仿真演示在高頻電子線(xiàn)路中的應用

摘要：針對高頻電子線(xiàn)路教學(xué)中普遍存在的課程內容缺乏系統性、教學(xué)方法缺乏吸引力、實(shí)驗環(huán)節缺乏自主性等問(wèn)題，提出了以實(shí)際出發(fā)優(yōu)化教學(xué)內容，通過(guò)仿真演示及虛擬實(shí)驗等手段豐富教學(xué)方法，以模擬乘法器及其主要應用為例對電路進(jìn)行仿真，使教學(xué)及實(shí)踐過(guò)程更加形象化、直觀(guān)化，達到了良好的教學(xué)效果，為該課程的理論和實(shí)踐改革提供了可參考的途徑。
關(guān)鍵詞：高頻電子線(xiàn)路；實(shí)驗仿真；乘法器；虛擬演示

隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，通信領(lǐng)域的新技術(shù)也不斷涌現，諸如移動(dòng)電話(huà)技術(shù)的升級、3G通信的成熟與普及、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、衛星通信等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)迅猛發(fā)展等。因此，用以講述通信系統中各部分電路實(shí)現方法的高頻電子線(xiàn)路課程顯得更為重要。由于該課程具有概念多、電路類(lèi)型多、分析方法多以及同單元電路中信號頻率多等特點(diǎn)，使得學(xué)生們普遍反映這門(mén)課程學(xué)習起來(lái)比較難且興趣不足，因此改善高頻電子線(xiàn)路的教學(xué)方法、教學(xué)手段及教學(xué)效果，對于專(zhuān)業(yè)培養和造就高素質(zhì)人才具有重要的作用。

1 傳統教學(xué)中存在的問(wèn)題
1．1 教學(xué)方法缺乏吸引力
教學(xué)過(guò)程中，通常是先進(jìn)行一段時(shí)間的理論教學(xué)，再進(jìn)行實(shí)驗驗證，最后進(jìn)行綜合性課程設計的教學(xué)方式，但是這樣實(shí)施的教學(xué)效果并不理想，一方面傳統的多媒體結合板書(shū)的課堂教學(xué)方法偏重于理論分析、元器件及電路模型的介紹，通過(guò)數學(xué)推導分析電路的功能和實(shí)際輸出結果比較抽象，難以留下深刻印象，使學(xué)生對某些內容在學(xué)習之初產(chǎn)生的興趣隨著(zhù)時(shí)間的推移而逐漸消失。
1．2 實(shí)驗環(huán)節缺乏自主性
在教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗課程與理論課程不能同步進(jìn)行，使得學(xué)生對教學(xué)內容的感性認識滯后。而且，現在的實(shí)驗設備多是現成的電路板，學(xué)生實(shí)驗時(shí)只要學(xué)會(huì )使用實(shí)驗箱、信號發(fā)生器、示波器等簡(jiǎn)單常用的儀器，按照實(shí)驗步驟、方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的連線(xiàn)和調試即可觀(guān)察到實(shí)驗現象和測量結果，導致學(xué)生對實(shí)驗內容思考甚少，動(dòng)手操作、自由發(fā)揮空間小，主動(dòng)思考問(wèn)題的能力下降，最終的結果就是學(xué)生被動(dòng)的接受知識，簡(jiǎn)單的連線(xiàn)，機械的測試，對實(shí)驗環(huán)節毫無(wú)興趣可言。

2 仿真演示在高頻電子線(xiàn)路中的應用
2．1 利用仿真軟件演示單元電路
在授課過(guò)程中，對于電路進(jìn)行理論分析的同時(shí)，可通過(guò)Multisim，EWB，PSPICE，SystemView等仿真軟件輔以生動(dòng)的仿真演示，實(shí)現理論講解和驗證的同步進(jìn)行，不僅能增強教學(xué)的直觀(guān)性與靈活性，而且能夠最大限度地利用有限的授課學(xué)時(shí)，加深學(xué)生對基本理論知識的理解，為傳統的教學(xué)方法注入活力。例如，可采用非線(xiàn)性器件所構造的模擬乘法器MC1496來(lái)實(shí)現信號調幅、檢波、混頻、鑒相等電路，其原理在很多文獻書(shū)籍當中均有描述，通過(guò)仿真演示可使學(xué)生更加直觀(guān)的了解。
MC1496的內部結構如圖1所示，圖2為利用乘法器實(shí)現的普通調幅的仿真電路(調制信號為200 mV／20 kHz，載波信號為100 mV／1 MHz)及波形圖，仿真波形圖中橫軸為時(shí)間(20 μs／div)，縱軸為幅度(20 mV／div)。圖3為利用乘法器實(shí)現的雙邊帶調幅的仿真電路(調制信號為200 mV／20 kHz，載波信號為100 mV／1 MHz)及波形圖，仿真波形圖中橫軸為時(shí)間(20μs／div)，縱軸為幅度(500μv／div)。圖4為利用乘法器實(shí)現的同步檢波仿真電路(輸入調幅信號為200 mV／2 kHz，本地載頻信號為50mV／500kHZ)及波形圖，仿真波形圖中橫軸為時(shí)間(20μs／div)，縱軸為幅度(2μV／div)。圖5為利用乘法器實(shí)現的混頻仿真電路(本振信號為30 mV／75 MHz，輸入調幅信號為0．5 V／20 kHz／75 MHz)及波形圖，仿真波形圖中橫軸為時(shí)間(5 000 ns／div)，縱軸為幅度(2 mV／div)。

2．2 以虛擬為平臺，創(chuàng )新自主實(shí)踐
精簡(jiǎn)驗證性實(shí)驗教學(xué)內容，在保留原有經(jīng)典實(shí)驗項目的基礎上，增加綜合性、設計性、應用性實(shí)驗，如無(wú)線(xiàn)調頻話(huà)筒的制作與仿真等。在實(shí)驗過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)歷器件測試、安裝和調試，最終成功發(fā)射信號，引導學(xué)生積極思考諸如如何增加發(fā)射距離等問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習的積極性。另外，由于原有試驗箱中個(gè)別器件的性能問(wèn)題，有些實(shí)驗結果失真相當嚴重，因此引入仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗，該實(shí)驗不受實(shí)驗室資源的限制，可隨時(shí)進(jìn)行。在仿真過(guò)程中，學(xué)生不僅可對各種電路進(jìn)行驗證，也可根據自己的想法，通過(guò)設置相關(guān)參數對電路進(jìn)行修改，提高對實(shí)際問(wèn)題的解決能力。

3 結語(yǔ)
高頻電子線(xiàn)路作為電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎課，其重要性不言而喻，通過(guò)仿真演示可使教學(xué)環(huán)節更加直觀(guān)和形象。實(shí)踐證明，通過(guò)引入仿真演示和仿真實(shí)驗，使教學(xué)效果得到了明顯的改善，有效地調動(dòng)了學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，增強了學(xué)生的實(shí)踐及綜合能力的培養。