高頻電子線路仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

李候清

【摘要】不斷發(fā)展的社會(huì)和不斷進(jìn)步的科學(xué)，使得人們的需求大大改變，理所當(dāng)然，電子技術(shù)在改變中是必不可少的，不管是學(xué)生還是電子線路工作人員都把電子線路作為其學(xué)習(xí)和研究的內(nèi)容。想要學(xué)習(xí)和研究高頻電子線路終究都離不開實(shí)驗(yàn)探索，本文通過(guò)對(duì)高頻電子線路仿真實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)的分析和了解，設(shè)計(jì)了高頻電子線路的仿真實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】高頻電子線路，設(shè)計(jì)，實(shí)踐

前言：高頻電子線路之所以被大眾熟知和關(guān)注，是因?yàn)槠湓陔娮有畔㈩惣夹g(shù)中扮演著不可缺少的角色。如果我們想要了解甚至研究高頻電子線路，實(shí)驗(yàn)操作這一步是必不可少的。一般來(lái)說(shuō)，高頻電子線路，學(xué)生的操作只能局限于實(shí)驗(yàn)箱上，很難升級(jí)硬件，也很難更新內(nèi)容。本文根據(jù)高頻電子線路課程的特點(diǎn)結(jié)合3大電子仿真軟件SPICE、EWB、MATLAB的特點(diǎn)，優(yōu)化了高頻電子線路的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

一.高頻電子線路仿真實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

在教學(xué)過(guò)程中，老師的教學(xué)方式是先進(jìn)行理論教學(xué)，然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最后進(jìn)行綜合性課程設(shè)計(jì)，但是這樣的教學(xué)方式達(dá)不到很好的效果，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)都注重于理論分析、實(shí)驗(yàn)物件的介紹，難以給學(xué)生留下深刻的印象，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)內(nèi)容的興趣慢慢消失。如果在授課過(guò)程中，能夠在對(duì)電路進(jìn)行理論分析的同時(shí)加入仿真軟件SPICE、EWB、MATLAB的仿真演示，從而達(dá)到理論講解和驗(yàn)證的同時(shí)進(jìn)行，這樣既增強(qiáng)了教學(xué)的靈活性和直觀性，也能夠在有效的學(xué)識(shí)內(nèi)，讓學(xué)生加深對(duì)基本理論知識(shí)的理解，這比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更有效率，更有活力。

二.高頻電子線路仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

我們?cè)趯?duì)高頻電子線路的了解中，不能僅停留在個(gè)別內(nèi)容的認(rèn)知，而進(jìn)行應(yīng)該對(duì)整個(gè)高頻電子線路體系達(dá)到認(rèn)知的效果，這有利于我們對(duì)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的領(lǐng)悟。

1對(duì)于電路原理的通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。對(duì)于在教學(xué)中，學(xué)生的理解只停留在公式層面上的問(wèn)題，我們可以設(shè)計(jì)以教學(xué)為基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生加深對(duì)數(shù)學(xué)模型的理解。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的每一個(gè)模塊都是根據(jù)該模塊所代表的單元電路來(lái)實(shí)線原理的建立，使數(shù)學(xué)模型更具有關(guān)聯(lián)性和形象性。

2對(duì)于硬件電路的仿真實(shí)驗(yàn)。為了使得硬件測(cè)試與軟件仿真相結(jié)合，設(shè)計(jì)了硬件電路的仿真實(shí)驗(yàn)。我們可以了解到，高頻電子線路是電子技術(shù)類課程的其中一種。課程中除了相關(guān)的原理外，還有大量關(guān)于電路分析與設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

在軟件仿真實(shí)驗(yàn)中，我們可以觀測(cè)到一些現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是無(wú)法在硬件電路實(shí)驗(yàn)中所觀察到的。比如，振蕩電路中有些參數(shù)對(duì)時(shí)間的影響，又比如電路參數(shù)的相關(guān)條件對(duì)電路性能的影響等等。另外，我們可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)的花費(fèi)，不必花大量的錢購(gòu)買相關(guān)儀器。如果學(xué)生掌握了仿真軟件的使用方法，那就為后期的電路設(shè)計(jì)應(yīng)用鋪好了道路，能夠更好地認(rèn)識(shí)電路的分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

三.高頻電子線路仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐

1.模擬通信系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)研究。Matlab中的Simulink是一種具有可視化功能的工具，與傳統(tǒng)的模式相比更容易被大眾所接受，因?yàn)樗邆涓`活、更直觀的優(yōu)點(diǎn)。Simulink可以很簡(jiǎn)單靈活的把數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為軟件模型，從而可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的仿真實(shí)驗(yàn)，這種仿真注重了可操縱性，也注重了系統(tǒng)的概念。在操作系統(tǒng)中，為了使大家更清楚的了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、仿真模型、數(shù)字模型這三者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在顯示的界面，我們還可以清楚的了解到具體的發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。

2.電路仿真實(shí)驗(yàn)研究。Protel是應(yīng)用最廣泛的電路輔助設(shè)計(jì)軟件，它與其他軟件最大的區(qū)別就在于具有很強(qiáng)大的印制版設(shè)計(jì)功能和電路原理圖設(shè)計(jì)功能。電路仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在高頻電子線路實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了多方面的應(yīng)用。

3.接收機(jī)電路仿真實(shí)驗(yàn)研究。進(jìn)行接收機(jī)的電子線路仿真實(shí)驗(yàn)的目的是專門為了突出二極管包絡(luò)檢波器的特有性能以及小信號(hào)調(diào)諧放大器的特有性能等等。我們?cè)谶M(jìn)行這兩種實(shí)驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，改變硬件的參數(shù)操作非常不方便，一方面是浪費(fèi)時(shí)間，另一方面也浪費(fèi)精力。所以我們根據(jù)在實(shí)際操作中出現(xiàn)問(wèn)題才設(shè)置了這類的仿真實(shí)驗(yàn)，達(dá)到解決這方面的很多問(wèn)題。新方案中信道檢查這一功能，能夠很迅速的檢測(cè)到各路信號(hào)能否滿足幅值要求，不滿足要求的能通過(guò)報(bào)警然后發(fā)出通知，讓我們知道系統(tǒng)的出錯(cuò)位置在哪里，并且達(dá)到很具體的效果。針對(duì)粗碼信號(hào)，我們主要需要檢查是否存在高低電平的變化。針對(duì)精碼信號(hào)可以根據(jù)比較精碼信號(hào)的A/D量，來(lái)判斷這五種幅值標(biāo)準(zhǔn)是否達(dá)到要求 。這五種檢測(cè)項(xiàng)目的要求分別如下所示：（a）峰值幅值小于或者等于98%；（b）、峰值幅值大于或等于75%；（c）、谷值幅值大于等于或2%；（d）、谷值幅值小于或等于25%；（e）、幅值的誤差小于10%。

四.編碼連續(xù)性的實(shí)時(shí)性檢查

如果想要保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基本功能，你們就需要編碼的正確率，什么叫做編碼正確，直接的來(lái)說(shuō)，就是沒(méi)有出現(xiàn)跳碼。如果一旦出現(xiàn)跳碼，有關(guān)系統(tǒng)都將失去控制，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。正因?yàn)槿绱?，我們?cè)诰幋a器信號(hào)處理系統(tǒng)中增加了了實(shí)時(shí)進(jìn)位檢查的功能，這個(gè)不僅能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)編碼器編碼，而且在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，還能迅速出現(xiàn)報(bào)警然后通知上位機(jī)系統(tǒng)，這樣就能夠讓上位機(jī)能及時(shí)的采取相應(yīng)施，避免了失控造成大的巨大損失。

實(shí)驗(yàn)中，我們還采用了拋物線擬合算法，通過(guò)等時(shí)間采樣連續(xù)的幾個(gè)位置點(diǎn)以此推算出未來(lái)位置點(diǎn)得位置，假如未來(lái)點(diǎn)的位置出現(xiàn)的偏差是在游走在誤差范圍內(nèi)的，我們就判定出編碼是連續(xù)的，相反如果出現(xiàn)報(bào)警并通知上位機(jī)系統(tǒng)，那就是不連續(xù)的。

五.結(jié)束語(yǔ)

我們利用各種仿真軟件對(duì)高頻電子線路進(jìn)行了仿真分析，了解其特點(diǎn)，測(cè)試了調(diào)幅信號(hào)的輸出波形的變化規(guī)律和檢波后的波形變化規(guī)律；觀察并分析了電路中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的 頻譜關(guān)系，得到的結(jié)果是一致的，即虛擬仿真結(jié)果與理論分析相對(duì)應(yīng)。我們將仿真軟件高效合理地應(yīng)用到高頻電子線路的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可讓很多抽象的理論教學(xué)變得更簡(jiǎn)單明了，讓學(xué)生更有效的從實(shí)驗(yàn)中了解到相關(guān)知識(shí)。希望通過(guò)一系列的仿真實(shí)驗(yàn)，也能夠?yàn)?？集成電路（IC）是整個(gè)電子信息產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ).隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛快進(jìn)步，高頻電路的集成化已經(jīng)成為高頻電子線路發(fā)展的一個(gè)重要方向.一方面可以節(jié)省時(shí)間另一方面也可以節(jié)省費(fèi)用，縮短周期。因此，各種簡(jiǎn)潔方便的仿真軟件不斷涌現(xiàn)，并得到廣泛的認(rèn)可。

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