仿真電路設計總結范文

導語：如何才能寫好一篇仿真電路設計總結，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】Pspice 模擬電子電路 電子電路設計

在電氣、電子、自動化、計算機等類型的專業中，模擬電子電路設計是基礎的技術課程，其理論知識較為抽象且電路的原理較為復雜，對于學生來說比較困難，教師也難以教好。本文提出將Pspice應用在模擬電子電路設計中，有了該軟件，就等于有了電路以及實驗室，完美地將理論與實踐結合，為教師和學生提供便利。

1 Pspice軟件概述

Pspice軟件由Schematics（電路模擬器）、Pspice（仿真軟件的數據處理器）、Probe（軟件的圖形后期處理器）、Stmed（產生信號的工具）、Parts（為器件建立模型的工具）和Pspice Optimizer（軟件的優化設置工具）等組成，能夠提供強大的電路圖繪制、電路模擬仿真、圖形后期處理等功能。

Pspice包括以下主要功能：直流特性分析，其中包囊直流靜態工作點分析、直流靈敏度分析、直流掃描分析以及直流小信號傳遞函數值分析；交流掃描分析，包括頻率特性分析和噪聲分析；瞬態特性分析；蒙特卡羅分析；溫度特性和參數掃描分析；最壞情況分析等。

在設計電子電路期間，以既定的功能及技術參數來制定設計方案，可以應用Pspice模擬和連接電路并檢測電路設計有無達到預期效果，也可以在計算機上對電路的結構和相關參數進行修改，不斷測試、觀察輸出的波形，直至達到設計要求，以便取得電路的最優技術指標，為電路設計的精準性評價提供便利。此外，還能夠分析容差、敏捷性、最壞狀況、溫度特性等，這些都是傳統的方法難以完成的，還能夠比較各種設計方案的優劣，方便選擇最優的方案，使電路設計最優化。

2 Pspice軟件的仿真實例

Pspice軟件在電子電路設計中的應用可以提高教學效率，仿真電路的步驟大致分為五步：第一，繪制電路圖；第二，分析電路的特性和仿真參數；第三，仿真測驗；第四，顯示仿真的結果；第五，分析并輸出相應的實驗結果。下面對Pspice軟件的仿真實例進行分析。

2.1 限幅電路的設計實驗

限幅電路的示意圖如圖1所示，二極管的型號為DIN4148，電阻為1kΩ，電源電壓為3伏特，當輸入電壓達到6sin wt的時候，電路要達到限制輸入電壓幅值的目的。

設置直流掃描分析以及瞬態分析，得出輸入電壓Ui以及輸出電壓U0的波形，如圖2所示，可見電路對輸入電壓幅值的限制效果。

在限幅電路的瞬態分析結果示意圖中可見（圖3），當輸入的電壓超出固定范圍時，超出的部分就會被截止，這樣就能使信號的電壓在一定的幅值內，防止電路受信號電壓的影響出現故障。

2.2 RC正弦振蕩電路設計實驗

RC振蕩電路在電子技術中得到廣泛應用，振蕩電路在自動進行振蕩的過程中，其達到平衡的條件所花費的時長極短，在課堂上，教師直接講授相關的理論會令學生難以在有限的課堂時間內理解并掌握，因為學生難以根據抽象的理論想象出波形。就此，將Pspice運用到其中，可以觀察出振蕩電路建立振蕩的過程以及振蕩器在穩定之后的波形，同時，可以改變電阻或電容，觀察其對振蕩電路會產生怎樣的影響，更加便捷、直觀地掌握振蕩電路的設計原理及運行原理。

3 總結

從上述的設計實驗中可知，在模擬電子電路設計中應用Pspice能夠使設計仿真的效果精準且直觀形象，為電子電路的設計提供極大便捷。Pspice是應用極廣的電路設計及分析軟件，具有繪制電路圖、模擬仿真電路、圖形后期處理等強大功能，在建立真實的電路之前，在該軟件上設計、繪制仿真電路，依據具體的需求來設置相應的參數，斷定電路設計是否科學、性能是否可靠、能否達到設計的要求、有無必要修改電路等，還可以對元件的變化會對電路造成怎樣的影響進行綜合評估，同時也能對一些電路的特性進行測量分析。總之，Pspice的應用能夠為電子電路的模擬仿真設計帶來很好的內外部條件，幫助設計者設計出最優電路，提高教師的教學效率和學生的掌握速率，從根本上減少成本支出，使電路設計最優化，提高電路性能的可靠性，是模擬電子電路設計中必不可少的仿真設計軟件。

參考文獻

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[5]周潤景，張麗娜，王志軍.Pspice 電子電路設計與分析[M].北京： 機械工業出版社，2011

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作為應用型本科院校，在實踐教學環節中如何提高學生的創新能力、實際操作能力、分析和解決問題的能力亟待解決。目前國內大多高校工科專業實驗設備陳舊，更新換代不及時，學生只是在現有的實驗設備上進行簡單的驗證性操作，對學生的各方面能力并沒有很好的進行鍛煉，很多原理性的東西在實驗操作臺上沒有很好的體現［1］。鑒于此，可以對課程中的個別實驗引入自制實驗設備，采用該種手段不僅有利于提高學生創新能力的培養，還可以引入最新的實驗技術手段，提高實驗裝置的利用效率、節約實驗成本［2］。《模擬電路》是電類專業最基礎的專業課程，通過該課程的學習不僅要求學生掌握較強的理論知識，還要求學生具有一定的實踐創新能力，結合多年來對本課程的授課經驗，以該課程為例來說明如何在教學過程中通過自制實驗設備來提高學生的創新應用能力。

1自制實驗設備在教學中的必要性

近年來學校對實驗室的建設經費投入越來越多，其中購買了很多先進的實驗設備和儀器裝置，但有些設備只能進行簡單的驗證性操作，對于高校工科實驗教學的針對性較差。同傳統的實驗模式相比較，自制實驗設備在實驗教學中具有多個優點，在實驗教學中的使用很有必要性［3－5］。

第一，適用性強。教師可根據單門課程或者多門課程設計綜合性實驗，針對不同的專業適當調整實驗的難易程度。

第二，成本低。學生根據教師給出的實驗要求，自行選擇元器件進行電路的焊接，同市場上現有的實驗電路板相比較能夠節約大量成本。

第三，可操作性強。老師可在實驗內容中加入自己的科研內容，既能夠鍛煉學生也能夠提高教師的科研水平。

第四，提高學生專業能力和動手能力。在實驗執行過程中能夠激發學生的學習興趣、鞏固學生的專業知識，并把課堂學到的知識應用到實際當中，能培養學生的設計能力、創新能力、實踐能力和動手操作能力。

商洛學院本科教育進入轉型發展階段，學校以培養應用型本科生為目標，所以實踐教學環節在課程教學中的作用變得尤為重要。對于電類專業的課程，現有的教學儀器設備不能滿足教學要求，自制實驗設備可以降低教學難度、提高課堂效率、拓展學生思維，創造性地制作各種合適的實驗設備，因此具有提升課堂教學效果的突出作用。

2自制實驗設備的實施

以模擬電路課程實驗中“模擬運算放大電路”實驗為例進行說明，該實驗屬于設計性實驗，以往實驗要求學生從電路設計和電路驗證兩方面進行，但是實驗結果并不能使每個學生都能達到預期的教學目的，自制實驗設備將從電路設計、仿真、焊接、調試、驗證等幾方面進行實施，以此來提高學生的電路設計能力、分析能力和動手能力。

2．1電路設計與仿真

此階段主要考察學生對理論知識的綜合應用能力，通過對電路的設計、元器件的選擇拓展學生知識面。根據“模擬電路實驗”教學大綱給出電路設計的要求，要求學生熟悉放大電路的原理，進行電路設計以及電路中元件參數的確定，并提交最終的設計結果。以反相比例運算電路為例，要求設計電路的放大倍數為（－10）倍。學生首先要鞏固反向比例運算電路的原理進行電路的設計，再進行電路的仿真。根據電路設計要求放大倍數為（－10）倍，又因為考慮集成運放兩輸入回路參數對稱，即RN＝RP，綜合考慮，電路中電阻R3＝100kΩ，R1＝10kΩ，R2＝9．1kΩ。其次為了保護集成運放，在電源端分別接兩個二極管以防止電源反接損壞集成運放。通過電路的設計與仿真，對輸入波形和輸出波形進行對比。輸入信號ui設置為1kHz，峰值為100mV的正弦波，由仿真結果可看出，此時輸入信號與輸出信號反相，電壓放大倍數為10，且未出現失真，達到了設計的要求可以進行下一步的電路焊接與測試。

2．2電路焊接與測試

上節以反相比例運算電路為例進行了設計說明，在實驗過程中為了增加實驗內容要求學生對同相比例運算電路、加法運算電路、減法運算電路、微積分電路等都進行設計與仿真。設計完成后列出實驗器件清單進行電路的焊接，在焊接的過程中一方面可以提高學生的動手能力，另一方面也有利于培養學生發現問題解決問題的能力。在該電路板上學生可以通過選擇相應的器件來實現各類運算電路的測試。同樣對反相比例運算電路進行測試，輸入信號ui設置為1kHz，有效值為100mV的正弦波，為電路接入正負電源，根據電路設計圖連接各個電阻，接入信號函數發生器和示波器，觀察輸入輸出波形，通過示波器測試可看出，輸出電壓幅值為987mV，輸入電壓幅值為97.2mV，所得有效值放大倍數約為10倍左右，且輸入與輸出波形方向相反，即達到反相放大的目的。

2．3實驗考核

實驗考核是檢驗學生實驗效果最有效的手段，對于自制實驗設備的實驗項目考核要區別于一般驗證性實驗，首先要求學生提交設計說明、仿真結果、實驗心得，并對學生的作品進行現場的測試，其次在整個實驗成績中加大該類實驗所占的比例，這樣既能夠減輕學生負擔、調動學生的積極性，又可以保證實驗課程的完整性，也杜絕了學生抄襲實驗報告的現象。

本文僅對反相比例運算電路進行了設計說明，對于“模擬運算放大電路”實驗中的同相比例電路、加法電路、積分電路等均可以采取以上的教學方法，既能夠使學生對理論知識有一個清楚的認識，也鍛煉了學生設計電路、焊接電路、調試電路的能力，對學生綜合能力的培養有很大的好處。

3實驗改革的效果

為了檢驗實驗改革的效果，首先在一個班級進行了試驗，主要通過實驗報告、電路設計與仿真、測試效果、期末考核等方式進行改革效果分析，主要取得以下幾方面的成果。

（1）大部分學生能夠按照要求完成最終電路的測試，個別學生在電路焊接環節出現問題。

（2）提高了學生對電路的綜合設計與應用能力，通過自制實驗設備完成實驗的學生在電路設計和焊接方面明顯優于其他學生。

（3）實驗報告相比以前更加規范，設計過程、仿真結果、測試結果更加的詳細，抄襲現象明顯好轉。

（4）通過期末考核，學生對模擬運算電路這部分的理論知識掌握的比較扎實，對知識能夠靈活應用。

（5）實驗教師的各方面能力也得到了鍛煉，在實踐中增長才干，提高自己的理論水平的技術水平。

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【關鍵詞】集成電路；EDA；項目化

0 前言

21世紀是信息時代，信息社會的快速發展對集成電路設計人才的需求激增。我國高校開設集成電路設計課程的相關專業，每年畢業的人數遠遠滿足不了市場的需求，因此加大相關專業人才的培養力度是各大高校的當務之急。針對這種市場需求，我校電子信息工程專業電子方向致力于培養基礎知識扎實，工程實踐動手能力強的集成電路設計人才[1]。

針對集成電路設計課程體系，進行課程教學改革。教學改革的核心是教學課程體系的改革，包括理論教學內容改革和實踐教學環節改革，旨在改進教學方法，提高教學質量，現已做了大量的實際工作，取得了一定的教學成效。改革以集成電路設計流程為主線，通過對主流集成電路開發工具Tanner Pro EDA設計工具的學習和使用，讓學生掌握現代設計思想和方法，理論與實踐并重，熟悉從系統建模到芯片版圖設計的全過程，培養學生具備從簡單的電路設計到復雜電子系統設計的能力，具備進行集成電路設計的基本專業知識和技能。

1 理論教學內容的改革

集成電路設計課程的主要內容包括半導體材料、半導體制造工藝、半導體器件原理、模擬電路設計、數字電路設計、版圖設計及Tanner EDA工具等內容，涉及到集成電路從選材到制造的不同階段。傳統的理論課程教學方式，以教師講解為主，板書教學，但由于課程所具有的獨特性，在介紹半導體材料和半導體工藝時，主要靠教師的描述，不直觀形象，因此引進計算機輔助教學。計算機輔助教學是對傳統教學的補充和完善，以多媒體教學為主，結合板書教學，以圖片形式展現各種形態的半導體材料，以動畫的形式播放集成電路的制造工藝流程，每一種基本電路結構都給出其典型的版圖照片，使學生對集成電路建立直觀的感性認識，充分激發教師和學生在教學活動中的主動性和互動性，提高教學效率和教學質量。

2 實踐教學內容的改革

實踐教學的目的是依托主流的集成電路設計實驗平臺，讓學生初步掌握集成電路設計流程和基本的集成電路設計能力，為今后走上工作崗位打下堅實的基礎。傳統的教學方式是老師提前編好實驗指導書，學生按照實驗指導書的要求，一步步來完成實驗。傳統的實驗方式不能很好調動學生的積極性，再加上考核方式比較單一，學生對集成電路設計的概念和流程比較模糊，為了打破這種局面，實踐環節采用與企業密切相關的工程項目來完成。項目化實踐環節可以充分發揮學生的主動性，使學生能夠積極參與到教學當中，從而更好的完成教學目標，同時也能夠增強學生的工程意識和合作意識。

實踐環節選取CMOS帶隙基準電壓源作為本次實踐教學的項目。該項目來源于企業，是數模轉換器和模數轉換器的一個重要的組成模塊。本項目從電路設計、電路仿真、版圖設計、版圖驗證等流程對學生做全面的訓練，使學生對集成電路設計流程有深刻的認識。學生要理解CMOS帶隙基準電壓源的原理，參與到整個設計過程中，對整個電路進行仿真測試，驗證其功能的正確性，然后進行各個元件的設計及布局布線，最后對版圖進行了規則檢查和一致性檢查，完成整個電路的版圖設計和版圖原理圖比對，生成GDS II文件用于后續流片[2]。

CMOS帶隙基準電壓源設計項目可分為四個部分啟動電路、提供偏置電路、運算放大器和帶隙基準的核心電路部分。電路設計可由以下步驟來完成：

1）子功能塊電路設計及仿真；

2）整體電路參數調整及優化；

3）基本元器件NMOS/PMOS的版圖；

4）基本單元與電路的版圖；

5）子功能塊版圖設計和整體版圖設計；

6）電路設計與版圖設計比對。

在整個項目化教學過程，參照企業項目合作模式將學生分為4個項目小組，每個小組完成一部分電路設計及版圖設計，每個小組推選一名專業能力較強且具有一定組織能力的同學擔任組長對小組進行管理。這樣做可以在培養學生設計能力的同時，加強學生的團隊合作意識。在整個項目設計過程中，以學生探索和討論為主，教師起引導作用，給學生合理的建議，引導學生找出解決問題的方法。項目完成后，根據項目實施情況對學生進行考核，實現應用型人才培養的目標。

3 教學改革效果與創新

理論教學改革采用計算機輔助教學，以多媒體教學為主，結合板書教學，對集成電路材料和工藝有直觀感性的認識，學生的課堂效率明顯提高，課堂氣氛活躍，師生互動融洽。實踐環節改革通過項目化教學方式，學生對該課程的學習興趣明顯提高，設計目標明確，在設計過程中學會了查找文獻資料，學會與人交流，溝通的能力也得到提高。同時項目化教學方式使學生對集成電路的設計特點及設計流程有了整體的認識和把握，對元件的版圖設計流程有了一定的認識。學生已經初步掌握了集成電路的設計方法，但要達到較高的設計水平，設計出性能良好的器件，還需要在以后的工作中不斷總結經驗[3]。

4 存在問題及今后改進方向

集成電路設計課程改革雖然取得了一定的成果，但仍存在一些問題：由于微電子技術發展速度很快，最新的行業技術在課堂教學中體現較少；學生實踐能力不高，動手能力不強。

針對上述問題，我們提出如下解決方法：

1）在課堂教學中及時引進行業最新發展趨勢和（下轉第220頁）（上接第235頁）技術，使學生能夠及時接觸到行業前沿知識，增加與企業的合作；

2）加大實驗室開放力度，建立一個開放的實驗室供學生在課余時間自由使用，為學生提供實踐機會，并且鼓勵能力較強的學生參與到教師研項目當中。

【參考文獻】

[1]段吉海.“半導體集成電路”課程建設與教學實踐[J].電氣電子教學學報，2007，05（29）.

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關鍵詞： 組合邏輯電路；電路設計；Multisim；仿真；交通信號燈；監控器

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）29-6625-04

1 概述

數字電子技術已廣泛應用于各個專業技術領域，組合邏輯電路是數字電路重要的組成部分，也是時序邏輯電路設計的基礎，在實踐中被廣泛應用。組合邏輯電路的輸出僅與當前的輸入狀態有關，而與輸入之前的信號狀態無關，因此組合邏輯電路沒有記憶功能，在其電路中沒有反饋延遲電路[1-2]。

Multisim的前身是EWB（Electronics Workbench）軟件，是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的交互式SPice仿真和電路分析軟件，專用于原理圖捕獲、交互式仿真、電路板設計和集成測試[3-5]。Multisim軟件包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。

本文以交通信號燈監控器為例，分別運用與非門74LS00、中規模集成數據選擇器74LS151和中規模集成譯碼器74LS138為主要元件設計三種實現監控交通信號燈狀態的控制電路，并利用Multisim 12.0軟件進行仿真測試。

2 組合邏輯電路的設計

2.1 組合邏輯電路設計的一般步驟

組合邏輯電路設計主要是將用戶的具體設計要求用邏輯函數加以描述，再用具體的電路加以實現的過程。組合邏輯電路的設計可分為小規模集成電路、中規模集成電路、定制或半定制集成電路的設計[6]。其設計的一般步驟可用圖1來表示：

1）首先對命題要求進行分析，確定輸入變量、輸出變量的個數和狀態，并以真值表的形式列出；

2）根據真值表寫出邏輯函數表達式；

3）通過邏輯化簡，寫出最簡的邏輯函數表達式；

4）根據邏輯功能要求以及實際情況，選擇合適的門器件，把最簡的表達式轉換為相應的表達式；

5）根據表達式畫出該電路的邏輯電路圖。

2.2 組合邏輯電路的設計方法

組合邏輯電路可以采用分立元件實現，隨著微電子技術的迅速發展和集成電路工藝水平的提高，單塊芯片的集成度越來越高，價格越來越便宜，也可用通過小規模集成電路SSI，中規模集成電路MSI、定制或半定制集成電路等來實現[7]。

本文以監控交通信號燈工作狀態的監控器為例分析組合邏輯電路的設計方法。交通信號燈是交通信號中的重要組成部分，是道路交通的基本語言，每一組交通信號燈由紅、黃、綠三盞燈組成。正常工作情況下，任何時刻必有一盞燈點亮，而且也僅有一盞燈亮。當出現其他狀態時，電路發生故障，這時監控器發出故障信號以提醒維護人員前去修理。

2.2.1 命題分析

根據交通信號燈監控器的工作原理，確定紅、黃、綠三盞燈的狀態為輸入變量，分別用A、B、C表示；取故障信號為輸出變量，用F表示。

假設：A、B、C取1時，表示燈亮，A、B、C取0時，表示燈不亮；F為1時，表示工作狀態正常，F為1時表示發生故障。

2.2.2 列寫真值表

根據命題分析列出邏輯真值表，如表1所示。

計算機工程應用技術＼jxy02.jpg> （1）

運用卡諾圖化簡，可得簡化的邏輯函數表達式：

2.2.4把最簡的表達式轉換為相應的表達式

邏輯電路圖是根據邏輯函數表達式得出的，因此畫邏輯電路圖之前要根據邏輯功能要求以及實際情況確定元件，將最簡的表達式轉換為與所選用元件相對應的表達式。

1）選用與非門實現

選用集成與非門74LS00、74LS20實現交通信號燈監控器，將輸出與輸入之間的邏輯關系轉換為與非表達式。通過表達式變換，得到式3。

數據選擇器是一種多路輸入、單路輸出的邏輯部件。它在控制信號作用下，從多個輸入數據中選一個送到輸出端。式4給出了數據選擇器輸出與輸入的邏輯關系，其中，A0、A1、……Ak表示控制信號，Y表示輸出信號，Di為數據輸入信號，mi為控制信號的最小項表示，2k=n。

從表達式4中可以看出，其輸出實際上是數據輸入與地址輸入的最小項相與的關系，所以數據選擇器可以實現各種組合邏輯功能。選用中規模集成數據選擇器74LS151可實現交通信號監控器。74LS151是八選一數據選擇器，對式1進行變換，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，選用74LS151實現交通信號監控器需使F=Y，A=A2，B=A1，C=A0，則有D0=D3=D5=D6=D7=1，D1=D2=D4 =0。

3）選用變量譯碼器實現

變量譯碼器是組合邏輯電路中一個重要的器件，它是一個將n個輸入變為2n個輸出的多輸出端的組合邏輯電路。變量譯碼器的輸出與輸入之間的邏輯關系可用式6表示：

（6）

其中，Yi 是輸出端，mi是關于輸入變量An-1，An-2，……，A0的最小項，0

由于譯碼器電路的輸出列出了該電路的所有最小項表達式，而任何一個組合邏輯電路都可以寫成最小項表達式的形式，因此我們可運用譯碼器電路實現各種組合邏輯電路。選用中規模集成譯碼器74LS138來實現交通信號燈監控器。由于74LS138的輸出是反變量形式，低電平有效，因此變換式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的三個數據輸入端分別為：A=A2，B=A1，C=A0，且三個使能端有效，則74LS138中的8個輸出可分別與交通信號燈監控器輸出的最小項一一對應。

2.2.5 根據表達式畫出邏輯電路圖

為了便于邏輯電路圖的驗證，利用Multisim 12.0設計邏輯電路圖。根據2.2.4小節中三種設計方法的相應表達式：式3、式5、式7畫出邏輯電路圖，分別如圖2、圖3、圖4所示。

圖2～圖4中的XLC1 為邏輯轉換儀，它是Multisim軟件的一種虛擬裝置，可以接入交通信號燈監控器的輸入與輸出端，測試與驗證其邏輯功能。通過邏輯轉換儀中的“邏輯電路轉換為真值表”的功能分別驗證了圖2～圖4的邏輯功能，得到的真值表相同，如圖5所示，該電路真值表及邏輯函數表達式與設計的要求一致。

2.3設計方法分析比較

選用不同的元件最后設計出的電路形式雖然差別很大，但是實現的邏輯功能卻相同。選用如本文選用的74LS00、74LS20等SSI來實現電路，所用的集成電路芯片數量多，線路復雜，通用性不強，僅能夠適應某一特殊的函數要求。在用SSI設計電路時，要力求邏輯門電路的數量、種類以及輸入端的數量均應達到最少。

選用MSI設計組合邏輯電路，如本文選用的74LS151、74LS138，可以減少元件的數目，具有較強的通用性，可靠性高，易于設計、生產、調試和維護[8]。

3 組合邏輯電路的仿真

對于設計好的組合邏輯電路，不僅可以通過 Multisim中的邏輯轉換儀來驗證，還可以在Multisim窗口中搭建電路來仿真。從Multisim元件庫在已經繪制好的邏輯電路圖中添加電源、地、電阻、發光二極管等電器元件并進行連線，得到仿真電路圖。由于篇幅有限，文中只給出了用74LS138實現交通信號燈監控器的仿真電路圖，如圖6所示。

在仿真過程中，S1、S2、S3三個開關在全部打開、全部閉合以及任意兩個閉合的情況下，發光二極管就會亮，此時表示交通信號燈出現故障。

4 結束語

本文以交通信號燈監控器為例分析了組合邏輯電路設計的過程并進行了Multisim仿真測試。可以看出組合邏輯電路設計中，要實現相同的邏輯功能可根據實際情況選用不同的設計方法；同時，借助于EDA軟件Multisim，可以顯著提高電路設計工作的效率，為組合邏輯電路的設計仿真提供了一定的借鑒方法。

參考文獻：

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[2] 魏淑桃.計算機電路基礎[M]. 北京：高等教育出版社，2008.

[3] 周潤景，郝曉霞.Multisim&LabVIEW 虛擬儀器設計技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[4] 石嘉順.基于multisim 環境下的電路設計與仿真[J].計算機仿真，2007，24（12）：306-308.

[5] 王延才.基于Multisim 的電路仿真分析與設計[J].計算機工程與設計，2004，25（4）：65-67.

[6] 黃進文.組合邏輯函數的實現方法討論[J].寶山師專學報，2004，23（2）：42-46.

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1根據教學實際，合理安排時間根據教學大綱，本課程設計安排兩周時間，具體安排如下:1)理論設計，確定預設計方案:3d。要求畫出框圖，總體邏輯電路圖，提出元器件清單。

2)安裝調試，改進完善:5d。要求在規定時間內安裝調試完畢并達到技術指標，布線要求可靠并盡可能整齊，集成塊數量要求盡量少。

3)撰寫設計報告:1d。根據設計過程、設計結果撰寫設計報告，并且行文格式要符合規范要求。

4)驗收電路:0.5d。各組裝調好的電路經老師、組長驗收其完成情況，包括功能、布線工藝、集成塊數量。

5)總結交流:0.5d。在分組總結交流的基礎上寫出課程設計總結報告(1周后交)，必要時可以組織一次全班性的交流。如果集中進行設計實踐，元件充足，這樣的安排無疑是比較合理的。但由于一個學期往往同時開設多門課程，有許多課程又無法集中安排，這樣給排課帶來困難。由于事先又無法準確知道設計需要哪些元件，學校無法預先備有充足元件，而元件的購買在我們這里也無法在很短的時間內買到。因此，在實際教學中我們把時間分散，通常是在一個學期或半個學期內完成，每周有固定時間讓老師指導學生進行設計，并進行答疑。這樣學生能自由利用空閑時間進行電路設計，到實驗室制作PCB板，得到實踐鍛煉的機會就大大增加了。

2明確設計要求，讓學生心中有數

要求學生利用已學過的數字電子技術基礎知識，充分發揮主動性，自行設計電路，自擬實驗方案，最后完成電路設計、實驗、測試、撰寫設計報告等全部工作。具體是:

1)根據設計任務、技術指標對課題進行分析;通過查閱資料、理論計算，得到設計方案;選擇元器件，搭接線路，實現方案;分析實驗結果，寫出設計總結報告。初步掌握典型數字電路的試驗、設計方法。

2)通過對典型數字電路的設計和仿真，掌握利用EDA技術分析和設計電路。3)通過獨立思考問題、查閱工具書、參考文獻，尋找解決問題的途徑;掌握常用基本電路的調試、測試的一般規律、常用測試儀器儀表的使用;對設計結果獨立進行分析、評價，培養自學能力和獨立分析問題、解決問題能力。

3切實加強各個實踐環節，實現教學目標

數字電子技術課程設計是一個循序漸進的過程，這一過程中每一個階段的成功與否對下一階段及整個課程設計是否達到預期效果起著非常重要的作用［1］。因此每個環節都要十分重視，切實做好。

3.1講解指標，明確方向

利用一定的時間給全體學生講解教師擬出的每個題目的設計技術指標與要求，讓學生充分了解題目設計的性能、指標內容及要求，以便明確設計應完成的任務。同時向學生介紹題目設計的大概思路、基本步驟和方法，這樣使學生明確設計的目標和方向。

3.2雙向選擇，確定題目

在課程設計教學中，可由學生自己選擇課題、自由組合，給學生以更多的時間和空間，有利于學生個性的發揮和創新能力的培養。實踐證明，只有學生對課程設計的內容感興趣，才會產生解決問題的興趣，才會轉化為學習的動力［2］。為了有效杜絕雷同現象，鍛煉每個學生的動手能力，我們擬出了16個參考題目。先讓學生根據自己的知識水平、興趣愛好、掌握資料，選擇題目;然后老師根據具體情況裁定。一般來說每個教學班大約35人，這樣每個題目2～3人，并且要求學生設計電路時，可以發揮創新能力，在完成老師提出的功能基礎上，可以進一步拓展電路的功能或提高電路的性能。另外，相同的題目可用不同的芯片來實現，這樣學生設計內容雷同的機會就大大減少了。我們所出的題目幾乎覆蓋了數字電子技術各個知識面，從基本的中小規模集成電路，到隨機存取存儲器都包括在內，從數字鐘、搶答器、交通燈到頻率計、電壓表、彩燈控制，這些課題既有知識性，又有實用性和趣味性。

3.3仿真設計，確定方案

EDA技術為分析和設計數字電路提供了一種全新的現代化的方法［3］。電路仿真是利用EDA系統工具的模擬功能對電路環境和電路過程進行仿真［4］。利用仿真軟件輔助電路設計，提高了設計的成功率，調動了學生的興趣和積極性。重要的是學生可以利用該軟件進行自主創新設計，通過軟件仿真模擬，進行各種測試分析，修改和完善自己的設計，從而大大提高學生電路設計水平和分析問題、解決問題的能力，激發他們的創新意識［5］。因此，我們先讓學生根據選定題目的技術指標和要求，在計算機上進行仿真設計。有時實現同一功能，往往可有多種方案，這就要求學生從功能、性能價格比、實現的可能性等角度出發綜合考慮，最終制訂合理的設計方案。

3.4購買元件，檢測參數

學生根據自己的設計方案，定出元件清單，上報老師。老師根據實驗室的情況，確定購買的元件，進行采購。對于中規模集成電路，我們通常利用購買管腳座和共用芯片的方法，也就是學生搭建電路時，焊接的只是管腳座，芯片可反復使用，這樣既可節約經費，也可避免因某些學生焊接技術差而損壞集成芯片。學生拿到元件后，必須對元件進行檢測，杜絕把參數不符合要求或已損壞的元器件焊接到電路中，進一步提高了學生檢測、判別元器件好壞的能力。

3.5焊接元件，搭建電路

學生根據設計方案在萬能板上進行焊接搭建電路，在裝配電路的時候，一定要要求學生認真仔細、一絲不茍，不要出現錯接或漏接，杜絕假焊、虛焊，以避免出現人為故障。同時要求元器件在線路板上的排列規范，疏密合理，美觀科學。

3.6通電測試，完善功能

焊好電路后，在老師的指導下進行通電測試，看是否達到功能指標。對某些較復雜的電路可以先對各單元的電路分別進行裝配調試，達到指標要求之后，再聯系起來統調。學生在課程設計中出現了故障和問題，要善于用理論與實踐相結合的方法，去分析原因，要學會區分是由于接線錯誤造成的故障還是由于器件本身損壞而造成的故障，這樣就可能較快地找出解決問題的方法和途徑。在課程設計過程中，還會出現一些預先估計不到的現象，比如電路的接法沒有錯誤，電路仿真也成功，但就是不能實現電路的某些性能指標，這就需要改變某些元件的參數或更換元器件，甚至需要修改方案。

3.7反思過程，撰寫報告

作品完成后，每個學生必須認真根據自己的設計方案和設計、檢測過程，撰寫設計報告。報告必須完整，它包括了技術指標、方案的設計、參數的計算、元器件的選擇、流程框圖、原理圖和裝調測試中遇到的問題分析與解決方法及實驗結果分析、收獲、體會等內容［6］。同時要求設計報告的行文排版要符合規范要求，這樣可提高學生的科技寫作能力、方案表達能力。

3.8充分準備，答辯驗收

每個學生必須做好驗收答辯的準備，按時答辯，檢測驗收，最后上交作品和設計報告。在驗收環節上，我們采用了答辯形式，效果很好，使學生加深了對設計的理解，熟練操作，增強技能的目的，同時，提高了表達能力，為今后的畢業設計以及工作提供了一次鍛煉機會［7］。

4完善考核體系，合理評定學生成績

建立嚴格的實踐考核與成績評定體系，可以有效地增強實踐指導教師的責任感，公平、公正地評價學生的實踐能力，提高了學生對實踐課程的重視程度。對于數字電子技術課程設計我們采用了下面的評分標準:

1)設計成果(PCB板)質量，占總成績40。主要考查學生電路設計的難易程度;電路的設計是否規范合理、美觀;電路的連接、調試方法是否正確;電路的性能是否能夠達到設計的要求。同時，要求學生在設計過程中，要從生產實際和現有條件出發，力爭做到制作的項目具有較高的性價比。

2)設計總結報告，占總成績30。提供設計報告，包括方案論證、元件清單、原理圖、存在問題、解決方法、調試步驟和數據分析等;書寫、排版是否規范。

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（南京郵電大學電子科學與工程學院，江蘇 南京 210023）

【摘　要】本文從分析集成電路設計實踐教學的特點入手，對集成電路設計實驗中引入研究型實踐教學模式的必要性、作用分析及具體實施方法進行了具體探討，并提出了研究型實踐教學對老師、對學生的要求。

關鍵詞 實踐教學；集成電路

基金項目：南京郵電大學教改項目（JG03314JX17）。

作者簡介：夏曉娟（1982—），女，南京郵電大學，副教授，從事集成電路設計領域的教學與科研工作。

隨著教育改革的不斷深入，隨著我國電子信息技術飛速發展，迎來了空前的發展機遇。傳統集成電路設計和生產流程近年來已經發生了改變，且電子產品發展迅速，集成電路設計是與最前沿科技緊密相連的一個方向，相關的課程也應與前沿科技緊密相連，課程的學習更要注重理論聯系實際，培養學生的科學思維能力和分析問題解決問題的能力。因此，集成電路設計實驗應在傳統的實踐教學方法基礎上，在“研究型實踐教學模式”方面進行探討和實踐。“研究型實踐教學模式”是指在實踐教學中指導學生將所學理論知識用于行業實際問題分析的一種實踐方法，旨在培養學生創造性的運用知識、自主的發現問題、研究問題，并解決問題的能力[1-2]。

1　確立研究型實踐教學模式的必要性

集成電路（Integrated Circuit，IC）產業是信息產業的基礎和核心，隨著我國電子信息技術飛速發展，迎來了空前的發展機遇。傳統集成電路設計和生產流程近年來已經發生了改變，大多設計均采用無生產線設計，加工采用代工方式。成電路設計具有一定的特殊性，集成電路設計過程需要集成電路專業人才經過嚴格的實踐訓練并且積累一定的工程實踐經驗。全國集成電路設計相關企業對于人才的需要也越來越嚴格，越來越需要能力型的、具有創造力的人才，應聘的條件之一就是需要有集成電路設計的相關經驗。作為一般理工科院校集成電路專業的發展在一定程度上缺乏對集成電路設計應用型人才培養的認識。因此，我們應該改變傳統觀念，樹立IC設計研究型人才培養觀。

集成電路設計實踐主要是提供學生一個實踐平臺，采用先進的集成電路仿真軟件，將書本上的知識采用模擬的方法進行加深理解。實踐內容既是電路、模擬電子技術、數字電子技術以及課程設計中所學知識的應用，又是與最前沿科技緊密聯系的。而傳統的教學內容和教學模式，缺乏對學生創造力的培養，也缺乏與前沿科技的聯系，因此需要進行教學改革的探討和實踐。

隨著教育改革的不斷深入，傳統的實踐教學中“以教師為中心”、“以灌輸為主要方式”的教學模式已無法適應時代的要求。先進的教學模式是人才培養的關鍵措施。研究型教學模式，又稱為研討式教學模式，是指教師以課程內容和學生的知識積累為基礎，引導學生創造性地運用知識、自主地發現問題、研究問題和解決問題，以學生為中心，以知識掌握為基礎，以能力培養為主線，以提高素質為目的的一種新模式。集成電路設計實踐同樣需要采用先進的教學方式，提高學生的創新能力，培養研究型IC設計人才。

2　研究型實踐教學模式的作用分析

集成電路設計實踐引入研究型實踐教學模式，可以使相關領域的學生真正實現學有所用，不僅學習了集成電路設計的軟件知識，同時可以將課堂的理論知識通過工藝模型、電路設計、仿真方法來復現，從而更深入的理解理論知識，而且可以通過一些電路實例來解釋生活中的一些現象，激發學習的興趣。

集成電路設計是實踐性很強的一個方向，要求將工藝、器件、電路、版圖四個方面的理論課程融會貫通，而傳統的實踐教學旨在加強學生對軟件的認識，忽略對理論內容的加深與貫通。通過研究型實踐教學模式的開展，可以在保證教學大綱不變的前提下，通過選擇適用性較強的實踐內容，使學生一方面能夠將各門理論課的知識加深及貫通，另一方面可以使學生接觸到用人單位感興趣的課題內容，有利于學生加強實踐的動力和持續進步。通過研究型實踐，對學校而言，可以培養更優秀學生；對學生而言，可以掌握前沿知識、促進就業。

研究型實踐成果的實現為學生的晉升、發展提供支持。學生的實踐研究成果如能公開發表或獲獎，能解決實際工作中的問題，這無形中為學生在工作崗位上的晉升、發展增加籌碼。這在最大程度上激發學生的實踐興趣，是其他任何實踐模式都不可比擬的。同時，研究型實踐教學鼓勵學生多看文獻、多寫總結報告，這也為學生撰寫本科畢業論文打下良好的基礎。

3　研究型實踐教學模式的具體實施

3．1　課程結構優化

指導學生接觸各類資料，能夠提出問題，進而解決問題以掌握知識、應用知識，完成對知識的一個探求過程；對實驗內容進行適當調整和完善，使課程體系更全面更科學，更能貼近行業發展，更能體現學生的主動性。

3.2　采用課堂討論進行專題研討的教學方法

在研究型實踐教學模式中，師生互動有助于學生對基本概念、基本理論、基本方法的理解和掌握。根據課程需要，結合國內外的研究現狀和發展趨勢，采用與行業內吻合的實驗軟件，挑選合適的電路原型做仿真設計，并共同探討電路的優化方案。

3．3　專業資料查詢能力培養

為學生提供研究資料或指導學生進行資料查詢、整理，鼓勵學生從圖書館、書店、網絡等各種途徑查閱文獻資料，以充實自己的研究基礎。提醒學生要對已收集的資料進行批判性的研究，去偽存真，指導學生從這些資料中總結、分析、解釋與實踐研究課題相關的理論、知識經驗以及前人的研究成果。

3．4　指導學生撰寫專題論文（報告）

在研究型實踐教學過程中，指導學生通過論文、調查報告、工作研究、分析報告、可行性論證報告等形式記錄實踐研究成果。在撰寫論文時，要求學生要了解實踐課題研究報告的一般撰寫格式；要先擬訂論文的寫作提綱，組織好論文的結構，做到綱舉目張；會用簡練、嚴謹、準確的語言表達自己的思想，不追求文章的長短。指導學生開展專題電路討論，由學生根據自己感興趣的課題來查找文獻資料，進行研究，完成電路設計和仿真，最后完成專題論文的撰寫。

3．5　鼓勵學生參與課題研究

為調動學生參與科研創新活動的積極性，激發學生的創新思維，提高學生實踐創新能力，鼓勵學生參加老師的課題，鍛煉學生的動手能力，培養“研究型”的思維模式。

4　研究型實踐教學模式對教師和學生的要求

4．1　研究型實踐教學模式對教師的要求

研究型實踐教學模式的實施對任課教師提出了新的要求：一是要熟練地掌握課程的基礎知識和內在結構，還要掌握與課程相關的專業基礎知識和實踐的基本技能；二是要掌握學科最新信息，不斷更新知識，了解課程所涉及學科的最新動態和取得的最新研究成果；三是要熟練運用科學研究的方法和手段。這些都對教師提出了更高的要求。

4.2　研究型實踐教學模式對學生的要求

研究型實踐教學模式對學生的要求：一是學生要有一定的知識積累，儲備了比較完備的基礎知識；二是要求學生具有一定的專業知識水平，熟練掌握集成電路的一些理論知識；三是要求學生具備一定的自我控制能力和自學能力；四是要求學生具備一定的科學研究能力。在研究型教學中，學生積極參與顯得尤為重要，需要充分調動學生的積極性和主動性。

參考文獻

［1］黃雪梅.研究型實踐教學有效實現的三個關鍵環節[J].理工高教研究, 2009,4,28(2):136-137.

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集成電路設計實踐主要是提供學生一個實踐平臺，采用先進的集成電路仿真軟件，將書本上的知識采用模擬的方法進行加深理解。實踐內容既是電路、模擬電子技術、數字電子技術以及課程設計中所學知識的應用，又是與最前沿科技緊密聯系的。而傳統的教學內容和教學模式，缺乏對學生創造力的培養，也缺乏與前沿科技的聯系，因此需要進行教學改革的探討和實踐。隨著教育改革的不斷深入，傳統的實踐教學中“以教師為中心”、“以灌輸為主要方式”的教學模式已無法適應時代的要求。先進的教學模式是人才培養的關鍵措施。研究型教學模式，又稱為研討式教學模式，是指教師以課程內容和學生的知識積累為基礎，引導學生創造性地運用知識、自主地發現問題、研究問題和解決問題，以學生為中心，以知識掌握為基礎，以能力培養為主線，以提高素質為目的的一種新模式。集成電路設計實踐同樣需要采用先進的教學方式，提高學生的創新能力，培養研究型IC設計人才。

2研究型實踐教學模式的作用分析

集成電路設計實踐引入研究型實踐教學模式，可以使相關領域的學生真正實現學有所用，不僅學習了集成電路設計的軟件知識，同時可以將課堂的理論知識通過工藝模型、電路設計、仿真方法來復現，從而更深入的理解理論知識，而且可以通過一些電路實例來解釋生活中的一些現象，激發學習的興趣。集成電路設計是實踐性很強的一個方向，要求將工藝、器件、電路、版圖四個方面的理論課程融會貫通，而傳統的實踐教學旨在加強學生對軟件的認識，忽略對理論內容的加深與貫通。通過研究型實踐教學模式的開展，可以在保證教學大綱不變的前提下，通過選擇適用性較強的實踐內容，使學生一方面能夠將各門理論課的知識加深及貫通，另一方面可以使學生接觸到用人單位感興趣的課題內容，有利于學生加強實踐的動力和持續進步。通過研究型實踐，對學校而言，可以培養更優秀學生；對學生而言，可以掌握前沿知識、促進就業。研究型實踐成果的實現為學生的晉升、發展提供支持。學生的實踐研究成果如能公開發表或獲獎，能解決實際工作中的問題，這無形中為學生在工作崗位上的晉升、發展增加籌碼。這在最大程度上激發學生的實踐興趣，是其他任何實踐模式都不可比擬的。同時，研究型實踐教學鼓勵學生多看文獻、多寫總結報告，這也為學生撰寫本科畢業論文打下良好的基礎。

3研究型實踐教學模式的具體實施

3．1課程結構優化

指導學生接觸各類資料，能夠提出問題，進而解決問題以掌握知識、應用知識，完成對知識的一個探求過程；對實驗內容進行適當調整和完善，使課程體系更全面更科學，更能貼近行業發展，更能體現學生的主動性。

3.2采用課堂討論進行專題研討的教學方法

在研究型實踐教學模式中，師生互動有助于學生對基本概念、基本理論、基本方法的理解和掌握。根據課程需要，結合國內外的研究現狀和發展趨勢，采用與行業內吻合的實驗軟件，挑選合適的電路原型做仿真設計，并共同探討電路的優化方案。

3．3專業資料查詢能力培養

為學生提供研究資料或指導學生進行資料查詢、整理，鼓勵學生從圖書館、書店、網絡等各種途徑查閱文獻資料，以充實自己的研究基礎。提醒學生要對已收集的資料進行批判性的研究，去偽存真，指導學生從這些資料中總結、分析、解釋與實踐研究課題相關的理論、知識經驗以及前人的研究成果。

3．4指導學生撰寫專題論文（報告）

在研究型實踐教學過程中，指導學生通過論文、調查報告、工作研究、分析報告、可行性論證報告等形式記錄實踐研究成果。在撰寫論文時，要求學生要了解實踐課題研究報告的一般撰寫格式；要先擬訂論文的寫作提綱，組織好論文的結構，做到綱舉目張；會用簡練、嚴謹、準確的語言表達自己的思想，不追求文章的長短。指導學生開展專題電路討論，由學生根據自己感興趣的課題來查找文獻資料，進行研究，完成電路設計和仿真，最后完成專題論文的撰寫。

3．5鼓勵學生參與課題研究

為調動學生參與科研創新活動的積極性，激發學生的創新思維，提高學生實踐創新能力，鼓勵學生參加老師的課題，鍛煉學生的動手能力，培養“研究型”的思維模式。

4研究型實踐教學模式對教師和學生的要求

4．1研究型實踐教學模式對教師的要求

研究型實踐教學模式的實施對任課教師提出了新的要求：一是要熟練地掌握課程的基礎知識和內在結構，還要掌握與課程相關的專業基礎知識和實踐的基本技能；二是要掌握學科最新信息，不斷更新知識，了解課程所涉及學科的最新動態和取得的最新研究成果；三是要熟練運用科學研究的方法和手段。這些都對教師提出了更高的要求。

4.2研究型實踐教學模式對學生的要求

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【關鍵詞】Multisim10.0 OTL音頻功率放大器 性能 仿真實驗

OTL音頻功率放大器是功率放大器中極為重要的一種，其電路大多采用的是分立元件，與一般實驗相比復雜性更高。長期以來，OTL音頻功率放大器實驗結構不夠理想，這在很大程度上是由于電路性能參數誤差及電路參數選擇不當造成的。當前，Multisim10.0仿真軟件在OTL音頻功率放大器性能研究中得到了廣泛地應用，其對于硬件電路設計有著極為重要的指導作用。

1 OTL音頻功率放大器電性能理論推導分析

目前，常用的OTL音頻功率放大電路為AB類OTL功率放大電路，如圖1所示。該OTL功率放大電路的效率接近B類功率放大電路，最大能夠達到78.6%，其性能明顯優于甲類功率放大器的25%及變壓器甲類功率放大器的50%，與此同時，它還能在一定程度上降低B類功率放大器的交越失真，應用范圍非常廣。通常情況下，對AB類OTL音頻功率放大器的分析需要從B類功率放大器_始。

B類功率放大電路如圖2所示，其在Multisim10.0基礎上進行搭建，為了便于理論分析，選用OCL電路，其采用的是雙電源供電，在本質上與單電源供電相同。圖2中，當輸入信號V3為正半周，T2導通，T3截止，RL能夠得到一個相同幅度的正半周信號。負半周情形則與之相反，可以得出負載RT電壓：，功率放大電路管T2導通時的瞬間管耗計算公式為：

，T2僅有半周導通，平均管耗計算公式為

，當時，

，輸出最大功率，管耗最大值

，兩路電源總功耗的計算公式為

，B類功率放大電路的效率則為

。若Vp=Vcc，此時B類功率放大器電路的效率最大，可通過

計算，約為78.6%。

上述推導并未考慮B類放大電路受功能放大管T2與T3導通電壓造成的交越失真現象，因此，為了便于分析，采用雙電源供電，單、雙電源供電下AB類功率放大器電路的最大效率都接近78.6%。研究對AB類、B類功率放大器電路的仿真結果進行分析，結果顯示AB類功率放大器能夠將V4、V5電壓改為0.75V，避免交越失真現象的發生，其輸出功率也有所增加，電源電流變大。另外，在輸出電壓為達到電源電壓時，功率放大器效率已達到56%。

2 仿真實驗

Multisim10.0仿真軟件對OTL音頻功率放大器性能的實驗仿真電路如圖1所示，在實驗中還增加了多個測試儀表，便于實現對OTL功率放大器電路的調節于測試。首先要對供電電壓及T1選擇進行適當的優化、調整，對R4進行調試，確保T2與T3的E級電壓能夠達到10V；然后根據實際情況對R6、R5進行適當調節，使兩個功率放大器基極間壓差能夠控制在1.5V左右，仿真結果見圖2，從圖中可以看出該OTL音頻功率放大電路不存在交越失真現象，且能夠在一定的總諧波失真度情況下，達到1W的功率輸出，當總諧波失真度在11%的條件下，該電路能夠達到4W的功率輸出，此時其效率能夠達到62%。

OTL音頻 功率放大器的通頻帶仿真結果如圖3所示，當處于40Hz～1.45MHz的條件下，通頻帶能夠通過增大電路中的電容值延伸到20Hz以下。除此之外，還需要對電路參數進行合理選擇，采用虛擬儀器中的萬用表、示波器等，對功率放大器的各項性能指標進行測試。

經過實際電路操作，其電路圖與調試方式與仿真電路一致，得出的結果與仿真結果一致。

3 結論

此次研究通過理論推導、Multisim10.0電路仿真等方式與實際實驗相結合，可以得出OTL音頻功率放大電路的工作原理，結論如下：

（1）OTL音頻功率放大電路的最大工作效率可達到78.6%；

（2）仿真實驗得到的OTL音頻功率放大電路效率接近78.6%，與實際實驗結果一致。

該仿真實驗方法能夠有效克服傳統驗證性實驗的不足，提升實驗效率。

參考文獻

[1]王翠珍，唐金元，紀明霞等.基于Multisim10.0的非線性電路分析方法仿真研究[J].國外電子測量技術，2015，14（08）：66-69.

[2]牛康，李平，曹洪奎，等. 基于Multisim的紅外光音頻傳輸系統的設計與仿真[J].電子世界，2014，26（19）：143-143.

[3]唐金元，史風隆，王翠珍.基于Multisim 10.0的高電平調幅電路仿真研究[J].國外電子測量技術，2013，32（06）：86-88.

[4]宋冬萍.Multisim 7和Protel 99 SE在OTL電路設計中的聯合應用[J].商丘職業技術學院學報，2010，09（05）：56-58.

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關鍵詞：實驗教學 存在問題 改革措施

《PROTEL電路設計》是一門實踐性很強的課程，對提高學生的實踐動手能力和創新能力有重要的作用。目前各大高職院校已探索出適合自己特點的獨特教學方法和管理手段，并取得了一定的成績。但一些專業教師對實驗教學重視不夠，在實驗內容的安排上不盡合理，《PROTEL電路設計》的實驗教學仍然存在著許多問題，因此，必須對實驗教學進行改革。

1 實驗教學存在的主要問題

1.1 專業教師對實驗教學的重視不夠

一些專業教師對實驗教學的重視不夠，把它當作掌握書本知識的輔助教學環節，使學生實驗的積極性不高，實驗的興趣降低，直接導致學生的動手能力差；不考慮實驗課本身的教學規律及其對學生的實踐能力的培養，更不說理論與實踐的有機結合。

1.2 實驗內容的安排不盡合理

《PROTEL電路設計》的實驗，只是在電腦中畫出電路原理圖，再制作PCB圖，學生只是掌握了PROTEL的基本操作和基本技能，對學習本課程的目的不明確，影響了學習效果。

1.3 沒有和其它相關課程進行有效的聯系

《PROTEL電路設計》的學習目的：是通過前面所學的電子技術、電路分析和電路設計等課程，設計出電路圖后，然后通過PROTEL這個操作平臺，畫出原理圖和PCB圖，制作出電子產品。而很多的教師在實驗教學的時候，都沒有和所學過的課程進行有效的聯系，使學生缺乏創造性，沒有給他們提供足夠的發展空間。

1.4 采用傳統陳舊的實驗教學方法

教師給出實驗題目，講解后，學生按部就班地操作，使學生的思維能力受到了限制，創新精神和實踐能力得不到培養。

2 實驗教學的改革措施

由于實驗教學存在著如此多的不足，筆者經過不斷的探索、改進和創新，總結出一套實驗方法，讓學生積極地參與到實驗中來，主動地完成實驗任務，收到了良好的效果。

2.1 確立以培養能力為主的思想，改革考核制度。

高職高專培養學生的目標是面向生產、建設、管理和服務第一線的高級技能型應用人才。因此，必須正確認識傳授知識和培養能力的關系，確立以理論夠用為準則，將培養學生的實踐能力和創新精神放在更重要的位置上，充分地認識到培養學生能力的實驗教學比理論教學具有更重要的地位。甚而根據內容的需要，先進行實踐操作，確立了感性認識以后，再學習理論知識，有利于提高學生的實踐能力和創新能力；而且還可激發學生對理論知識的求知欲，激發學生學習的興趣，從而提高學生學習的積極性。在此基礎上，改革考核制度，采用上機考試，督促師生更加重視實踐教學環節，進一步提高實踐教學質量。

2.2 采用分層次實踐教學。

分層次實踐教學包含兩個方面的內容：一方面，學生的分層次，另一方面，實驗內容的分層次。針對不同層次的學生，分別進行基礎性實驗、綜合性實驗和設計性實驗這種“分層次實踐教學”的改革方案，學生只有完成基礎性實驗以后，才能進行綜合性實驗和設計性實驗。

基礎性實驗是讓學生加深對理論課程內容的理解，PROTEL主要培養學生掌握基本操作和基本技能，能夠熟練地繪制電路原理圖和PCB圖，其內容應盡量覆蓋理論課教學的重點。由于PROTEL是英文軟件，所以要引導學生敢于探索、大膽實踐，由被動的要我做實驗轉變為主動的我要做實驗，才能夠更好地掌握基本知識，將理論知識變為操作技能。根據市場人才的需求，我們應該增加綜合性實驗和設計性實驗的實踐環節。綜合性實驗包括同一課程中各知識點的綜合應用、相關課程內容的綜合應用，讓學生把知識綜合應用于實踐，逐步了解工程應用的概念。比如：要求學生畫出電動機的正反轉控制電路圖，并繪制出裝配圖。由于電動機正反轉控制電路原理圖中，絕大多數的元件符號和PCB封裝在PROTEL的元件庫中，這就要求學生自己繪制原理圖元件和PCB封裝，封裝的尺寸大小還必須精確，否則會出現安裝問題，設計要規范、合理。設計性實驗主要由學生自己完成選題、設計電路、組裝調試、測試結果的全過程，其目的是使學生掌握工程設計的步驟，提高工程設計能力，更為自主地獲取實踐技能，使其實踐能力、分析解決問題的能力和創新能力得到提高。完成選題后，設計任務，可以通過PROTEL仿真技術(還有EWB電子工作平臺、EDA電路仿真實驗組件等)來完成，通過調整參數，使設計的電路性能達到最佳。經過指導教師審核通過后，利用現代化儀器儀表，將設計的電路系統地安裝和調試出來，整個實驗操作過程由學生獨立完成。

2.3 密切和其它專業課程的配合，實驗內容互相滲透、互相補充。結合專業課程的需要，安排結合專業課程的實驗內容。

在電路設計任務中，必須將電路分析、電子技術、電路設計的知識有機地結合起來，按照電路設計的方法和步驟，設計出電路，才能滿足電路的基本要求，實現電路的功能。只有反復調整元件的參數，反復修改電路，才能使電路性能達到最佳，完成設計任務，學生的創造性才能得到充分發揮。

2.4 采用開放式教學。

開放式教學，包括實驗內容、要求和實驗室都應具有開放性，將封閉式的實驗改為全方位開放性實驗。開放實驗是由學生自己根據實驗任務書的要求，獨立設計實驗電路，擬定實驗方案，完成實驗過程。輔導教師對學生的輔導由以前的灌輸式“教”改為啟發式“導”，只負責對實驗方案進行審查。在審查學生設計方案時，要求學生陳述自己的設計思路，學生在講述過程中就會進行再次思維。如果設計正確，可接著問是否還有其它設計方案；如果設計不對，這時再因勢利導地告訴他出錯的原因，學生就能將容易犯錯誤的知識點消化掉。讓學生在“開放的空間”里開動腦筋，發揮想象力，形成自由學習的氛圍，讓學生充分施展個人才能。學生可以根據自己的學習計劃，靈活安排時間來完成課程設計、課程實驗的內容。

3 實驗教學改革的主要效果

原來，學生只能在電腦中繪制原理圖和PCB圖，通過實驗教學改革以后，學生學習電路設計的興趣空前高漲，形成了設計制作電路的熱潮：有學生設計制作了八路搶答器，正投入到學校使用，反映效果良好；制作安裝了雙音變音門鈴，也有學生制作了四聲道功放，還的學生制作了61單片機系統……在教師的帶領下，學院電子協會的成員正在設計安裝調試16路遙控系統，已初見成效。

總之，通過改革實驗教學，學生掌握了電子產品設計、電子產品制作和電子產品調試維護三大職業能力的全過程，提高了實踐動手能力。

參考文獻：

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【關鍵詞】 Multisim 仿真 教學應用

1 問題的提出

在以往單一的教學中，教師只是把書本上的知識總結歸納地講給學生，從學生的角度分析，技校的學生思想比較活躍，但基礎知識相對比較差，再加上電路分析本身就是一個很抽象的學科，這就使學生在學習電路分析的時候感到有一定的困難，從而對學習沒有興趣，成績自然就不好。那么，如何盡快地培養出滿足市場需要的電工電子技能型人才成為教學工作者必須研究的問題。

由于在電子電工實驗和實習操作中，我們需要很多相關的實驗儀器，其中有些儀表儀器價錢比較昂貴，操作起來也比較復雜，若在實驗和實習中完全依賴這些昂貴的儀器進行實做訓練，投入大，消耗的成本比較高。因此，電路模擬軟件就是我們所需要的一種教學新方法。

運用Multisim仿真系統教學是解決這一問題的重要途徑。它既能解決學生實習時不熟悉儀表操作的問題，又可以大大提高學生的學習興趣，還能提高學生的電子電路設計的能力，使課堂的實驗演示更加靈活方便。

2 電子設計軟件教學模式的確定

職業技術教育的電子電工技術應用專業的職業培訓是使學生獲得電子電工應用專業職業技能，既能適應現有的社會傳統的電工電子專業的需要，也可以參與新項目的研究和開發。為此，我們需要建立一整套適應教學和市場需要的培養體系，使技校的學生除了動手能力、實踐能力很強以外，參與新技術研究的能力也得到提高。

電工電子軟件的應用技術教學模式應當是將傳統的教學模式與新的多媒體教學模式相結合，使學生在掌握書本上的科學知識和專業知識的同時與實踐相結合，更能從學生直觀地角度來闡述難懂得知識。從另一個方面來說，給一些學習較好的同學一個電子設計的平臺，從而能得到更好地鍛煉。

3 Multisim仿真系統在教學中的應用

3.1 Multisim仿真系統的選用。我們選用了Multisim2001，它是一個用于電路設計和仿真的EDA工具軟件。Multisim2001與EWB相比在功能上有了較大的改進，提供了標準的實際元（器）件庫、RF庫、功能強大品種齊全的仿真儀器和能滿足各種需求的分析方法。Multisim2001的開放式元件庫和仿真結果的輸出，可與多種EDA軟件匹配。其本身也是一個完整的系統設計工具，結合Spice、VHDL、Verilog可對模擬、數字和RF電路進行仿真。Multisim2001也被廣泛的用作“電路分析”、“模擬電子線路”、“數字電路”和“通信電子線路”等課程的仿真設計平臺。使電工、電子技術理論課的教學更加生動活潑，課堂實驗演示更加靈活方便。

3.2 Multisim仿真系統在電工電子教學中的應用。

3.2.1 在電路分析中的應用。在電路分析中，戴維南定理一個非常重要的內容，但是，它對于技校的學生來說又是一個十分難理解的解題方法。在理論知識掌握了一定程度以后，我們用Multisim仿真系統軟件來驗證，會讓學生更好理解定理、方法的應用，在Multisim中用萬用表分別測量電路的端口電壓和端口短路電流，就可以輕松地求出線性電路的戴維南等效電路，使計算簡單化。

如圖1-1所示電路為例：利用戴維南定理求解戴維南等效電路，同時，熟悉在Multisim中選取元件、連接電路、表頭測量的基本操作過程。

圖1-1 戴維南定理應用電路

基本操作：①從元器件庫中選取電壓源和電阻，創建圖1-1所示電路。②啟動Place菜單中的Place Junction命令，再啟動Place中的Place Text命令，在需要添加端點的位置上點擊鼠標，輸入文字A、B。從右邊儀表庫中選出數字萬用表（Multimeter），并接至端點A、B：表頭“+”與A連接，“-”與B連接，如圖1-2所示。雙擊XMM1，在面板上選擇“V”和“DC”。啟動仿真開關，萬用表讀數為8.0V，如圖1-3所示，此為A、B兩端的開路電壓。

圖1-2 測量開路電壓和短路電流

圖1-3 圖1-4

③仍將萬用表接至A、B兩端，在面板上選擇“A”和“DC”，啟動仿真開關，萬用表讀數為2mA，如圖1-4所示。此為A、B兩端短路電流。④根據戴維南定理，等效電阻等于電路的端口開路電壓和端口短路電流的比值，故該電路的戴維南等效電阻R=8/2=4。⑤根據測量的數據，可畫出戴維南等效電路，如圖1-5所示。

從這個例子我們可以看出，在解決較復雜的電路問題的時候，可以應用Multisim系統軟件將這一解題方法直觀的展現在學生面前，使學生能有興趣接受和掌握這一定理的應用，豐富了課堂教學。

3.2.2 Multisim在電子線路中的應用。在模擬電子線路分析與設計過程中，經常需要選擇合適元器件。如果在設計過程中，每換一個元件就進行一次測量，則工作量非常大。利用Multisim提供的大量的仿真分析法，可以為電路設計提供許多有效的方法。

例如：單級共射放大電路是放大電路的基本形式，為獲得不失真的放大輸出，需要設置合適的靜態工作點，靜態工作點過高或過低，都會影起信號的失真。通過改變放大電路的偏置電壓，可以獲得合適的靜態工作點。

單級共射放大電路是一個低頻、小信號放大電路。當輸入信號的幅度過大時，即便有了合適的靜態工作點，同樣會出現失真。改變輸入信號的幅值即可測量出最大不失真輸出電壓。放大電路的輸入、輸出電阻是衡量放大器性能的重要參數。那么，我們通過Multisim仿真系統軟件，為放大電路選擇合適的靜態工作點，以及如何利用系統軟件測量放大電路的性能參數。

3.2.3 靜態工作點的設置。創建如圖2-1所示電路，運行仿真開關，可看到如圖2-2所示的輸出波形。然后我們更改一下元件的參數，看看它對放大電路有什么影響。

雙擊電阻R3，將其數變為R3=27kohm，可以看到輸出波形如圖2-3所示。很顯然，由于R3增大，三極管基極偏置電壓增大，致使基極電流、集電極電流增大，工作點上移，輸出波形出現了飽和失真。

圖2-1 單級共射放大電路

圖2-2 共射放大電路輸出 圖2-3 共射放大電路輸出

由理論分析可知，工作點偏高，易引起飽和失真，消除的方法是：增大基極電阻，以減小基極電流，使工作點下移。如果工作點偏低，會引起截止失真，消除的方法是：減小基極電阻，以增大基極電流，使工作點上移。

在電路窗口單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中點擊show命令，選擇show node names。啟動Simulate菜單中Analysis下的DC Operating Point命令，在彈出的對話框中的Output variables頁將節點2、3、4作為仿真分析點，點擊Simulate按鈕，可獲得仿真結果如圖2-4所示。

圖2-4 仿真分析點

3.2.4 輸入信號的變化對方法電路輸出的影響。現在我們相應的改變輸入信號V1，將輸入信號幅值變為5mV時，測得的波形如圖2-5所示。再分別改變為15mV、20mV時，都有相應的失真，輸出波形上寬下窄，當輸入信號幅值改為21mV時，波形嚴重失真，如圖2-6所示。因此說明，由于三極管的非線性，圖2-1所示的放大電路僅適合小信號放大，當輸入信號太大時，會出現非線性失真。

圖2-5改變輸入時的輸出波形

圖2-6改變輸入時的輸出波形

3.2.5 測量放大電路的放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。放大電路的放大倍數、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的重要性參數。我們利用數字萬用表對它們進行測量。

3.2.5.1 測量放大倍數。利用圖2-1所示電路，雙擊示波器圖標，就可以從示波器上觀測到輸入、輸出電壓值，計算放大倍數Av=V0/Vi。

3.2.5.2 測量輸入電阻。如圖2-7所示，將萬用表接入電路中。運行仿真開關，可從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數據，則Rif=Ui/Ii，測得頻率為1kHz時的輸入電阻。

圖2-7 輸入電阻測試電路

3.2.5.3 測量輸出電阻。根據輸出電阻計算方法，將負載開路，信號源短路，在輸出回路中接入電壓表和電流表，如圖2-8所示。設置為交流AC，從電壓表XMM2和電流表XMM1上讀取數據，則ROf=UO/IO，測得頻率為1kHz時的輸入電阻。

圖2-8 輸出電阻測試電路

4 Multisim仿真系統的應用效果、存在的問題及解決的方法

通過以上舉例分析，Multisim仿真系統軟件無論在教師教學中還是在學生的學習過程中都很方便，在引入仿真教學之前，教師只是僅限于書本上的知識，而學生對這些枯燥的知識沒有學習興趣，既影響了教師的教學效果，也影響學生的學習效果。引入Multisim仿真系統之后，學生可以直觀的分析電路，使學生的學習主動性與積極性大為提高。另外，在技能訓練中，可以激發學生的動手、動腦能力，大大節約了實習訓練成本。

當然，軟件的應用也會存在一些問題，比如仿真出來的一些曲線可能和以往見到的不太一樣，學生存在對比，以至于混淆；軟件對學生英文水平也是一個大的挑戰，等等。這就要求教師要正確的引導和指導學生，彌補軟件教學的不足。

總之，Multisim加工仿真軟件在教學中的應用尚在起步與研究探索階段，只要積極思考在應用中產生的問題，主動采取應對措施，正確發揮其在教學中的作用，就一定能收到事半功倍的效果。

參考文獻

1 蔣卓勤等.Multisim2001及其在電子設計中的應用.西安電子科技大學出版社