高頻電子技術(shù)實驗教學(xué)的一些探索

摘 要：高頻電子技術(shù)是電子信息專業(yè)一門理論性與實踐性非常強(qiáng)的課程。特別是實驗教學(xué)中受到實驗儀器等因素的影響，教學(xué)效果總存在一定的局限性。該文結(jié)合多年的實踐教學(xué)經(jīng)驗，介紹了高頻電子線路實驗教學(xué)中的具體做法和體會。從加強(qiáng)實驗預(yù)習(xí)入手，通過精心設(shè)計實驗內(nèi)容來提高學(xué)生實驗興趣、創(chuàng)新實驗手段來提高學(xué)生動手能力，對全面提高實驗教學(xué)質(zhì)量起到了良好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：高頻電路 實驗預(yù)習(xí) Multisim 正弦波振蕩器

中圖分類號：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（c）-0151-03

Abstract：High-frequency electronic technology is a very strong theoretical and practical course of electronic information major.Especially in the experimental teaching，influenced by the factors of the experimental instrument，there are always some limitions in teaching effect.This paper summarizes the practice teaching experience for many years，and introduces the practice and experience in the experiment teaching.From strengthening the experiment preview，through careful design of the experimental content to improve students'experimental interest and innovative experimental means to improve students' practical ability，it has played a good role in improving the quality of experimental teaching.

Key Words：High frequency circuit；Multisim；Experiment preview；Sinusoidal oscillator

高頻電子技術(shù)課程以通信整機(jī)為主線，介紹了高頻信號的產(chǎn)生、放大、變換處理等功能電路。它的理論比較抽象，分析方法也多樣化，是一門工程性和實踐性都非常強(qiáng)的專業(yè)課程。與之相應(yīng)的實驗課程，不僅能使學(xué)生加深對理論知識的理解，而且要能在實驗課程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實際動手能力。因而對于高頻實驗課程的教師來說，不斷探索和改進(jìn)教學(xué)方式，以達(dá)到最好的教學(xué)效果，就是擺在面前的重要任務(wù)。下面結(jié)合筆者多年來的教學(xué)實踐，談?wù)剬Ω哳l電子技術(shù)實驗教學(xué)的幾點體會。

1 合理安排實驗，加強(qiáng)實驗預(yù)習(xí)

高頻電子技術(shù)實驗一個最大的問題是實驗不好做。比如丙類功率放大器實驗，要求學(xué)生測試功率放大器在不同的工作狀態(tài)下的功率、效率，然而放大器的工作狀態(tài)又受到集電極電壓、基極電壓、輸入信號大小與負(fù)載大小等多種因素的影響。實驗中要求學(xué)生反復(fù)調(diào)試不同的參數(shù)，在不同的條件下進(jìn)行測量。如果學(xué)生對理論內(nèi)容不理解、對實驗的內(nèi)容和實驗步驟不熟悉，到了實驗室就直接動手連接電路，很可以就得不到理想的實驗結(jié)果。這樣就造成學(xué)生信心不足，對高頻實驗產(chǎn)生畏難心理。為了充分調(diào)動學(xué)生的積極性，提高實驗教學(xué)效果，筆者作了如下嘗試：（1）合理安排實驗順序與時間。在開學(xué)初的實驗課表安排中，根據(jù)理論課時的情況，對每個實驗開始日期做一估計，使相應(yīng)的理論課教學(xué)先于實驗教學(xué)，避免為趕實驗進(jìn)度提前做實驗的現(xiàn)象。并且在理論課的后面，會介紹下一個要做的實驗，簡要介紹實驗?zāi)康?、原理，使同學(xué)們對要做的實驗有大致的了解，克服畏難情緒，增強(qiáng)學(xué)生動手的自信心。（2）加強(qiáng)學(xué)生實驗預(yù)習(xí)工作。要求學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書中的實驗內(nèi)容，寫出實驗預(yù)習(xí)報告。通過寫實驗預(yù)習(xí)報告，學(xué)生認(rèn)真復(fù)習(xí)課本的理論內(nèi)容，對實驗中每一步內(nèi)容做到心中有數(shù)并對預(yù)習(xí)思考題認(rèn)真思考給出自己的解答。通過預(yù)習(xí)了解實驗儀器的使用方法、每步實驗中的實驗現(xiàn)象及可能出現(xiàn)的問題，這樣到了實驗室就不會手忙腳亂，保證了實驗的順利有序進(jìn)行。

2 精心設(shè)計實驗內(nèi)容、提高學(xué)生興趣

現(xiàn)在普遍使用的高頻實驗設(shè)備是針對實驗內(nèi)容設(shè)計好的實驗箱，實驗內(nèi)容以驗證性實驗為主，在實驗使用中有其優(yōu)點也有明顯的缺點。其缺點主要是如果實驗過程設(shè)計比較粗糙，只是連連導(dǎo)線、觀察觀察信號波形，學(xué)生就對實驗沒興趣或感覺實驗中沒有學(xué)到什么東西。所以指導(dǎo)教師要精心設(shè)計實驗內(nèi)容，使學(xué)生在實驗時有事可做，要既動手又動腦。比如筆者在指導(dǎo)調(diào)幅與包絡(luò)檢波這一實驗內(nèi)容時設(shè)計了多個數(shù)據(jù)測試表格要求學(xué)生認(rèn)真測量并記錄下來，然后根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析得出結(jié)論，并與書中理論內(nèi)容相對照，看有無偏差。這樣既提高了學(xué)生實驗的動手能力又加強(qiáng)了學(xué)生對書本知識的掌握。其次筆者在實驗教學(xué)中，增加綜合性，研究性實驗項目，提高了學(xué)生的動手能力、綜合設(shè)計能力和工程實踐能力，解決了理念教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)的問題。例如頻譜搬移的內(nèi)容是該門課程的一核心內(nèi)容，混頻、振幅調(diào)制與解調(diào)等許多功能都是建立在其基礎(chǔ)上。而頻譜搬移的實現(xiàn)核心是乘法器，因此，在實驗上開設(shè)一個基于集成模擬乘法器MC1496的綜合設(shè)計性實驗，學(xué)生通過實驗掌握了利用乘法器實現(xiàn)混頻，平衡調(diào)幅，同步檢波，鑒頻等幾種頻率變換電路的原理及方法，加深了對頻譜搬移內(nèi)容的理解。

3 引入計算機(jī)仿真，實驗手段多樣化

采用高頻實驗箱的實驗方式具有直觀性和實踐性，它為學(xué)生們提供了一個從理論走向?qū)嵺`的機(jī)會，鍛煉了學(xué)生們的動手能力。但由于高頻電子技術(shù)這門課程自身的特點，采用這種實驗箱的硬件實驗也有明顯的缺點。比如由于實驗儀器設(shè)備的反復(fù)使用，實驗結(jié)果很可能出現(xiàn)不明顯、不準(zhǔn)確的現(xiàn)象；由于高頻信號受外界環(huán)境及操作過程的影響比較嚴(yán)重，實驗經(jīng)常不能達(dá)到預(yù)期的效果等。

Multisim是美國國家儀器有限公司推出的以windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它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，可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。通過引入Multisim仿真實驗，學(xué)生可以在對各種電子器件進(jìn)行研究，借助仿真軟件對其進(jìn)行分析、計算、搭建各種電路模型，在計算機(jī)上仿真出類似于實際電路的數(shù)據(jù)和相應(yīng)波形。學(xué)生實驗可以不受地點和實驗設(shè)備的限制，它給學(xué)生以極大的創(chuàng)造空間，強(qiáng)化了學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，更加有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在正弦波振蕩器實驗中設(shè)計了一個仿真實驗如圖1所示。其工作原理是當(dāng)電路合上直流電源后，振蕩環(huán)路內(nèi)將會產(chǎn)生微弱的電擾動，振蕩電路輸入端獲得很小的起始輸入信號。由于諧振放大器工作于甲類狀態(tài)，環(huán)路增益大于1，振蕩幅度很快增長，隨著振蕩幅度的增大，三極管基極輸入信號幅度也越來越大，放大器的工作由線性進(jìn)入非線性狀態(tài)，再加上電路中偏置電路的自給偏壓，使得晶體管的基極偏置電壓隨輸入信號的增大而減小，進(jìn)一步使放大器的工作狀態(tài)進(jìn)入乙類或丙類非線性工作狀態(tài)。相應(yīng)的放大器增益隨之減小，直至振蕩進(jìn)行平穩(wěn)狀態(tài)。在這一過程中，對于振蕩器的自激振蕩現(xiàn)象以及基極偏壓的變化過程用實驗箱就很難觀察出來。而通過引入Multisim仿真，大家卻可以很清晰地觀察到這些現(xiàn)象，仿真結(jié)果如圖2至圖4所示。這樣根據(jù)實驗項目的特點，適當(dāng)選擇實驗方法，發(fā)揮軟、硬件各自的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，可得到更好地實驗效果。

4 結(jié)語

總之，學(xué)生在高頻電子技術(shù)實驗課程上之所以感到困難，有其特殊性。通過筆者多年的教學(xué)實踐表明，加強(qiáng)高頻電子技術(shù)的實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，精心設(shè)計實驗內(nèi)容，并引入適量的計算機(jī)仿真實驗將使學(xué)生在實驗中得到更好地綜合能力訓(xùn)練，從而為社會培養(yǎng)出高質(zhì)量的技術(shù)人才。

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