包絡(luò)檢波電路教學(xué)方法改革

馬曉琳，翟功全，楊成全

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包絡(luò)檢波電路教學(xué)方法改革

馬曉琳[1]，翟功全2，楊成全2

（軍械工程學(xué)院 1. 無人機(jī)工程系，2. 學(xué)員一旅，河北 石家莊 050003）

以二極管包絡(luò)檢波電路為例，將問題式教學(xué)方法與仿真教學(xué)相結(jié)合．從如何實(shí)現(xiàn)中波信號中聲音解調(diào)的實(shí)際問題出發(fā)，以聲音的接收為主線，將課程內(nèi)容以問題鏈的形式逐步展開．使電路設(shè)計(jì)、電路數(shù)學(xué)分析方法、真實(shí)器件的選取、仿真的應(yīng)用等融合為一體，突破單純的知識點(diǎn)傳授，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的思維方式和觀察判斷能力，為課程設(shè)計(jì)提供新的思路．

包絡(luò)檢波電路；問題式教學(xué)；教學(xué)方法

針對高頻電子技術(shù)課程改革，為加深學(xué)生對理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力[1]，以二極管峰值檢波電路為例，探究如何將問題式教學(xué)方法與仿真教學(xué)相結(jié)合，為課程設(shè)計(jì)提供新的思路．

1 檢波電路傳統(tǒng)教學(xué)方法

二極管包絡(luò)檢波器主要由二極管和RC低通濾波電路組成，工作在大信號檢波狀態(tài)下時，具有理想的線性解調(diào)性能，輸出電壓能夠不失真地反映輸入調(diào)幅波的包絡(luò)變化規(guī)律．二極管包絡(luò)檢波適合于解調(diào)含有較大載波分量的大信號的檢波，具有電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)[2]．傳統(tǒng)教學(xué)方法以基本原理講授為主，介紹檢波電路的工作原理通過二極管的導(dǎo)通和電容的充放電來實(shí)現(xiàn)峰值包絡(luò)的提取，繼而介紹質(zhì)量指標(biāo)計(jì)算，包括檢波效率、等效輸入電阻和對失真問題的探討，最后配以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[3]．傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往存在諸多局限性，一是理論較為抽象不利于學(xué)生理解，根據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，失真問題一直是本講的難點(diǎn)，即使實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生也往往不知所做究竟為何，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維和動手能力的培養(yǎng)；二是采用“授之以魚”的教學(xué)方法，從電路結(jié)構(gòu)原理分析，再到指標(biāo)計(jì)算和失真分析，過多強(qiáng)調(diào)“是什么”，卻沒有充分體現(xiàn)“為什么”．因此，在實(shí)際授課過程中，這部分內(nèi)容學(xué)生普遍反映難學(xué)，教師感覺難教．

2 以問為主創(chuàng)新教學(xué)方法

目前問題式教學(xué)法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于教學(xué)中，問題式教學(xué)激勵學(xué)生去“疑”、去“問”，將問題貫穿于整個教學(xué)過程．學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，事半功倍，有的放矢．本節(jié)課的設(shè)計(jì)圍繞如何實(shí)現(xiàn)中波信號中聲音的解調(diào)，從電路形成的構(gòu)思，給出包絡(luò)檢波電路結(jié)構(gòu)和原理分析，到電路性能指標(biāo)的計(jì)算．

第二，書簽標(biāo)記。專家要使用書簽對不同等級能力水平最低者可以正確解答的題目的三分之二進(jìn)行標(biāo)記。對專家書簽標(biāo)記不同等級達(dá)標(biāo)線題目難度的平均程度加以計(jì)算。

在性能提升的同時，發(fā)現(xiàn)聲音失真問題的出現(xiàn)，繼而對失真問題進(jìn)行重點(diǎn)的剖析和探討，進(jìn)一步改進(jìn)和調(diào)整電路．整節(jié)課以聲音的接收為主線，把“聲音”貫穿課程的始終．

2.1 開篇設(shè)疑

課程伊始，播放一段廣播錄音，引導(dǎo)學(xué)生思考這個聲音從哪里來，又是如何從收音機(jī)里“飄”出來的．課程就將圍繞這個問題展開，也就是如何從中波廣播信號中解調(diào)出聲音信號，實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅波信號的解調(diào)．

2.2 構(gòu)建分析電路

在超外差式接收機(jī)中，檢波技術(shù)的好壞，直接影響到信號的分離和提取，決定了最后收聽聲音信號的質(zhì)量．

從頻譜上看，普通調(diào)幅信號即AM波的頻譜，特點(diǎn)是以載波頻率為中心，兩邊對稱調(diào)制信號頻率，檢波的過程無外乎是將頻譜進(jìn)行了線性的搬移，再取出包絡(luò)信號．利用所學(xué)知識，學(xué)生很自然地想到利用非線性元器件來實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移和選擇，引導(dǎo)學(xué)生利用二極管搭建最簡單的檢波電路（見圖1）．學(xué)生根據(jù)已有知識搭建完成電路之后，他們所關(guān)心的問題自然就是“這個檢波電路的性能如何”，即如何來衡量這個檢波電路的質(zhì)量指標(biāo)．從而引出檢波效率、輸入內(nèi)阻等指標(biāo)的求?。?/p>

本發(fā)明公開了一種高耐藥性和耐熱性合金銅箔的鍍液和制備方法，鍍液包括氯化鋅、氯化鎳、氯化鉀、緩沖劑、配位劑、表面活性劑和輔助添加劑。配位劑為檸檬酸、酒石酸、磺基水楊酸和/或氨基磺酸及其鹽；表面活性劑為十二烷基磺酸鈉和/或十二烷基硫酸鈉；輔助添加劑為胡椒醛、氯苯甲醛、肉桂醛、抗壞血酸、苯甲酸和煙酸、木質(zhì)素磺酸鈉、芳香烯酮和/或苯乙基酮；鍍液至少包括7種以上的化合物。用本發(fā)明制造的銅箔鍍層細(xì)密、平整、光亮的鍍層；銅箔具有較高的熱力學(xué)穩(wěn)定性，鋅鎳合金鍍層還具有良好的耐高溫腐蝕性，可用于高密度、多層化、細(xì)線路印制線路板的制造。

2.2.1 課堂實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證聲音信號的變化 將學(xué)生實(shí)驗(yàn)中使用到的晶體管超外差式收音機(jī)引入課堂，HX108-2七管半導(dǎo)體收音機(jī)示意圖見圖2．將其內(nèi)部檢波部分的電阻替換為一個電位器，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)阻值．將收音機(jī)調(diào)節(jié)在一個實(shí)時播放的頻道節(jié)目上，用無感改錐旋轉(zhuǎn)電位器的旋鈕．改變的阻值，按照預(yù)先的設(shè)想增大電阻，發(fā)現(xiàn)收聽的效果非但沒有變好，反而出現(xiàn)音量減小甚至語音的可懂度嚴(yán)重降低的現(xiàn)象．此時理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證似乎出現(xiàn)了矛盾，學(xué)生們迫切地想要尋求答案．

2.2.2 仿真分析，探求失真理論根源 為解決上述問題，可以引導(dǎo)學(xué)生快速搭建一個Multisim仿真電路[4]，在檢波電路工作正常的情況下，增大電阻可看到，檢波后的波形出現(xiàn)失真[5]．經(jīng)過分析這種失真主要分為２種失真，一種是由于提高電阻帶來的充電時常數(shù)為增大，放電速度過慢，跟不上輸入調(diào)幅波包絡(luò)的下降速度，產(chǎn)生的惰性失真；另一種是當(dāng)考慮到檢波器和下一級連接時，需要通過阻容耦合接入負(fù)載電路，由于檢波器的直流負(fù)載電阻與交流（音頻）負(fù)載電阻不相等，而且調(diào)幅度又相當(dāng)大時，使檢波器音頻輸出電壓負(fù)峰被切割[6]，從而產(chǎn)生的負(fù)峰切割失真．惰性失真和負(fù)峰切割失真仿真結(jié)果見圖3、圖4．引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出不產(chǎn)生這２種失真的條件，惰性失真即為２種速度的對比，電容上電壓變化的速度應(yīng)比高頻電壓包絡(luò)變化速度快；而負(fù)峰切割失真是２個電阻的對比，直流負(fù)載電阻和交流負(fù)載電阻差別越小越不易產(chǎn)生失真．為在聲音信號中體現(xiàn)負(fù)峰切割失真，采用Matlab仿真建立聲音調(diào)幅與解調(diào)系統(tǒng)，從聲音信號的輸入和采樣，經(jīng)過模擬乘法器調(diào)幅，再進(jìn)行包絡(luò)檢波，輸出至喇叭，學(xué)生可以真切地聽到輸出的聲音音量變小，并且可懂度降低，與課堂實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全吻合．利用Matlab搭建的調(diào)幅與檢波仿真演示系統(tǒng)見圖5．

2.2.3 電路改進(jìn)與知識擴(kuò)展 為了避免負(fù)峰切割現(xiàn)象的出現(xiàn)，能否從電路結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整．可引導(dǎo)學(xué)生嘗試采用以下方法：（1）提高交流負(fù)載電阻．如在檢波器與下一級低頻放大器之間插入高輸入電阻的射極跟隨器．采用三極管檢波電路，形成射級跟隨檢波器，三極管除有檢波作用外，還具有電流放大的作用，提高了檢波器的輸入阻抗，這種電路在電視接收機(jī)的集成電路中常被采用．（2）合理分解負(fù)載電阻．將負(fù)載電阻分為２部分，并通過隔直電容將后級電路并接在其中一部分的兩端，這樣當(dāng)負(fù)載電阻維持一定時，可保證交直流負(fù)載阻值差別較小，因此在實(shí)際廣播收音機(jī)中檢波器中大多采用這種電路[7]．進(jìn)而可將問題再深入擴(kuò)展，是否還有其他原因所產(chǎn)生的失真，二極管和電容真實(shí)器件的取值該如何選擇等．

你這不是見外了哈，還拿這些東西來干啥，嬸子可不高興了啊。李老黑的老婆看見我走進(jìn)院子，笑出一臉褶子來，迎上來從我手上接走了雞，還騰出倆指頭伸進(jìn)雞屁眼里摸了摸。喲，這個還有蛋哩。她把兩只雞放進(jìn)了自家尼龍網(wǎng)圍起的雞棚里。

2.3 效果檢驗(yàn)

將檢波電路中涉及的知識點(diǎn)以聲音信號的接收為主線進(jìn)行組合，建立起系統(tǒng)的概念，并體現(xiàn)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系性，將知識點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象緊密聯(lián)系，在近２年考試中涉及包絡(luò)檢波題目得分率提升了43%．在內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，整節(jié)課以聲音的接收為主線，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)內(nèi)容的趣味性，在實(shí)際授課中明顯感到學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣大幅提升了．教學(xué)實(shí)踐表明，只有將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法、仿真實(shí)驗(yàn)和多種教學(xué)方法相結(jié)合，才能更好地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化教學(xué)模式，更好地為教學(xué)服務(wù)[8]．

3 結(jié)束語

本文以二極管包絡(luò)檢波電路為例的設(shè)計(jì)從實(shí)際需求出發(fā)，提出問題，即如何實(shí)現(xiàn)中波信號中聲音的解調(diào)，建立整體意識，并體現(xiàn)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系性．強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性教學(xué)，注重學(xué)員擴(kuò)展性思維的培養(yǎng)，以實(shí)際問題為牽引，將內(nèi)容以問題鏈的形式逐步展開．在這樣一種教學(xué)模式下，講授的痕跡逐漸淡化，而變?yōu)榻虇T和學(xué)員共同學(xué)習(xí)和探討，收到了良好的效果．

[1] 馬興平，程秀英，侯衛(wèi)周．基于Multisim10.1的二極管峰值包絡(luò)檢波仿真[J]．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012（2）：85-87

[2] 黃培根．用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)二極管包絡(luò)檢波的仿真實(shí)驗(yàn)[J]．麗水學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（5）：97-100

[3] 吳東升．基于PSPICE的二極管包絡(luò)檢波電路的仿真研究[J]．科技信息，2008（24）：353

[4] 唐贛，吳翔．Multisim10&Ultiboard原理圖仿真與設(shè)計(jì)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2008

[5] 黃智偉．基于NI Multisim的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2008

[6] 張肅文．高頻電子線路[M]．北京：高等教育出版社，2006

[7] 常亮．二極管包絡(luò)檢波電路原理及失真探究[J]．電子測試，2013（17）：34-36

[8] 孫立輝．Multisim軟件在電路理論教學(xué)中的應(yīng)用[J]．硅谷，2010（19）：159-160

Reform of teaching method of envelope detection circuit

MA Xiao-lin1，ZHAI Gong-quan2，YANG Cheng-quan2

（1. Department of UAV Engineering，2. 1st Brigade of Students，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China）

Based on the diode envelope detection circuit as an example，introduced the teaching method of envelope detection circuit which is the combination of question teaching and simulation．Starting from the practical problems of how to realize the sound wave in signal demodulation，the receiver of voice was taken as the main line，and the course content is gradually expanded in the form of problem chain．So the teaching of simple knowledge points was broken to make the circuit design，circuit mathematics analysis method，the selection of real devices，the application of the simulation and so on with new ones．This teaching method focused on the training of students thinking mode and provided a new idea for course design.

envelope detection circuit；question teaching；teaching method

TN763.1∶G424.1

Ａ

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.03.022

2016-01-15

河北省高等教育學(xué)會2014年度高等教育科學(xué)研究課題立項(xiàng)（Gjxh2014-03）

馬曉琳（1979-），女，河北石家莊人，講師，碩士，主要從事電子技術(shù)研究．E-mail：mxl_linda@163.com