Multisim在以工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向的高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用

黃勇 朱昌洪

摘 要：高頻電子線路課程具有實(shí)踐性和理論性較強(qiáng)的特點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)注重理論而忽視學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，將電路設(shè)計(jì)仿真軟件Multisim與高頻電子線路的課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，依托其強(qiáng)大的交互式仿真分析能力，實(shí)現(xiàn)教學(xué)做的統(tǒng)一，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程調(diào)試能力、工程測試能力和工程設(shè)計(jì)能力?，F(xiàn)以高頻典型電路單調(diào)諧回路諧振放大器為例，探討Multisim在以工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向的高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Multisim 高頻電子線路 單調(diào)諧回路諧振放大器 工程實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（b）-0251-03

Abstract：The course of high frequency electronic circuit has the characteristics of strong practicality and theory，the traditional teaching theory and the cultivation of studentsengineering practice ability.In order to better cultivate studentsability of engineering practice， closely integrated circuit design and Simulation Software Multisim and high frequency electronic circuit teaching， experiment and course design，relying on its powerful interactive simulation analysis ability， to realize the unity of teaching， learning and doing， in order to cultivate and improve studentsengineering commissioning ability， ability of engineering test and engineering design capabilities. The application of Multisim in the teaching of high frequency electronic circuit based on engineering practice ability is discussed by taking the single tuned circuit resonant amplifier as an example.

Key Words：Multisim；High Frequency Electronic Circuit；Single Tuned Circuit Resonant Amplifier；Engineering Practice Ability

高頻電子線路是高校工科電子通信類實(shí)踐性和理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程通過高頻信號(hào)各種功能電路的學(xué)習(xí)，掌握非線性電路的分析方法，培養(yǎng)學(xué)生對射頻電路與系統(tǒng)的分析、工程設(shè)計(jì)及其實(shí)踐動(dòng)手能力。

該校作為培養(yǎng)應(yīng)用型本科院校，應(yīng)注重學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法已不能適應(yīng)學(xué)校的發(fā)展定位。因此，在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)中引入Multisim仿真軟件，依托其強(qiáng)大的仿真分析能力實(shí)現(xiàn)教學(xué)做的統(tǒng)一，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

下面以高頻典型電路單調(diào)諧回路諧振放大器為例，探討Multisim11仿真軟件在以工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向的高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用。

1 該校高頻電子線路教學(xué)中存在的問題

（1）該校高頻電子線路教學(xué)多采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，先由教師課堂講授理論知識(shí)，再做實(shí)驗(yàn)，由于高頻電子線路功能電路多且都是非線性電路，大都采用工程近似分析法，學(xué)生普遍反映比較難學(xué)，缺乏興趣，大部分學(xué)生的工程實(shí)踐能力很差。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱，由于實(shí)驗(yàn)?zāi)K功能電路元器件的參數(shù)不可調(diào)，學(xué)生只是按照實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械做實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生缺乏獨(dú)立思考的過程。同時(shí)由于高頻實(shí)驗(yàn)易受分布參數(shù)和外部電磁干擾的影響以及使用頻繁造成元器件的損壞等原因，學(xué)生又缺乏經(jīng)驗(yàn)，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行排查故障，而實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，通常實(shí)驗(yàn)不能達(dá)到預(yù)期的效果。因此，學(xué)生的工程實(shí)踐能力也不能得到很好的培養(yǎng)。

2 Multisim11仿真軟件在高頻教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 引入Multisim仿真軟件后的教學(xué)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)教學(xué)都是先理論后實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在引入Multisim仿真軟件后，課堂教學(xué)可采取先做仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生討論后再進(jìn)入理論講解的過程，學(xué)生的主動(dòng)性和積極性大增。課后學(xué)生再用仿真軟件進(jìn)行仿真和做作業(yè)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的做中學(xué)。課堂的仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)高度一致，學(xué)生通過仿真實(shí)驗(yàn)熟悉實(shí)驗(yàn)原理，按照工程調(diào)試的步驟可以快捷更改元器件參數(shù)，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于已在仿真實(shí)驗(yàn)中做過，遇到問題就能及時(shí)排查故障，從而大大提高了實(shí)驗(yàn)的成功率和效果，學(xué)生興趣大增，提高了學(xué)生的自信心、主動(dòng)性和積極性。因此，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2.2 Multisim11仿真應(yīng)用實(shí)例

高頻小信號(hào)放大器是高頻的典型電路，其教學(xué)主要講授單調(diào)諧諧振放大器的原理?，F(xiàn)以其為例，探討Multisim11仿真軟件在高頻教學(xué)改革中的應(yīng)用。

2.2.1 單調(diào)諧回路諧振放大器工作原理

高頻小信號(hào)放大器的主要質(zhì)量指標(biāo)有增益、通頻帶、選擇性等，其電路主要由輸入回路、晶體管、輸出回路組成，為了與RZ8653型高頻實(shí)驗(yàn)箱相結(jié)合，采用實(shí)驗(yàn)箱電路原理圖，如圖1所示。R1、R2、R4、R6為偏置電阻，提供靜態(tài)工作點(diǎn)，C1是R4的旁路電容；由R3、C4、C5、T1（回路電感L=4uH）構(gòu)成的諧振回路，作為輸出回路；Q2、R9、R10構(gòu)成射極跟隨器以提高帶負(fù)載能力。由于Multisim11元件庫沒有晶體管9018，查參數(shù)后可用2N2369替換。

2.2.2 工程調(diào)試的仿真過程

（1）晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整。

放大器在小信號(hào)狀態(tài)下的ICQ一般取0.8～2 mA，依據(jù)相關(guān)理論計(jì)算可得靜態(tài)工作點(diǎn)UCQ=1.5～3.5V。在輸入信號(hào)為0的情況下，調(diào)整R1、R2、R6，使Q1的基極直流電壓約為2.5 V，此時(shí)用multisim的直流分析如圖2所示，基極電流IB=15.136 15 mA，ICQ=1.220 12 mA，IEQ=-1.235 26 mA，與理論值基本相符，此時(shí)放大器工作在甲類。

（2）諧振頻率的調(diào)整。

調(diào)整可調(diào)電容C5，可通過波特圖示儀XBP1觀測，此時(shí)諧振頻率為6.154 MHz，增益為18.234 262，見圖3，也可從頻率計(jì)XFC1讀出，此時(shí)與波特圖示儀的測試數(shù)據(jù)相比會(huì)有誤差。用示波器觀測見圖4，A通道為輸出，B通道為輸入。當(dāng)輸入信號(hào)頻率為5 MHz時(shí)，其輸出信號(hào)波形與圖4相比，輸出信號(hào)會(huì)減小，因此，高頻小信號(hào)放大器具有選頻和放大的作用。

2.2.3 工程測試的仿真分析

（1）靜態(tài)工作點(diǎn)對單調(diào)諧諧振放大器幅頻特性相頻特性的影響

改變靜態(tài)工作點(diǎn)電壓，可以發(fā)現(xiàn)，晶體管Q1基極電壓減小時(shí)，ICQ減小，幅頻特性幅值會(huì)減小，曲線變“瘦”，帶寬減??；Q1基極電壓增大時(shí)，ICQ增大，幅頻特性幅值會(huì)增大，曲線變“胖”，帶寬加大。

（2）集電極負(fù)載對單調(diào)諧諧振放大器幅頻特性相頻特性的影響改變集電極負(fù)載R3，可以發(fā)現(xiàn)，集電極負(fù)載增大時(shí)，幅頻特性幅值會(huì)增大，曲線變“瘦”，Q增大，帶寬減少；集電極負(fù)載減小時(shí)，幅頻特性幅值會(huì)減小，曲線變“胖”，Q減小，帶寬加大，與理論計(jì)算相符。

（3）當(dāng)輸入信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，會(huì)造成輸出波形失真，此時(shí)應(yīng)減小輸入信號(hào)，也可以增大電阻R8或在Q1的發(fā)射極串聯(lián)一個(gè)小電阻（幾十歐）做負(fù)反饋，用來控制和調(diào)整增益，提高電路的穩(wěn)定性。

（4）對比在T1的次級(jí)直接接負(fù)載和通過射極跟隨器接負(fù)載，可以發(fā)現(xiàn)采用射極跟隨器后大大提高了電路的帶負(fù)載能力。

在整個(gè)仿真過程中還可以設(shè)置器件故障，培訓(xùn)學(xué)生排查故障的能力，也可用虛擬的3D面包板實(shí)驗(yàn)電路和3D元件庫搭建電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，完成老師布置的高頻設(shè)計(jì)任務(wù)，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程測試和工程設(shè)計(jì)能力。

3 結(jié)語

實(shí)踐證明，將multisim仿真軟件與高頻電子線路的教學(xué)緊密結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大增，主動(dòng)性和積極性很高，能有效完成和實(shí)現(xiàn)教學(xué)做的統(tǒng)一，進(jìn)而提高學(xué)生的工程測試能力、工程設(shè)計(jì)能力和課程的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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