰写专题论文（报告）

在研究型实践教学过程中，指导学生通过论文、调查报告、工作研究、分析报告、可行性论证报告等形式记录实践研究成果。在撰写论文时，要求学生要了解实践课题研究报告的一般撰写格式；要先拟订论文的写作提纲，组织好论文的结构，做到纲举目张；会用简练、严谨、准确的语言表达自己的思想，不追求文章的长短。指导学生开展专题电路讨论，由学生根据自己感兴趣的课题来查找文献资料，进行研究，完成电路设计和仿真，最后完成专题论文的撰写。

3．5　鼓励学生参与课题研究

为调动学生参与科研创新活动的积极性，激发学生的创新思维，提高学生实践创新能力，鼓励学生参加老师的课题，锻炼学生的动手能力，培养“研究型”的思维模式。

4　研究型实践教学模式对教师和学生的要求

4．1　研究型实践教学模式对教师的要求

研究型实践教学模式的实施对任课教师提出了新的要求：一是要熟练地掌握课程的基础知识和内在结构，还要掌握与课程相关的专业基础知识和实践的基本技能；二是要掌握学科最新信息，不断更新知识，了解课程所涉及学科的最新动态和取得的最新研究成果；三是要熟练运用科学研究的方法和手段。这些都对教师提出了更高的要求。

4.2　研究型实践教学模式对学生的要求

研究型实践教学模式对学生的要求：一是学生要有一定的知识积累，储备了比较完备的基础知识；二是要求学生具有一定的专业知识水平，熟练掌握集成电路的一些理论知识；三是要求学生具备一定的自我控制能力和自学能力；四是要求学生具备一定的科学研究能力。在研究型教学中，学生积极参与显得尤为重要，需要充分调动学生的积极性和主动性。

参考文献

［1］黄雪梅.研究型实践教学有效实现的三个关键环节[J].理工高教研究, 2009,4,28(2):136-137.

篇7

集成电路设计实践主要是提供学生一个实践平台，采用先进的集成电路仿真软件，将书本上的知识采用模拟的方法进行加深理解。实践内容既是电路、模拟电子技术、数字电子技术以及课程设计中所学知识的应用，又是与最前沿科技紧密联系的。而传统的教学内容和教学模式，缺乏对学生创造力的培养，也缺乏与前沿科技的联系，因此需要进行教学改革的探讨和实践。随着教育改革的不断深入，传统的实践教学中“以教师为中心”、“以灌输为主要方式”的教学模式已无法适应时代的要求。先进的教学模式是人才培养的关键措施。研究型教学模式，又称为研讨式教学模式，是指教师以课程内容和学生的知识积累为基础，引导学生创造性地运用知识、自主地发现问题、研究问题和解决问题，以学生为中心，以知识掌握为基础，以能力培养为主线，以提高素质为目的的一种新模式。集成电路设计实践同样需要采用先进的教学方式，提高学生的创新能力，培养研究型IC设计人才。

2研究型实践教学模式的作用分析

集成电路设计实践引入研究型实践教学模式，可以使相关领域的学生真正实现学有所用，不仅学习了集成电路设计的软件知识，同时可以将课堂的理论知识通过工艺模型、电路设计、仿真方法来复现，从而更深入的理解理论知识，而且可以通过一些电路实例来解释生活中的一些现象，激发学习的兴趣。集成电路设计是实践性很强的一个方向，要求将工艺、器件、电路、版图四个方面的理论课程融会贯通，而传统的实践教学旨在加强学生对软件的认识，忽略对理论内容的加深与贯通。通过研究型实践教学模式的开展，可以在保证教学大纲不变的前提下，通过选择适用性较强的实践内容，使学生一方面能够将各门理论课的知识加深及贯通，另一方面可以使学生接触到用人单位感兴趣的课题内容，有利于学生加强实践的动力和持续进步。通过研究型实践，对学校而言，可以培养更优秀学生；对学生而言，可以掌握前沿知识、促进就业。研究型实践成果的实现为学生的晋升、发展提供支持。学生的实践研究成果如能公开发表或获奖，能解决实际工作中的问题，这无形中为学生在工作岗位上的晋升、发展增加筹码。这在最大程度上激发学生的实践兴趣，是其他任何实践模式都不可比拟的。同时，研究型实践教学鼓励学生多看文献、多写总结报告，这也为学生撰写本科毕业论文打下良好的基础。

3研究型实践教学模式的具体实施

3．1课程结构优化

指导学生接触各类资料，能够提出问题，进而解决问题以掌握知识、应用知识，完成对知识的一个探求过程；对实验内容进行适当调整和完善，使课程体系更全面更科学，更能贴近行业发展，更能体现学生的主动性。

3.2采用课堂讨论进行专题研讨的教学方法

在研究型实践教学模式中，师生互动有助于学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握。根据课程需要，结合国内外的研究现状和发展趋势，采用与行业内吻合的实验软件，挑选合适的电路原型做仿真设计，并共同探讨电路的优化方案。

3．3专业资料查询能力培养

为学生提供研究资料或指导学生进行资料查询、整理，鼓励学生从图书馆、书店、网络等各种途径查阅文献资料，以充实自己的研究基础。提醒学生要对已收集的资料进行批判性的研究，去伪存真，指导学生从这些资料中总结、分析、解释与实践研究课题相关的理论、知识经验以及前人的研究成果。

3．4指导学生撰写专题论文（报告）

在研究型实践教学过程中，指导学生通过论文、调查报告、工作研究、分析报告、可行性论证报告等形式记录实践研究成果。在撰写论文时，要求学生要了解实践课题研究报告的一般撰写格式；要先拟订论文的写作提纲，组织好论文的结构，做到纲举目张；会用简练、严谨、准确的语言表达自己的思想，不追求文章的长短。指导学生开展专题电路讨论，由学生根据自己感兴趣的课题来查找文献资料，进行研究，完成电路设计和仿真，最后完成专题论文的撰写。

3．5鼓励学生参与课题研究

为调动学生参与科研创新活动的积极性，激发学生的创新思维，提高学生实践创新能力，鼓励学生参加老师的课题，锻炼学生的动手能力，培养“研究型”的思维模式。

4研究型实践教学模式对教师和学生的要求

4．1研究型实践教学模式对教师的要求

研究型实践教学模式的实施对任课教师提出了新的要求：一是要熟练地掌握课程的基础知识和内在结构，还要掌握与课程相关的专业基础知识和实践的基本技能；二是要掌握学科最新信息，不断更新知识，了解课程所涉及学科的最新动态和取得的最新研究成果；三是要熟练运用科学研究的方法和手段。这些都对教师提出了更高的要求。

4.2研究型实践教学模式对学生的要求

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【关键词】Multisim10.0 OTL音频功率放大器 性能 仿真实验

OTL音频功率放大器是功率放大器中极为重要的一种，其电路大多采用的是分立元件，与一般实验相比复杂性更高。长期以来，OTL音频功率放大器实验结构不够理想，这在很大程度上是由于电路性能参数误差及电路参数选择不当造成的。当前，Multisim10.0仿真软件在OTL音频功率放大器性能研究中得到了广泛地应用，其对于硬件电路设计有着极为重要的指导作用。

1 OTL音频功率放大器电性能理论推导分析

目前，常用的OTL音频功率放大电路为AB类OTL功率放大电路，如图1所示。该OTL功率放大电路的效率接近B类功率放大电路，最大能够达到78.6%，其性能明显优于甲类功率放大器的25%及变压器甲类功率放大器的50%，与此同时，它还能在一定程度上降低B类功率放大器的交越失真，应用范围非常广。通常情况下，对AB类OTL音频功率放大器的分析需要从B类功率放大器_始。

B类功率放大电路如图2所示，其在Multisim10.0基础上进行搭建，为了便于理论分析，选用OCL电路，其采用的是双电源供电，在本质上与单电源供电相同。图2中，当输入信号V3为正半周，T2导通，T3截止，RL能够得到一个相同幅度的正半周信号。负半周情形则与之相反，可以得出负载RT电压：，功率放大电路管T2导通时的瞬间管耗计算公式为：

，T2仅有半周导通，平均管耗计算公式为

，当时，

，输出最大功率，管耗最大值

，两路电源总功耗的计算公式为

，B类功率放大电路的效率则为

。若Vp=Vcc，此时B类功率放大器电路的效率最大，可通过

计算，约为78.6%。

上述推导并未考虑B类放大电路受功能放大管T2与T3导通电压造成的交越失真现象，因此，为了便于分析，采用双电源供电，单、双电源供电下AB类功率放大器电路的最大效率都接近78.6%。研究对AB类、B类功率放大器电路的仿真结果进行分析，结果显示AB类功率放大器能够将V4、V5电压改为0.75V，避免交越失真现象的发生，其输出功率也有所增加，电源电流变大。另外，在输出电压为达到电源电压时，功率放大器效率已达到56%。

2 仿真实验

Multisim10.0仿真软件对OTL音频功率放大器性能的实验仿真电路如图1所示，在实验中还增加了多个测试仪表，便于实现对OTL功率放大器电路的调节于测试。首先要对供电电压及T1选择进行适当的优化、调整，对R4进行调试，确保T2与T3的E级电压能够达到10V；然后根据实际情况对R6、R5进行适当调节，使两个功率放大器基极间压差能够控制在1.5V左右，仿真结果见图2，从图中可以看出该OTL音频功率放大电路不存在交越失真现象，且能够在一定的总谐波失真度情况下，达到1W的功率输出，当总谐波失真度在11%的条件下，该电路能够达到4W的功率输出，此时其效率能够达到62%。

OTL音频 功率放大器的通频带仿真结果如图3所示，当处于40Hz～1.45MHz的条件下，通频带能够通过增大电路中的电容值延伸到20Hz以下。除此之外，还需要对电路参数进行合理选择，采用虚拟仪器中的万用表、示波器等，对功率放大器的各项性能指标进行测试。

经过实际电路操作，其电路图与调试方式与仿真电路一致，得出的结果与仿真结果一致。

3 结论

此次研究通过理论推导、Multisim10.0电路仿真等方式与实际实验相结合，可以得出OTL音频功率放大电路的工作原理，结论如下：

（1）OTL音频功率放大电路的最大工作效率可达到78.6%；

（2）仿真实验得到的OTL音频功率放大电路效率接近78.6%，与实际实验结果一致。

该仿真实验方法能够有效克服传统验证性实验的不足，提升实验效率。

参考文献

[1]王翠珍，唐金元，纪明霞等.基于Multisim10.0的非线性电路分析方法仿真研究[J].国外电子测量技术，2015，14（08）：66-69.

[2]牛康，李平，曹洪奎，等. 基于Multisim的红外光音频传输系统的设计与仿真[J].电子世界，2014，26（19）：143-143.

[3]唐金元，史风隆，王翠珍.基于Multisim 10.0的高电平调幅电路仿真研究[J].国外电子测量技术，2013，32（06）：86-88.

[4]宋冬萍.Multisim 7和Protel 99 SE在OTL电路设计中的联合应用[J].商丘职业技术学院学报，2010，09（05）：56-58.

篇9

关键词：实验教学 存在问题 改革措施

《PROTEL电路设计》是一门实践性很强的课程，对提高学生的实践动手能力和创新能力有重要的作用。目前各大高职院校已探索出适合自己特点的独特教学方法和管理手段，并取得了一定的成绩。但一些专业教师对实验教学重视不够，在实验内容的安排上不尽合理，《PROTEL电路设计》的实验教学仍然存在着许多问题，因此，必须对实验教学进行改革。

1 实验教学存在的主要问题

1.1 专业教师对实验教学的重视不够

一些专业教师对实验教学的重视不够，把它当作掌握书本知识的辅助教学环节，使学生实验的积极性不高，实验的兴趣降低，直接导致学生的动手能力差；不考虑实验课本身的教学规律及其对学生的实践能力的培养，更不说理论与实践的有机结合。

1.2 实验内容的安排不尽合理

《PROTEL电路设计》的实验，只是在电脑中画出电路原理图，再制作PCB图，学生只是掌握了PROTEL的基本操作和基本技能，对学习本课程的目的不明确，影响了学习效果。

1.3 没有和其它相关课程进行有效的联系

《PROTEL电路设计》的学习目的：是通过前面所学的电子技术、电路分析和电路设计等课程，设计出电路图后，然后通过PROTEL这个操作平台，画出原理图和PCB图，制作出电子产品。而很多的教师在实验教学的时候，都没有和所学过的课程进行有效的联系，使学生缺乏创造性，没有给他们提供足够的发展空间。

1.4 采用传统陈旧的实验教学方法

教师给出实验题目，讲解后，学生按部就班地操作，使学生的思维能力受到了限制，创新精神和实践能力得不到培养。

2 实验教学的改革措施

由于实验教学存在着如此多的不足，笔者经过不断的探索、改进和创新，总结出一套实验方法，让学生积极地参与到实验中来，主动地完成实验任务，收到了良好的效果。

2.1 确立以培养能力为主的思想，改革考核制度。

高职高专培养学生的目标是面向生产、建设、管理和服务第一线的高级技能型应用人才。因此，必须正确认识传授知识和培养能力的关系，确立以理论够用为准则，将培养学生的实践能力和创新精神放在更重要的位置上，充分地认识到培养学生能力的实验教学比理论教学具有更重要的地位。甚而根据内容的需要，先进行实践操作，确立了感性认识以后，再学习理论知识，有利于提高学生的实践能力和创新能力；而且还可激发学生对理论知识的求知欲，激发学生学习的兴趣，从而提高学生学习的积极性。在此基础上，改革考核制度，采用上机考试，督促师生更加重视实践教学环节，进一步提高实践教学质量。

2.2 采用分层次实践教学。

分层次实践教学包含两个方面的内容：一方面，学生的分层次，另一方面，实验内容的分层次。针对不同层次的学生，分别进行基础性实验、综合性实验和设计性实验这种“分层次实践教学”的改革方案，学生只有完成基础性实验以后，才能进行综合性实验和设计性实验。

基础性实验是让学生加深对理论课程内容的理解，PROTEL主要培养学生掌握基本操作和基本技能，能够熟练地绘制电路原理图和PCB图，其内容应尽量覆盖理论课教学的重点。由于PROTEL是英文软件，所以要引导学生敢于探索、大胆实践，由被动的要我做实验转变为主动的我要做实验，才能够更好地掌握基本知识，将理论知识变为操作技能。根据市场人才的需求，我们应该增加综合性实验和设计性实验的实践环节。综合性实验包括同一课程中各知识点的综合应用、相关课程内容的综合应用，让学生把知识综合应用于实践，逐步了解工程应用的概念。比如：要求学生画出电动机的正反转控制电路图，并绘制出装配图。由于电动机正反转控制电路原理图中，绝大多数的元件符号和PCB封装在PROTEL的元件库中，这就要求学生自己绘制原理图元件和PCB封装，封装的尺寸大小还必须精确，否则会出现安装问题，设计要规范、合理。设计性实验主要由学生自己完成选题、设计电路、组装调试、测试结果的全过程，其目的是使学生掌握工程设计的步骤，提高工程设计能力，更为自主地获取实践技能，使其实践能力、分析解决问题的能力和创新能力得到提高。完成选题后，设计任务，可以通过PROTEL仿真技术(还有EWB电子工作平台、EDA电路仿真实验组件等)来完成，通过调整参数，使设计的电路性能达到最佳。经过指导教师审核通过后，利用现代化仪器仪表，将设计的电路系统地安装和调试出来，整个实验操作过程由学生独立完成。

2.3 密切和其它专业课程的配合，实验内容互相渗透、互相补充。结合专业课程的需要，安排结合专业课程的实验内容。

在电路设计任务中，必须将电路分析、电子技术、电路设计的知识有机地结合起来，按照电路设计的方法和步骤，设计出电路，才能满足电路的基本要求，实现电路的功能。只有反复调整元件的参数，反复修改电路，才能使电路性能达到最佳，完成设计任务，学生的创造性才能得到充分发挥。

2.4 采用开放式教学。

开放式教学，包括实验内容、要求和实验室都应具有开放性，将封闭式的实验改为全方位开放性实验。开放实验是由学生自己根据实验任务书的要求，独立设计实验电路，拟定实验方案，完成实验过程。辅导教师对学生的辅导由以前的灌输式“教”改为启发式“导”，只负责对实验方案进行审查。在审查学生设计方案时，要求学生陈述自己的设计思路，学生在讲述过程中就会进行再次思维。如果设计正确，可接着问是否还有其它设计方案；如果设计不对，这时再因势利导地告诉他出错的原因，学生就能将容易犯错误的知识点消化掉。让学生在“开放的空间”里开动脑筋，发挥想象力，形成自由学习的氛围，让学生充分施展个人才能。学生可以根据自己的学习计划，灵活安排时间来完成课程设计、课程实验的内容。

3 实验教学改革的主要效果

原来，学生只能在电脑中绘制原理图和PCB图，通过实验教学改革以后，学生学习电路设计的兴趣空前高涨，形成了设计制作电路的热潮：有学生设计制作了八路抢答器，正投入到学校使用，反映效果良好；制作安装了双音变音门铃，也有学生制作了四声道功放，还的学生制作了61单片机系统……在教师的带领下，学院电子协会的成员正在设计安装调试16路遥控系统，已初见成效。

总之，通过改革实验教学，学生掌握了电子产品设计、电子产品制作和电子产品调试维护三大职业能力的全过程，提高了实践动手能力。

参考文献：

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【关键词】 Multisim 仿真 教学应用

1 问题的提出

在以往单一的教学中，教师只是把书本上的知识总结归纳地讲给学生，从学生的角度分析，技校的学生思想比较活跃，但基础知识相对比较差，再加上电路分析本身就是一个很抽象的学科，这就使学生在学习电路分析的时候感到有一定的困难，从而对学习没有兴趣，成绩自然就不好。那么，如何尽快地培养出满足市场需要的电工电子技能型人才成为教学工作者必须研究的问题。

由于在电子电工实验和实习操作中，我们需要很多相关的实验仪器，其中有些仪表仪器价钱比较昂贵，操作起来也比较复杂，若在实验和实习中完全依赖这些昂贵的仪器进行实做训练，投入大，消耗的成本比较高。因此，电路模拟软件就是我们所需要的一种教学新方法。

运用Multisim仿真系统教学是解决这一问题的重要途径。它既能解决学生实习时不熟悉仪表操作的问题，又可以大大提高学生的学习兴趣，还能提高学生的电子电路设计的能力，使课堂的实验演示更加灵活方便。

2 电子设计软件教学模式的确定

职业技术教育的电子电工技术应用专业的职业培训是使学生获得电子电工应用专业职业技能，既能适应现有的社会传统的电工电子专业的需要，也可以参与新项目的研究和开发。为此，我们需要建立一整套适应教学和市场需要的培养体系，使技校的学生除了动手能力、实践能力很强以外，参与新技术研究的能力也得到提高。

电工电子软件的应用技术教学模式应当是将传统的教学模式与新的多媒体教学模式相结合，使学生在掌握书本上的科学知识和专业知识的同时与实践相结合，更能从学生直观地角度来阐述难懂得知识。从另一个方面来说，给一些学习较好的同学一个电子设计的平台，从而能得到更好地锻炼。

3 Multisim仿真系统在教学中的应用

3.1 Multisim仿真系统的选用。我们选用了Multisim2001，它是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件。Multisim2001与EWB相比在功能上有了较大的改进，提供了标准的实际元（器）件库、RF库、功能强大品种齐全的仿真仪器和能满足各种需求的分析方法。Multisim2001的开放式元件库和仿真结果的输出，可与多种EDA软件匹配。其本身也是一个完整的系统设计工具，结合Spice、VHDL、Verilog可对模拟、数字和RF电路进行仿真。Multisim2001也被广泛的用作“电路分析”、“模拟电子线路”、“数字电路”和“通信电子线路”等课程的仿真设计平台。使电工、电子技术理论课的教学更加生动活泼，课堂实验演示更加灵活方便。

3.2 Multisim仿真系统在电工电子教学中的应用。

3.2.1 在电路分析中的应用。在电路分析中，戴维南定理一个非常重要的内容，但是，它对于技校的学生来说又是一个十分难理解的解题方法。在理论知识掌握了一定程度以后，我们用Multisim仿真系统软件来验证，会让学生更好理解定理、方法的应用，在Multisim中用万用表分别测量电路的端口电压和端口短路电流，就可以轻松地求出线性电路的戴维南等效电路，使计算简单化。

如图1-1所示电路为例：利用戴维南定理求解戴维南等效电路，同时，熟悉在Multisim中选取元件、连接电路、表头测量的基本操作过程。

图1-1 戴维南定理应用电路

基本操作：①从元器件库中选取电压源和电阻，创建图1-1所示电路。②启动Place菜单中的Place Junction命令，再启动Place中的Place Text命令，在需要添加端点的位置上点击鼠标，输入文字A、B。从右边仪表库中选出数字万用表（Multimeter），并接至端点A、B：表头“+”与A连接，“-”与B连接，如图1-2所示。双击XMM1，在面板上选择“V”和“DC”。启动仿真开关，万用表读数为8.0V，如图1-3所示，此为A、B两端的开路电压。

图1-2 测量开路电压和短路电流

图1-3 图1-4

③仍将万用表接至A、B两端，在面板上选择“A”和“DC”，启动仿真开关，万用表读数为2mA，如图1-4所示。此为A、B两端短路电流。④根据戴维南定理，等效电阻等于电路的端口开路电压和端口短路电流的比值，故该电路的戴维南等效电阻R=8/2=4。⑤根据测量的数据，可画出戴维南等效电路，如图1-5所示。

从这个例子我们可以看出，在解决较复杂的电路问题的时候，可以应用Multisim系统软件将这一解题方法直观的展现在学生面前，使学生能有兴趣接受和掌握这一定理的应用，丰富了课堂教学。

3.2.2 Multisim在电子线路中的应用。在模拟电子线路分析与设计过程中，经常需要选择合适元器件。如果在设计过程中，每换一个元件就进行一次测量，则工作量非常大。利用Multisim提供的大量的仿真分析法，可以为电路设计提供许多有效的方法。

例如：单级共射放大电路是放大电路的基本形式，为获得不失真的放大输出，需要设置合适的静态工作点，静态工作点过高或过低，都会影起信号的失真。通过改变放大电路的偏置电压，可以获得合适的静态工作点。

单级共射放大电路是一个低频、小信号放大电路。当输入信号的幅度过大时，即便有了合适的静态工作点，同样会出现失真。改变输入信号的幅值即可测量出最大不失真输出电压。放大电路的输入、输出电阻是衡量放大器性能的重要参数。那么，我们通过Multisim仿真系统软件，为放大电路选择合适的静态工作点，以及如何利用系统软件测量放大电路的性能参数。

3.2.3 静态工作点的设置。创建如图2-1所示电路，运行仿真开关，可看到如图2-2所示的输出波形。然后我们更改一下元件的参数，看看它对放大电路有什么影响。

双击电阻R3，将其数变为R3=27kohm，可以看到输出波形如图2-3所示。很显然，由于R3增大，三极管基极偏置电压增大，致使基极电流、集电极电流增大，工作点上移，输出波形出现了饱和失真。

图2-1 单级共射放大电路

图2-2 共射放大电路输出 图2-3 共射放大电路输出

由理论分析可知，工作点偏高，易引起饱和失真，消除的方法是：增大基极电阻，以减小基极电流，使工作点下移。如果工作点偏低，会引起截止失真，消除的方法是：减小基极电阻，以增大基极电流，使工作点上移。

在电路窗口单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中点击show命令，选择show node names。启动Simulate菜单中Analysis下的DC Operating Point命令，在弹出的对话框中的Output variables页将节点2、3、4作为仿真分析点，点击Simulate按钮，可获得仿真结果如图2-4所示。

图2-4 仿真分析点

3.2.4 输入信号的变化对方法电路输出的影响。现在我们相应的改变输入信号V1，将输入信号幅值变为5mV时，测得的波形如图2-5所示。再分别改变为15mV、20mV时，都有相应的失真，输出波形上宽下窄，当输入信号幅值改为21mV时，波形严重失真，如图2-6所示。因此说明，由于三极管的非线性，图2-1所示的放大电路仅适合小信号放大，当输入信号太大时，会出现非线性失真。

图2-5改变输入时的输出波形

图2-6改变输入时的输出波形

3.2.5 测量放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻。放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻是放大电路的重要性参数。我们利用数字万用表对它们进行测量。

3.2.5.1 测量放大倍数。利用图2-1所示电路，双击示波器图标，就可以从示波器上观测到输入、输出电压值，计算放大倍数Av=V0/Vi。

3.2.5.2 测量输入电阻。如图2-7所示，将万用表接入电路中。运行仿真开关，可从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则Rif=Ui/Ii，测得频率为1kHz时的输入电阻。

图2-7 输入电阻测试电路

3.2.5.3 测量输出电阻。根据输出电阻计算方法，将负载开路，信号源短路，在输出回路中接入电压表和电流表，如图2-8所示。设置为交流AC，从电压表XMM2和电流表XMM1上读取数据，则ROf=UO/IO，测得频率为1kHz时的输入电阻。

图2-8 输出电阻测试电路

4 Multisim仿真系统的应用效果、存在的问题及解决的方法

通过以上举例分析，Multisim仿真系统软件无论在教师教学中还是在学生的学习过程中都很方便，在引入仿真教学之前，教师只是仅限于书本上的知识，而学生对这些枯燥的知识没有学习兴趣，既影响了教师的教学效果，也影响学生的学习效果。引入Multisim仿真系统之后，学生可以直观的分析电路，使学生的学习主动性与积极性大为提高。另外，在技能训练中，可以激发学生的动手、动脑能力，大大节约了实习训练成本。

当然，软件的应用也会存在一些问题，比如仿真出来的一些曲线可能和以往见到的不太一样，学生存在对比，以至于混淆；软件对学生英文水平也是一个大的挑战，等等。这就要求教师要正确的引导和指导学生，弥补软件教学的不足。

总之，Multisim加工仿真软件在教学中的应用尚在起步与研究探索阶段，只要积极思考在应用中产生的问题，主动采取应对措施，正确发挥其在教学中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。

参考文献

1 蒋卓勤等.Multisim2001及其在电子设计中的应用.西安电子科技大学出版社