創(chuàng)新型高頻電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系探索

張敏 薛敬宏 曹丙霞 宋立眾 何然

摘? 要：文章介紹了為了提高學(xué)生高頻電子工程實(shí)踐能力，如何將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從單一的模式變成層次化教學(xué)模式，并且融合多種教學(xué)方式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，如何讓學(xué)生進(jìn)行高頻電子自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度從簡(jiǎn)單的理論驗(yàn)證，變成主動(dòng)設(shè)計(jì)射頻模塊。進(jìn)而學(xué)生能利用高頻知識(shí)去分析和解決實(shí)際中的問(wèn)題，做到了理論教學(xué)和實(shí)踐的統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：高頻電子;創(chuàng)新能力;層次化;工程實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G640? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2021）26-0031-04

Abstract： In order to improve the practical engineering ability of the students in high frequency electronic technology， this paper proposed an experimental teaching system which can transform the single teaching mode to hierarchical teaching mode for the teaching content and combines multiple teaching modes， furthermore， the proposed mode can teach the students do the active design experiments. For the attitudes of students， the simple theoretical validations were transformed into the active design of radio frequency modules. In the proposed reaching mode， the students can analyze and solve the practical problems employing the learned high frequency knowledge and the consistency of theory and practice was achieved.

Keywords： highfrequency electronic circuit; innovation ability; hierarchical experiment; engineering practice

雖然高頻電子線路作為信息與通信工程重要的專業(yè)課程，但是經(jīng)過(guò)實(shí)際教學(xué)效果評(píng)估后發(fā)現(xiàn)，高頻、微波這類課程學(xué)生掌握程度并不好，具體表現(xiàn)為：很多學(xué)生能夠制作和調(diào)試一些數(shù)字系統(tǒng)，例如單片機(jī)、FPGA、DSP等，但是只有非常少的學(xué)生能夠制作簡(jiǎn)單的類似射頻放大、頻率振蕩電路模塊，更不用說(shuō)較為復(fù)雜的通信系統(tǒng)。并且學(xué)生對(duì)電路分析理解掌握的也不是很好[1]。

究其原因，學(xué)生實(shí)踐能力不強(qiáng)主要在于高頻實(shí)踐環(huán)節(jié)方式方法單一，脫離實(shí)際，大多重視數(shù)學(xué)運(yùn)算，對(duì)實(shí)際的電路具體應(yīng)用重視不夠。

一、系統(tǒng)分析

高頻教學(xué)改革前后實(shí)驗(yàn)體系框圖如圖1所示，教學(xué)改革前實(shí)驗(yàn)教學(xué)只采用了學(xué)生用實(shí)驗(yàn)箱測(cè)試，然后寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的單一方式。改革后實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式分為基礎(chǔ)型和創(chuàng)新型，其中基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)增加了學(xué)生能夠課前預(yù)習(xí)的視頻和課件、增加了仿真教學(xué)環(huán)節(jié)。

下面將從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室管理制度3個(gè)方面具體介紹[2]。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

（一）實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)規(guī)劃

內(nèi)容建設(shè)以如何構(gòu)建一個(gè)通信系統(tǒng)展開(kāi)，系統(tǒng)框圖如圖2所示。圍繞通信系統(tǒng)中每個(gè)具體模塊規(guī)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，這樣的好處是學(xué)生能夠在完成實(shí)驗(yàn)后，利用每個(gè)模塊拼湊出一個(gè)小型射頻通信系統(tǒng)。強(qiáng)調(diào)仿真和實(shí)踐的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)課程體系之間的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)實(shí)用化。

根據(jù)圖2的通信系統(tǒng)框圖，按照實(shí)際中的知識(shí)點(diǎn)對(duì)照得到框圖，如圖3、圖4所示。

根據(jù)高頻電子線路中的信號(hào)放大、信號(hào)振蕩、信號(hào)變換三個(gè)部分來(lái)劃分。具體來(lái)說(shuō)信號(hào)放大包括高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器、集成選頻放大器、非線性丙類功率放大器、線性寬帶功率放大器;信號(hào)振蕩包括三點(diǎn)式正弦波振蕩器、晶體振蕩器與壓控振蕩器;信號(hào)變換包括模擬乘法器調(diào)幅（AM、DSB、SSB）、集電極調(diào)幅實(shí)驗(yàn)、包絡(luò)檢波及同步檢波、變?nèi)荻O管調(diào)頻、正交鑒頻及鎖相鑒頻、混頻器、三極管變頻、自動(dòng)增益控制（AGC）、模擬鎖相環(huán)等知識(shí)點(diǎn)。

低頻放大模塊可以采用晶體管放大和集成運(yùn)放，需要考慮靜態(tài)工作點(diǎn)和放大倍數(shù)，保證線性放大。

射頻放大模塊包括小信號(hào)放大和功率放大，小信號(hào)放大可以采用集成放大和LC諧振放大，集成寬帶放大器一般無(wú)需進(jìn)行調(diào)諧，而LC諧振放大器要注意調(diào)諧振，功率放大器為了提高效率，通常需要工作在丙類工作狀態(tài)，需要根據(jù)功率放大器的動(dòng)態(tài)特性調(diào)整相應(yīng)參數(shù)[3]。

調(diào)制模塊包括幅度調(diào)制和角度調(diào)制，幅度調(diào)制可以采用模擬乘法器、晶體三極管、二極管等電路實(shí)現(xiàn)。角度調(diào)制可以采用變?nèi)荻O管和晶體三極管實(shí)現(xiàn)，模擬乘法器可以采用MC1496實(shí)現(xiàn)，通過(guò)測(cè)量MC1496不同管腳電壓，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)制方式。

解調(diào)模塊包括針對(duì)調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)檢波、同步檢波等、調(diào)相信號(hào)的乘積型鑒相器、門電路鑒相器、針對(duì)調(diào)頻信號(hào)的正交鑒頻和鎖相鑒頻等電路，分析解調(diào)信號(hào)與原來(lái)調(diào)制信號(hào)是否存在失真，產(chǎn)生失真的原因及解決辦法。

振蕩模塊包括LC振蕩、石英晶體振蕩、壓控振蕩（VCO）等電路，需要調(diào)試振蕩器的起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件等，分析決定上述條件的參數(shù)。