通信電子線路中倍頻電路教學的改革

摘要： 在通信電子線路課的倍頻電路的理論教學中，筆者運用Multisim8仿真軟件，通過對電路和波形的仿真，將抽象難懂的理論和概念，形象、易懂地展示出來，取得不錯的教學效果。

關鍵詞： 倍頻電路 Multisim8 仿真波形

引言

《通信電子線路》課程是通信技術專業的專業基礎課，其教學內容理論性較強，概念抽象，學生感到學習過程枯燥無味，學習內容難懂。為幫助職業學校學生克服學習困難，提高學習信心和樂趣，筆者借助EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）工具輔助教學，模擬實驗，使教學過程生動形象、直觀，提高了學習效率。

1.Multisi8的優點

Multisi8是繼Multisim2001、Multisim7后，由加拿大的IIT公司于2005年推出的升級版。Multisim8是一個能進行電路原理設計、對電路功能進行測試分析的仿真軟件。它的元器件庫提供數千種電路元器件供仿真選用，提供的虛擬測試儀器儀表種類齊全，還有較為詳細的電路分析功能，仿真速度更快。它將實驗過程中創建的電路原理圖、使用到的儀器、電路測試分析后結果的顯示圖表等全部集成到同一個電路窗口中，具有直觀、方便、實用和安全的優點。

2.倍頻器的作用、基本原理和分類

倍頻器是《通信電子線路》課程學習內容中的一個重要單元電路。倍頻器廣泛應用于無線電通信發射機或其它電子設備的中間級。倍頻器的作用是將輸入信號頻率值成整數倍（2倍、3倍…n倍）增加的電路。若輸入頻率為fi，則輸出頻率為f0=nfi，其中系數n為任意正整數，稱倍頻次數。

倍頻器是非線性電路，按工作原理的不同，晶體管倍頻器分為兩大類：一類是利用丙類放大器電流脈沖中的諧波經選頻回路獲得倍頻，稱為丙類倍頻器；另一種是利用晶體管的結電容隨電壓變化的非線性來獲得倍頻，叫做參量倍頻器（即變容二極管、階躍二極管倍頻）。當工作頻率不超過MHz時，主要采用丙類倍頻器；當工作頻率超過100MHz時，主要采用參量倍頻器。

3.丙類倍頻器的工作原理和仿真

丙類倍頻器的工作原理是利用晶體管的非線性電阻效應，將正弦波轉變為正弦脈波，正弦脈波含有豐富的諧波分量，然后用選頻回路將它的某次諧波選出，完成倍頻的作用。

晶體管諧振放大器工作在丙類時，其集電極電流脈沖中含有豐富的諧波分量，若將集電極諧振回路調諧在二次諧波或三次諧波頻率上，放大器的輸出只有二次諧波電壓或三次諧波電壓。這樣丙類放大器就變成為二倍頻器或三倍頻器。

倍頻器的輸入正弦波電壓瞬時值可寫為ui（t）=Uim sinωt，輸出電壓瞬時值可寫為uo（t）=Uonm sin（nω）t，其中Uonm為輸出電壓的n次諧波電壓振幅。

為教好倍頻器電路部分的教學內容，適應職業學校學生的認知特點和學習需求，筆者嘗試采用Multisim8仿真軟件進行教學。

用Multisim8進行仿真分析的一般步驟為：（1）根據原理電路，創建仿真電路；（2）設置電路圖中各元器件的參數和有關選項；（3）調用仿真儀器，設定仿真分析方法（4）打開仿真開關，啟動Multisim8仿真，仿真結果將展示在計算機的窗口中。

下面是丙類二倍頻器和三倍頻器的仿真教學過程。

3.1丙類二倍頻器的仿真

（1）在Multisim8中創建仿真電路如下圖1所示。電路中為使晶體管工作在丙類采用了0.4v小的正偏壓，圖中V1為正弦波信號，其參數設置為電壓振幅為1V，頻率為1MHz；電感L1和電容C1組成諧振回路，具有選頻作用，其調諧在信號的二次諧波頻率上，參數設置完畢后，保存該電路。另外，圖中示波器XSC1用于觀察輸入信號和輸出信號的波形。

（2）打開仿真開關，雙擊示波器圖標，在示波器Timebase區設置X軸合適的時基掃描時間，在Channel A和Channel B區分別設置A、B通道輸入信號在Y軸適當的顯示刻度，可得仿真波形如圖2所示。比較兩個游標之間的輸入信號和輸出信號的波形可見：輸出信號周期為輸入信號的1/2，根據頻率與周期成反比的關系，可知輸出頻率為輸入頻率的2倍，即實現了二倍頻。

3.2丙類三倍頻器的仿真

（1）在Multisim8中創建仿真電路如圖1所示，不同的是諧振回路L1C1的數值有改變（L1=22nH，C1=0.125μH），使其調諧在信號的三次諧波頻率上。

（2）啟動仿真開關，雙擊示波器圖標，給示波器設置合適的狀態，仿真波形如圖3所示。

同樣比較兩個游標之間的輸入信號和輸出信號的波形可見：輸出信號周期為輸入信號的1/3，即輸出頻率為輸入頻率的3倍，即實現了三倍頻。

另外從圖2和圖3可見：在同樣的輸入信號幅度時，三倍頻器的輸出電壓明顯減小。

為了提高輸出功率和效率，單級丙類倍頻器一般只作為二倍頻器或三倍頻器使用。若要提高倍頻次數，可以采用多級丙類倍頻器來實現。例如，要獲得六次倍頻可將一個二倍頻器和一個三倍頻器級聯起來使用。

通過仿真教學，將倍頻電路原理和波形直觀的展現出來，使抽象的理論和概念形象化，有助于學生提高學習興趣和積極性，提高課堂教學效果。

結語

現在職業學校的學生學習基礎較差，而現代社會對職業工作者要求卻不斷提高，學生在校學習期間應掌握好專業理論基本知識，為將來踏入工作崗位打下扎實的專業基礎。傳統的教學方法顯然已不適應時代需求了。教師可以嘗試在專業課程的理論教學中采用計算機軟件進行仿真的教學方法，將抽象難懂的理論和概念直觀、易懂、清晰明了地展示出來，讓學生在課堂上就能感受到實驗才有的測量效果，克服傳統理論教學的不足。教學實踐表明，在專業課程的理論教學中，借助Multisim仿真軟件輔助教學，激發了學生的學習興趣和熱情，學習效率提高了。教無定法，學無止境。為適應學生的認知需求，教師必須采用不同的教學方法，提高教學質量和效果，達到教學目的。

參考文獻：

［1］王冠華等.Multisim8電路設計及應用［M］.北京：國防工業出版社，2006.

［2］謝沅清等.通信電子線路［M］.北京：北京郵電大學出版社，2000.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”