基于Proteus的虛實結合通信電子電路實驗教學

嚴小黑

摘? 要 通信電子電路實驗是通信電子電路課程非常重要的環(huán)節(jié)，能讓學生更好地理解通信電子電路課程中涉及的各種電路原理、設計思想、調試及作用。針對目前通信電子電路實驗采用集成模塊電路進行實驗存在的學生只知如何進行調試，不知電路的具體構成，且缺乏對電路的設計環(huán)節(jié)等問題，提出將仿真電路實驗與實物電路實驗有機結合同步操作的教學模式。采用Proteus作為電路實驗仿真平臺，高頻電路實驗箱作為實物電路實驗硬件平臺，實現仿真與實物實驗有機結合，兩種實驗可同步進行。學生在仿真實驗中先可探索實驗，然后做實物實驗，可一定程度上解決單純的實物實驗存在的問題，效果良好。

關鍵詞 通信電子電路實驗;Proteus;仿真實驗;實驗箱;電路設計

中圖分類號：TP391.9? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）22-0114-03

Experiment Teaching of Communication Electronic Circuit Com-

bined by Virtual Circuit and Physical Circuit based on Proteus//YAN Xiaohei

Abstract Communication electronic circuit experiment is a very important part of the course of communication electronic circuit. It can help students better understand the various circuit principles， design ideas， debugging and functions involved in the course of

communication electronic circuit. Aiming at the problems that stu-

dents only know how to debug， do not know the specific composition

of the circuit， and lack the design link of the circuit in the current experiment of communication electronic circuit using integrated module circuit， this paper puts forward a teaching mode that com-bines the simulation circuit experiment with the physical circuit experiment in an organic way. Proteus is used as the simulation plat-form of circuit experiment， high frequency circuit experiment box is used as the hardware platform of physical circuit experiment. The combination of simulation and physical experiment is realized. The two experiments can be carried out synchronously. In the simulation experiment， students can first explore the experiment， and then do

the physical experiment. To a certain extent， it can solve the problems

existing in the simple physical experiment， and the effect is good.

Key words communication electronic circuit experiment; Proteus; simulation experiment; experimental box; circuit design

1 前言

通信電子電路實驗是通信電子電路課程非常重要的環(huán)節(jié)，是通信工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。在該課程中，學生通過對相關的電子器件、常用通信電子電路及通信電子電路系統(tǒng)的研究，逐步掌握通信電子電路的基本知識、基本理論和基本技能，能夠進行簡單通信電子電路的設計與調試，并能使用常用電子儀器進行測試和分析調整[1]。課程主要包含兩大通信電子電路系統(tǒng)，分別是無線電廣播發(fā)射調幅系統(tǒng)和超外差接收機系統(tǒng)，涉及調諧放大器、功率放大器、正弦波振蕩器、調幅解調電路、調頻解調電路等十多種電路。

2 通信電子電路實驗現狀

目前，各高校的通信電子電路實驗課程大部分采用相應公司生產的高頻電路實驗箱開展實驗，實驗箱包含十多個集成電路模塊，每個模塊可以做2～3個實驗。學生在實驗過程中給電路輸入指定頻率和電壓的信號，通過調整電路板上的中周（即調LC諧振回路的電感或電容）、可調電阻器等可調器件，來獲得所需的輸出信號。學生通過實驗操作可以初步掌握電路的調試方法，通過對輸入、輸出信號的對比可以獲知電路的功能。但存在的問題也是非常明顯的：

1）學生實驗過程缺乏對電路的設計過程，雖然知道如何去調試電路來得到想要的輸出，但是停留在“知其然，不知其所以然”的層面上;

2）學生在電路調試過程中可能存在操作不當的行為（如輸入信號過大、中周調節(jié)力度過大等問題），會使得電路板損壞甚至燒毀，從歷年的設備損壞率來看，每年的電路板平均損壞率達到30%，設備的維護成本較高。

基于此，探索一種新的實驗教學模式勢在必行。

3 虛實結合通信電子電路實驗教學模式

虛實結合通信電子電路實驗教學模式是指在原有實驗箱實驗教學的基礎上，增加虛擬仿真實驗的教學環(huán)節(jié)，虛實結合，互為補充。為滿足虛實結合實驗教學模式開展，在原有實驗箱的基礎上，硬件上需要增加一臺性能適當的計算機，并需要安裝Proteus軟件平臺。虛實結合實驗教學模式具體流程為：首先，學生根據提供的實驗電路，利用Proteus軟件進行電路搭建，在此過程中需要掌握電路的組成及各元件的作用;然后，給電路輸入指定的信號，利用軟件自帶的虛擬儀器對電路的相應點進行測試，對電路進行虛擬調試，觀察測試結果，若得不到所要的結果，則需檢測電路的正確性，反復修改調試，直到得到想要的結果;最后，在實驗箱上利用實際電路開展實驗，驗證虛擬實驗的結論，若虛擬和實際差別較大，可進一步對電路進行創(chuàng)新優(yōu)化，進而使得電路更符合實際需要。具體實驗流程如圖1所示。

采用虛實結合的實驗教學模式有以下優(yōu)點：

1）增加了電路設計的環(huán)節(jié)，讓學生在掌握電路結構的基礎上更好地理解電路的工作原理，也可以讓學生了解一個具體實用電路的設計思想;

2）先讓學生在仿真軟件上進行調試，可以減少其在實際電路調試時的誤操作，降低設備損壞率;

3）虛擬仿真實驗環(huán)節(jié)，能讓學生了解電路可能存在的各種問題，讓學生反復查找問題并自行修正，對電路的理解更加深刻;

4）可以滿足學生對電路創(chuàng)新設計的需求，提高學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

4 模擬乘法器調制與解調實驗案例

模擬乘法器調制與解調實驗是通信電子電路實驗的重要核心實驗，通過該實驗讓學生掌握無線通信過程中的信息轉換機制，其實驗電路如圖2所示。

實驗時，讓學生先利用Proteus軟件搭建出該實驗電路，在此過程中，學生可以了解電路的結構組成及各部分的作用。具體而言，實驗電路主要由四個模塊組成：

第一部分是由U1模擬乘法器和電容C1、C2構成的DSB（抑制載波雙邊帶調幅波）調制電路，其作用是實現調制信號與載波信號的相乘，從而輸出DSB信號;

第二部分是由U2模擬乘法器和電容C3、C4構成的同步解調電路，其作用是實現DSB信號與同步載波信號的相乘，其輸出中包含低頻信號分量;

第三部分是由R2、C5構成的低通濾波器，其作用是從U2模擬乘法器的輸出中濾出低頻信號;

第四部分是由U3集成運放和R3、R4構成的同相比例電路，其作用是對低頻信號進行放大，以便于示波器的觀察。

電路搭建完成后，需要給電路輸入信號，提供直流電源。輸入的調制信號電壓為5 V、頻率為50 Hz，用UI表示;輸入的載波信號電壓為5 V、頻率為5 kHz，用UC表示。示波器用于觀察兩輸入信號與兩乘法器的輸出信號（即DSB信號和解調出來的低頻信號），觀察到的圖形如圖3所示。學生通過對四個信號頻率、振幅、波形等參數的比較，能夠很直觀地理解相應輸入、輸出的關系，更能深刻地理解調制、解調的機理。由于實際實驗電路輸入信號不好，電路存在各種噪聲，實際實驗電路中往往觀察不到這么穩(wěn)定的波形，會在一定程度上影響學生對電路的理解，虛擬仿真實驗環(huán)節(jié)正好可以彌補實際實驗環(huán)節(jié)存在的這一缺陷。

學生完成虛擬仿真實驗環(huán)節(jié)后，就利用實際實驗電路開展實驗。由于有了前一步虛擬仿真實驗環(huán)節(jié)的鋪墊，學生會上手很快，相關細節(jié)也會特別注意，誤操作減少，對設備的損壞也大大降低。同時，由于學生對輸入、輸出信號的波形有了一定的認識，能較快調試出實際電路的輸出信號。實際輸出肯定會和虛擬仿真理想的輸出有一定差距，這會引起學生反思：如何改進電路以獲得更加穩(wěn)定的輸出，并把自己的想法在虛擬實驗電路中實現？在學生把要求的基本實驗步驟完成后，教師還可以啟發(fā)學生如何實現普通調幅波的調制與解調以及SSB（抑制載波單邊帶調幅波）的調制與解調，由學生先在虛擬電路上設計，然后在實驗電路上調整實現。以上均可以在一定程度上激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，鍛煉學生的創(chuàng)新能力，這是以往僅采用單純的實際實驗電路進行實驗所做不到的。

5 結語

本文針對國內通信電子電路實驗課程的教學實際情況及存在的問題，進行了相應的虛實結合實驗的探索實踐。虛實結合的實驗教學模式增加了電路設計的環(huán)節(jié)，能讓學生在掌握電路結構的基礎上，更好地理解電路的工作原理及電路的設計思想;能減少學生在實際電路調試時的誤操作，降低設備損壞率;能讓學生了解電路可能存在的各種問題，讓學生反復查找問題自行修正，對電路的理解更加深刻;可以滿足學生對電路創(chuàng)新設計的需求，提高學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

參考文獻

[1]趙權科，王開宇，秦曉梅，吳丹青.“數字電路實驗”課程教學中的虛實結合模式探索[J].工業(yè)和信息化教育，2018（1）：69-73.

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