仿真演示在高頻電子線路中的應用

摘要：針對高頻電子線路教學中普遍存在的課程內容缺乏系統(tǒng)性、教學方法缺乏吸引力、實驗環(huán)節(jié)缺乏自主性等問題，提出了以實際出發(fā)優(yōu)化教學內容，通過仿真演示及虛擬實驗等手段豐富教學方法，以模擬乘法器及其主要應用為例對電路進行仿真，使教學及實踐過程更加形象化、直觀化，達到了良好的教學效果，為該課程的理論和實踐改革提供了可參考的途徑。
關鍵詞：高頻電子線路；實驗仿真；乘法器；虛擬演示

    隨著電子技術的飛速發(fā)展，通信領域的新技術也不斷涌現(xiàn)，諸如移動電話技術的升級、3G通信的成熟與普及、無線局域網、衛(wèi)星通信等無線通信技術迅猛發(fā)展等。因此，用以講述通信系統(tǒng)中各部分電路實現(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頻率多等特點，使得學生們普遍反映這門課程學習起來比較難且興趣不足，因此改善高頻電子線路的教學方法、教學手段及教學效果，對于專業(yè)培養(yǎng)和造就高素質人才具有重要的作用。

1 傳統(tǒng)教學中存在的問題
1．1 教學方法缺乏吸引力
    教學過程中，通常是先進行一段時間的理論教學，再進行實驗驗證，最后進行綜合性課程設計的教學方式，但是這樣實施的教學效果并不理想，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的多媒體結合板書的課堂教學方法偏重于理論分析、元器件及電路模型的介紹，通過數學推導分析電路的功能和實際輸出結果比較抽象，難以留下深刻印象，使學生對某些內容在學習之初產生的興趣隨著時間的推移而逐漸消失。
1．2 實驗環(huán)節(jié)缺乏自主性
    在教學過程中，實驗課程與理論課程不能同步進行，使得學生對教學內容的感性認識滯后。而且，現(xiàn)在的實驗設備多是現(xiàn)成的電路板，學生實驗時只要學會使用實驗箱、信號發(fā)生器、示波器等簡單常用的儀器，按照實驗步驟、方法進行簡單的連線和調試即可觀察到實驗現(xiàn)象和測量結果，導致學生對實驗內容思考甚少，動手操作、自由發(fā)揮空間小，主動思考問題的能力下降，最終的結果就是學生被動的接受知識，簡單的連線，機械的測試，對實驗環(huán)節(jié)毫無興趣可言。

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

2．2 以虛擬為平臺，創(chuàng)新自主實踐
    精簡驗證性實驗教學內容，在保留原有經典實驗項目的基礎上，增加綜合性、設計性、應用性實驗，如無線調頻話筒的制作與仿真等。在實驗過程中，學生經歷器件測試、安裝和調試，最終成功發(fā)射信號，引導學生積極思考諸如如何增加發(fā)射距離等問題，激發(fā)學生主動學習的積極性。另外，由于原有試驗箱中個別器件的性能問題，有些實驗結果失真相當嚴重，因此引入仿真軟件進行實驗，該實驗不受實驗室資源的限制，可隨時進行。在仿真過程中，學生不僅可對各種電路進行驗證，也可根據自己的想法，通過設置相關參數對電路進行修改，提高對實際問題的解決能力。

3 結語
    高頻電子線路作為電子類專業(yè)的基礎課，其重要性不言而喻，通過仿真演示可使教學環(huán)節(jié)更加直觀和形象。實踐證明，通過引入仿真演示和仿真實驗，使教學效果得到了明顯的改善，有效地調動了學生學習的積極性和主動性，增強了學生的實踐及綜合能力的培養(yǎng)。