仿真演示在高频电子线路中的应用

摘要：针对高频电子线路教学中普遍存在的课程内容缺乏系统性、教学方法缺乏吸引力、实验环节缺乏自主性等问题，提出了以实际出发优化教学内容，通过仿真演示及虚拟实验等手段丰富教学方法，以模拟乘法器及其主要应用为例对电路进行仿真，使教学及实践过程更加形象化、直观化，达到了良好的教学效果，为该课程的理论和实践改革提供了可参考的途径。
关键词：高频电子线路；实验仿真；乘法器；虚拟演示

    随着电子技术的飞速发展，通信领域的新技术也不断涌现，诸如移动电话技术的升级、3G通信的成熟与普及、无线局域网、卫星通信等无线通信技术迅猛发展等。因此，用以讲述通信系统中各部分电路实现方法的高频电子线路课程显得更为重要。由于该课程具有概念多、电路类型多、分析方法多以及同单元电路中信号频率多等特点，使得学生们普遍反映这门课程学习起来比较难且兴趣不足，因此改善高频电子线路的教学方法、教学手段及教学效果，对于专业培养和造就高素质人才具有重要的作用。

1 传统教学中存在的问题
1．1 教学方法缺乏吸引力
    教学过程中，通常是先进行一段时间的理论教学，再进行实验验证，最后进行综合性课程设计的教学方式，但是这样实施的教学效果并不理想，一方面传统的多媒体结合板书的课堂教学方法偏重于理论分析、元器件及电路模型的介绍，通过数学推导分析电路的功能和实际输出结果比较抽象，难以留下深刻印象，使学生对某些内容在学习之初产生的兴趣随着时间的推移而逐渐消失。
1．2 实验环节缺乏自主性
    在教学过程中，实验课程与理论课程不能同步进行，使得学生对教学内容的感性认识滞后。而且，现在的实验设备多是现成的电路板，学生实验时只要学会使用实验箱、信号发生器、示波器等简单常用的仪器，按照实验步骤、方法进行简单的连线和调试即可观察到实验现象和测量结果，导致学生对实验内容思考甚少，动手操作、自由发挥空间小，主动思考问题的能力下降，最终的结果就是学生被动的接受知识，简单的连线，机械的测试，对实验环节毫无兴趣可言。

2 仿真演示在高频电子线路中的应用
2．1 利用仿真软件演示单元电路
    在授课过程中，对于电路进行理论分析的同时，可通过Multisim，EWB，PSPICE，SystemView等仿真软件辅以生动的仿真演示，实现理论讲解和验证的同步进行，不仅能增强教学的直观性与灵活性，而且能够最大限度地利用有限的授课学时，加深学生对基本理论知识的理解，为传统的教学方法注入活力。例如，可采用非线性器件所构造的模拟乘法器MC1496来实现信号调幅、检波、混频、鉴相等电路，其原理在很多文献书籍当中均有描述，通过仿真演示可使学生更加直观的了解。
    MC1496的内部结构如图1所示，图2为利用乘法器实现的普通调幅的仿真电路(调制信号为200 mV／20 kHz，载波信号为100 mV／1 MHz)及波形图，仿真波形图中横轴为时间(20 μs／div)，纵轴为幅度(20 mV／div)。图3为利用乘法器实现的双边带调幅的仿真电路(调制信号为200 mV／20 kHz，载波信号为100 mV／1 MHz)及波形图，仿真波形图中横轴为时间(20μs／div)，纵轴为幅度(500μv／div)。图4为利用乘法器实现的同步检波仿真电路(输入调幅信号为200 mV／2 kHz，本地载频信号为50mV／500kHZ)及波形图，仿真波形图中横轴为时间(20μs／div)，纵轴为幅度(2μV／div)。图5为利用乘法器实现的混频仿真电路(本振信号为30 mV／75 MHz，输入调幅信号为0．5 V／20 kHz／75 MHz)及波形图，仿真波形图中横轴为时间(5 000 ns／div)，纵轴为幅度(2 mV／div)。

2．2 以虚拟为平台，创新自主实践
    精简验证性实验教学内容，在保留原有经典实验项目的基础上，增加综合性、设计性、应用性实验，如无线调频话筒的制作与仿真等。在实验过程中，学生经历器件测试、安装和调试，最终成功发射信号，引导学生积极思考诸如如何增加发射距离等问题，激发学生主动学习的积极性。另外，由于原有试验箱中个别器件的性能问题，有些实验结果失真相当严重，因此引入仿真软件进行实验，该实验不受实验室资源的限制，可随时进行。在仿真过程中，学生不仅可对各种电路进行验证，也可根据自己的想法，通过设置相关参数对电路进行修改，提高对实际问题的解决能力。

3 结语
    高频电子线路作为电子类专业的基础课，其重要性不言而喻，通过仿真演示可使教学环节更加直观和形象。实践证明，通过引入仿真演示和仿真实验，使教学效果得到了明显的改善，有效地调动了学生学习的积极性和主动性，增强了学生的实践及综合能力的培养。