高頻電子線路仿真教學(xué)改革研究

李健 常紅霞 魯業(yè)頻

摘要：高頻電子線路課程教學(xué)存在抽象、枯燥、學(xué)生參與積極性不高的問題[1]，為此，需要對傳統(tǒng)教學(xué)進行必要的改進和補充，文章以調(diào)幅及其解調(diào)為例，介紹了仿真軟件EWB在課程教學(xué)中的應(yīng)用過程，有助于提高學(xué)生對書本知識的理解、掌握和運用能力.

關(guān)鍵詞：高頻電子線路;仿真教學(xué);調(diào)幅

中圖分類號：G642.0? 文獻標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）08-0153-02

1 引言

高頻電子線路是電子信息和通信類專業(yè)的一門核心課程，具有電路多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣、理論抽象等特點，教師在課堂上講授理論知識時，學(xué)生經(jīng)常感到枯燥乏味[2]，難以提高學(xué)習(xí)興趣和積極性，造成對基礎(chǔ)知識、理論的理解和掌握得不夠深刻.此外，目前的高頻電子線路實驗大多數(shù)是基于現(xiàn)成的實驗箱或者電路板，上實驗課時學(xué)生是按照相關(guān)的實驗指導(dǎo)書按部就班地進行操作[3]，實驗箱上電路元器件參數(shù)大多數(shù)未標(biāo)示，學(xué)生缺乏對電路的分析和思考，不利于提高學(xué)生的電路設(shè)計能力.基于上述問題，有必要對傳統(tǒng)教學(xué)方式進行一定的改進.近年來，計算機輔助教學(xué)在各個高校的教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，可以將計算機技術(shù)的優(yōu)勢和高頻電子線路教學(xué)結(jié)合，達到提高教學(xué)效果，豐富實驗內(nèi)容的目的[4].在該門課程教學(xué)中可以引入計算機仿真軟件進行輔助教學(xué)，可以提高學(xué)生對電路模塊的感性認識和學(xué)習(xí)主動性、積極性.EWB是一款小巧易學(xué)，但仿真功能十分強大的軟件，本文以調(diào)幅及其解調(diào)電路的EWB仿真為例，介紹了仿真教學(xué)的過程.

2 三極管集電極高電平調(diào)幅電路仿真

2.1 AM調(diào)幅的數(shù)學(xué)表示

待傳輸?shù)脑茧娦盘枖y帶了信息，如聲音、圖像等是低頻信號，不利于采用無線形式直接傳輸，稱之為調(diào)制信號，利用它對高頻載波信號進行調(diào)制，形成已調(diào)信號，再利用天線發(fā)射出去.

2.2 集電極調(diào)幅原理及仿真

調(diào)幅電路是無線電發(fā)射機的重要組成部分，按照發(fā)射功率的高低，分成高電平調(diào)制電路和低電平調(diào)制電路.能實現(xiàn)調(diào)幅功能的電路較多，能實現(xiàn)高電平調(diào)幅的主要有三極管基極調(diào)幅和集電極調(diào)幅，而低電平調(diào)幅大多利用乘法器實現(xiàn).這里介紹是三極管集電極調(diào)幅電路的仿真.

三極管集電極調(diào)幅電路同時兼具高頻功率放大功能.集電極調(diào)制的工作原理是：利用調(diào)制信號去控制集電極電源電壓，以實現(xiàn)調(diào)幅[5]，此時放大電路工作在過壓狀態(tài)，負載電壓幅度跟調(diào)制信號成正比.集電極調(diào)幅電路能量轉(zhuǎn)換效率比較高，適用于較大功率調(diào)幅發(fā)射機[6]，缺點是需要電壓較大的基極載波信號.

在EWB中設(shè)計的調(diào)幅電路如圖1所示，三極管基極接了載波信號：1.2V，1MHz的正弦波;集電極電源為12V直流電壓串聯(lián)了調(diào)制信號：3V，1kHz的正弦波.

為了達到調(diào)幅功能，集電極負載為10k 電阻和LC諧振電路并聯(lián)，諧振頻率必須近似等于載波頻率，為此，設(shè)計時L和C必須選擇合適的參數(shù)，根據(jù) 選取200pF的電容和130uH的電感.集電極接了示波器觀察調(diào)幅波形，運行后，得到了理想的波形如圖2所示.

這里需要注意的是，仿真電路不同于實際的調(diào)幅電路，實際中為了避免交流信號和直流電源的相互影響，以及提供交直流通路，需要接入耦合、旁路電容和扼流線圈等，仿真只需關(guān)注于關(guān)鍵元器件參數(shù)的選取.

3 二極管峰值包絡(luò)檢波電路仿真

3.1 振幅解調(diào)簡介

解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是接收機（如收音機）完成的任務(wù)，是從已調(diào)波中提取出調(diào)制信號的過程，又稱為“檢波”[7].常用調(diào)幅信號的解調(diào)有同步檢波和包絡(luò)檢波兩種方法.對于普通調(diào)幅波可以采用二極管包絡(luò)檢波器進行解調(diào)，該電路結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)越，應(yīng)用廣泛，這里介紹該方法的仿真.

3.2 包絡(luò)檢波電路仿真

3.2.1 無失真檢波

在EWB中設(shè)計的檢波電路如圖3所示.電路中二極管左端輸入的已調(diào)波參數(shù)設(shè)置為：載頻fc=465kHz，？棕c=2？仔fc，調(diào)制信號頻率F=1kHz，？贅=2？仔F，調(diào)幅指數(shù)ma=0.5.

3.2.2 惰性失真和負峰切割失真

在仿真中可以修改元件參數(shù)，觀察惰性失真，如修改電阻R=50k？贅，此時將示波器B通道接線由負載電阻換到此電阻上，得到失真波形如圖5所示.惰性失真的原因是由于時間常數(shù)RC過大，此時電容放電過慢，導(dǎo)致在正包絡(luò)下降期電阻R兩端電壓大于輸入電壓，二極管截止，電阻R的電壓不再跟蹤已調(diào)波的包絡(luò)變化，而是電容C對電阻R放電的波形.

將電阻改回至R=5.1k？贅，修改負載電阻RL=2k？贅，將示波器B通道接線換回接至負載電阻上，觀察得到的負峰切割失真波形如圖6所示.負峰切割失真又叫底部切割失真，主要原因是交流負載R//RL遠小于直流負載R，導(dǎo)致在正包絡(luò)的谷底，R的電壓大于輸入電壓，二極管截止，輸出電壓幾乎保持一個常數(shù).

4 結(jié)語

仿真電路軟件為高頻電子線路的理論和實驗教學(xué)提供了新的教學(xué)手段：利用仿真電路軟件進行輔助教學(xué)，可以提高課堂理論的教學(xué)效果，顯示出傳統(tǒng)教學(xué)不可比擬的優(yōu)越性[2];在進行實際電路實驗教學(xué)的同時，結(jié)合仿真實驗，有助于加強學(xué)生對高頻電子線路的理解和掌握，對提高學(xué)生的電路分析、計算和設(shè)計能力有幫助.把電路仿真與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，發(fā)揮各自的長處，能夠使高頻電子技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量得到提高[2].

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參考文獻：

〔1〕苗倩，余志勇，侯洪慶，李艷玲，張輝，姜勤波，徐輝.Multisim仿真軟件在高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用與探討[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（20）：127-129+133.

〔2〕李纮，李瑛，劉麗瑩.高頻電子線路教學(xué)中仿真電路的應(yīng)用研究[J].才智，2017（17）：135.

〔3〕郭交，秦立峰，靳標(biāo).面向系統(tǒng)級仿真設(shè)計的高頻電子線路課程改革[J].教育教學(xué)論壇，2017（46）：278-280.

〔4〕高遠，姚澄，朱昌平.高頻電子線路仿真實驗的設(shè)計與實現(xiàn)[J].實驗室研究與探索，2009，28（02）：85-88.

〔5〕王翠珍，紀(jì)明霞，任秀芳.調(diào)幅信號的產(chǎn)生方法及電路仿真研究[J].設(shè)備管理與維修，2017（05）：138-139.

〔6〕胡宴如，耿蘇燕，等.高頻電子線路（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

〔7〕魯業(yè)頻，常紅霞，李強，等.高頻電子線路[M].合肥：安徽大學(xué)出版社，2015.