仿真演示在高頻電子線路中的應(yīng)用

摘要：針對(duì)高頻電子線路教學(xué)中普遍存在的課程內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性、教學(xué)方法缺乏吸引力、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)缺乏自主性等問題，提出了以實(shí)際出發(fā)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，通過仿真演示及虛擬實(shí)驗(yàn)等手段豐富教學(xué)方法，以模擬乘法器及其主要應(yīng)用為例對(duì)電路進(jìn)行仿真，使教學(xué)及實(shí)踐過程更加形象化、直觀化，達(dá)到了良好的教學(xué)效果，為該課程的理論和實(shí)踐改革提供了可參考的途徑。
關(guān)鍵詞：高頻電子線路；實(shí)驗(yàn)仿真；乘法器；虛擬演示

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，通信領(lǐng)域的新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，諸如移動(dòng)電話技術(shù)的升級(jí)、3G通信的成熟與普及、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星通信等無線通信技術(shù)迅猛發(fā)展等。因此，用以講述通信系統(tǒng)中各部分電路實(shí)現(xiàn)方法的高頻電子線路課程顯得更為重要。由于該課程具有概念多、電路類型多、分析方法多以及同單元電路中信號(hào)頻率多等特點(diǎn)，使得學(xué)生們普遍反映這門課程學(xué)習(xí)起來比較難且興趣不足，因此改善高頻電子線路的教學(xué)方法、教學(xué)手段及教學(xué)效果，對(duì)于專業(yè)培養(yǎng)和造就高素質(zhì)人才具有重要的作用。

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題
1．1 教學(xué)方法缺乏吸引力
教學(xué)過程中，通常是先進(jìn)行一段時(shí)間的理論教學(xué)，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后進(jìn)行綜合性課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方式，但是這樣實(shí)施的教學(xué)效果并不理想，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的多媒體結(jié)合板書的課堂教學(xué)方法偏重于理論分析、元器件及電路模型的介紹，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)分析電路的功能和實(shí)際輸出結(jié)果比較抽象，難以留下深刻印象，使學(xué)生對(duì)某些內(nèi)容在學(xué)習(xí)之初產(chǎn)生的興趣隨著時(shí)間的推移而逐漸消失。
1．2 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)缺乏自主性
在教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)課程與理論課程不能同步進(jìn)行，使得學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的感性認(rèn)識(shí)滯后。而且，現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)設(shè)備多是現(xiàn)成的電路板，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)只要學(xué)會(huì)使用實(shí)驗(yàn)箱、信號(hào)發(fā)生器、示波器等簡(jiǎn)單常用的儀器，按照實(shí)驗(yàn)步驟、方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的連線和調(diào)試即可觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和測(cè)量結(jié)果，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容思考甚少，動(dòng)手操作、自由發(fā)揮空間小，主動(dòng)思考問題的能力下降，最終的結(jié)果就是學(xué)生被動(dòng)的接受知識(shí)，簡(jiǎn)單的連線，機(jī)械的測(cè)試，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)毫無興趣可言。

2 仿真演示在高頻電子線路中的應(yīng)用
2．1 利用仿真軟件演示單元電路
在授課過程中，對(duì)于電路進(jìn)行理論分析的同時(shí)，可通過Multisim，EWB，PSPICE，SystemView等仿真軟件輔以生動(dòng)的仿真演示，實(shí)現(xiàn)理論講解和驗(yàn)證的同步進(jìn)行，不僅能增強(qiáng)教學(xué)的直觀性與靈活性，而且能夠最大限度地利用有限的授課學(xué)時(shí)，加深學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)的理解，為傳統(tǒng)的教學(xué)方法注入活力。例如，可采用非線性器件所構(gòu)造的模擬乘法器MC1496來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)幅、檢波、混頻、鑒相等電路，其原理在很多文獻(xiàn)書籍當(dāng)中均有描述，通過仿真演示可使學(xué)生更加直觀的了解。
MC1496的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖2為利用乘法器實(shí)現(xiàn)的普通調(diào)幅的仿真電路(調(diào)制信號(hào)為200 mV／20 kHz，載波信號(hào)為100 mV／1 MHz)及波形圖，仿真波形圖中橫軸為時(shí)間(20 μs／div)，縱軸為幅度(20 mV／div)。圖3為利用乘法器實(shí)現(xiàn)的雙邊帶調(diào)幅的仿真電路(調(diào)制信號(hào)為200 mV／20 kHz，載波信號(hào)為100 mV／1 MHz)及波形圖，仿真波形圖中橫軸為時(shí)間(20μs／div)，縱軸為幅度(500μv／div)。圖4為利用乘法器實(shí)現(xiàn)的同步檢波仿真電路(輸入調(diào)幅信號(hào)為200 mV／2 kHz，本地載頻信號(hào)為50mV／500kHZ)及波形圖，仿真波形圖中橫軸為時(shí)間(20μs／div)，縱軸為幅度(2μV／div)。圖5為利用乘法器實(shí)現(xiàn)的混頻仿真電路(本振信號(hào)為30 mV／75 MHz，輸入調(diào)幅信號(hào)為0．5 V／20 kHz／75 MHz)及波形圖，仿真波形圖中橫軸為時(shí)間(5 000 ns／div)，縱軸為幅度(2 mV／div)。

2．2 以虛擬為平臺(tái)，創(chuàng)新自主實(shí)踐
精簡(jiǎn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，在保留原有經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，增加綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，如無線調(diào)頻話筒的制作與仿真等。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生經(jīng)歷器件測(cè)試、安裝和調(diào)試，最終成功發(fā)射信號(hào)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考諸如如何增加發(fā)射距離等問題，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。另外，由于原有試驗(yàn)箱中個(gè)別器件的性能問題，有些實(shí)驗(yàn)結(jié)果失真相當(dāng)嚴(yán)重，因此引入仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)不受實(shí)驗(yàn)室資源的限制，可隨時(shí)進(jìn)行。在仿真過程中，學(xué)生不僅可對(duì)各種電路進(jìn)行驗(yàn)證，也可根據(jù)自己的想法，通過設(shè)置相關(guān)參數(shù)對(duì)電路進(jìn)行修改，提高對(duì)實(shí)際問題的解決能力。

3 結(jié)語(yǔ)
高頻電子線路作為電子類專業(yè)的基礎(chǔ)課，其重要性不言而喻，通過仿真演示可使教學(xué)環(huán)節(jié)更加直觀和形象。實(shí)踐證明，通過引入仿真演示和仿真實(shí)驗(yàn)，使教學(xué)效果得到了明顯的改善，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐及綜合能力的培養(yǎng)。