Multisim11.0在高頻電子線路教學中的應用

高 凡 李 云 莫禾勝

(桂林航天工業學院，廣西 桂林 541004)

高頻電子線路是電子信息工程、遙感遙測、通信工程等專業的一門重要專業基礎課，特點是具有很強的工程實踐性，對學生的實踐動手能力要求較高，是學生普遍感到難學的課程之一。由于近年來教學改革使課堂學時一度減少，給教學帶來較大的壓力，將軟件仿真應用在教學過程中，緩解了教學內容多而教學學時少的這種矛盾，學生可以很方便地把學到的理論知識通過仿真真實的再現出來，提高了學生的學習熱情和積極性，做到變被動學習為主動學習。對提高教學質量和學習興趣起了很大的作用[1-3]。

1 Multisim 11.0簡介

Multisim11.0的前身是加拿大圖像交互技術公司(Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)于1988年推出的用于電子線路設計和仿真的EDA工具軟件[4]。被美國國家儀器有限公司（National Instruments簡稱NI公司）收購后，更名為NI Multisim ，而V11.0是其推出的Multisim最新版本。該軟件是以Windows為基礎，主要用于對電路板的設計，具有豐富的仿真分析能力[5]。目前在各高校教學中得到普遍使用。

在Multisim 11.0環境下，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。也可以利用豐富的元件庫創建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業的高級SPICE分析和強大的虛擬儀器，設計者能在設計流程中提早對電路設計進行迅速驗證，從而縮短建模時間[6]。

2 Multisim11.0仿真調試基本過程

Multisim11.0在教學中應用主要體現在原理圖的創建、結果仿真以及分析上，其仿真調試基本過程如下圖1[7]：

圖1 Multisim11.0軟件仿真調試過程

3 Multisim11.0的應用實例

調制與解調是高頻電子線路課程學習的重難點之一，也是通信系統的核心內容。本文通過普通振幅調制(AM)與解調的仿真分析為例, 介紹 Multisim11.0仿真軟件在教學過程中的應用。

3.1 普通振幅調制(AM)信號的波形仿真

3.1.1 AM信號產生的基本原理

振幅調制簡稱調幅，是指用低頻調制信號去控制高頻載波信號的振幅，使載波的振幅隨調制信號成正比地變化。單頻調制產生普通調幅信號電路組成模型如圖2所示[8]：

圖2 AM 信號產生基本框圖

圖中高頻載波信號uc(t)=Ucmcosωct，低頻調制信號uΩ(t)=UΩmcosΩt，Ec為直流電壓，它與 uΩ(t)通過相加后作為乘法器的一個輸入，uc(t)是另一輸入，調幅波輸出電壓為uAM(t)，則：

其中ka為比例常數調幅系數或調指數，表示載波振幅受調制信號控制的程度。

3.1.2 AM信號仿真結果

根據AM信號產生的基本原理可知，在Multisim11.0環境下創建由乘法器組成的AM信號產生電路，如圖3所示，其中相乘系數設置為 1。在仿真過程中，可以靈活改變滑動變阻器R8、 低頻調制信號的幅值、 高頻載波信號的幅值以及頻率的大小，觀察參數變化與波形變化間的關系，分析原因，得出結論。其波形與參數間關系見表1和圖4：

圖3 AM信號產生電路

在實際使用過程中, 要適當選擇參數使ma的數值范圍在0至1之間，它的值不能超過1，因為如果ma＞1，將得到圖4中過調幅的狀態，其振幅在一段時間內為零，使包絡產生嚴重失真。這樣的已調波經過檢波后不能恢復原來調制信號的波形，而且它所占據的頻帶較寬，將會產生干擾，因此過調幅必須盡力避免。

表1 AM信號仿真波形參數表

圖4 AM信號仿真波形

3.2 普通振幅調制(AM)信號解調波形仿真

3.2.1 AM信號解調原理

常用AM信號解調電路有兩類，即同步檢波電路和包絡檢波電路。同步檢波有兩種，包括乘積型和疊加型。包絡檢波只適用于解調AM信號，同步檢波可以對AM信號、雙邊帶和單邊帶信號進行解調。在此以乘積型同步檢波為例對AM信號進行檢波，對波形進行分析［9-10］。其原理框圖如圖5所示：

圖5 乘積型同步檢波器原理方框圖

圖中uAM(t)為已調信號，u’c(t)為本地載波，要求兩信號同頻同相，當兩者的頻率或相位有一定偏差時，會使還原出來的調制信號產生失真。假設uAM(t)=U1cosΩtcosω1t，u’c(t)=U2cos(ω0t+Ф)，如果：

（1）當已調信號與本地載波同頻同相，ω1=ω0、Ф=0時，同步檢波器的輸出 u0(t)=U0cosΩt，顯然它能把調制信號不失真地解調出來。

（2）當已調信號與本地載波同頻不同相，即ω1=ω0、Ф≠0時，經過低通濾波器，同步檢波器的輸出u0(t)=U0cosФ cosΩt，由式可見，解調信號的輸出幅度與 cosФ成正比，解調信號的輸出幅度被衰減，能解調出調制信號。

（3）當已調信號與本地載波同相不同頻，ω1≠ω0、Ф=0時，同步檢波器的輸出u0(t)=U0cos[(ω0-ω1)t]cosΩt，可見解調信號存在振幅失真，不能正常解調。

3.2.2 乘積型同步檢波波形仿真

構建解調電路如圖6，對上節所指三種情況分別進行仿真，在圖6中乘法器1496的輸出是已調信號，10管腳是本地載波信號，輸出端電容和電阻組成低通濾波器。模擬示波器的A通道為輸入的已調信號、B通道為檢波器的解調輸出、C通道為調制信號。（1）兩信號同步時（f1=f0=100kHz、Ф=0），仿真結果如圖7(a)所示，由圖可見，電路對調制信號進行正確調制。（2）兩信號同頻不同相時（f1=f0=100kHz、Ф=100）仿真結果如圖7(b)所示，由圖可見，電路在調制過程中使解調信號幅度由8.589mV變成7.076mV，其幅度有所衰減，但可以解調。（3）兩信號同相不同頻（f0=10kHz、f1=100kHz、Ф=0）仿真結果如圖7(c)所示，由圖可見，實現不了解調的效果。三種仿真結果與理論分析相吻合。

圖6 乘積型同步檢波電路

圖7 乘積型同步檢波器的仿真結果

4 結束語

將仿真軟件引入高頻電子線路課程教學過程中，可以將抽象難懂的內容生動形象地演示出來，并通過改變參數得到不同的波形，可以加深學生對理論知識的理解，也有助于學生在電路設計過程中合理的確定參數，提高學生實驗動手能力，對提高學生綜合素質有很大的幫助作用[11-13]。Multisim軟件仿真作為理論教學和實踐教學的橋梁，對解決理論教學與實際動手實驗相脫節這一難題起到至關重要的作用。引入Multisim 11.0的方法也比較簡單，只需在PowerPoint課件中加入仿真按鈕，并把相應的Multisim 11.0文件超鏈接到該按鈕。

[1]馬興平,程秀英,侯衛周.基于 Multisim10.1的二極管峰值包絡檢波仿真[J].實驗技術與管理,2012,29(2):85-87.

[2]安長俊,郭振民.基于 Multisim2001的通信電子電路仿真[J].電氣傳動自動化,2010,32(5):45-47.

[3]陳冬梅,周勝源.Multisim8軟件在通信電子電路課程教學中的應用[J].桂林電子科技大學學報,2009,29(4):317-312.

[4]黃培根,任清褒. Multisim 10計算機模擬虛擬仿真實驗室[M].北京:電子工業出版社,2008.

[5]白雁,張娟,潘瑾,李永強.“虛擬實驗室”在高校儀器分析教學中的應用[J].實驗技術與管理,2011,28(12):169-171.

[6]付揚. Multisim 仿真在電工電子實驗中的應用[J].實驗室研究與探索,2011,30(4):120-125.

[7]謝斌盛,鄧文婷.Multisim 在電類實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索,2009,28(6):213-214.

[8]張肅文,陸兆熊.高頻電子線路[M].北京:高等教育出版社,1993.

[9]胡宴如.高頻電子線路[M].北京:高等教育出版社,2010.

[10]于洪珍.通信電子線路[M].北京:清華大學出版社,2005.

[11]徐建東,王海燕,胡總.高校開放實驗管理模式創新研究[J].實驗技術與管理,2009,26(2):22-26.

[12]陳莉平,任艷頻,侯素芳.基于Multisim的場效應管放大電路分析與設計[J].實驗室研究與探索,2011,30(12):130-132.

[13]閆俊榮,崔霞,張彩榮.濾波器的頻率特性仿真實驗研究[J].實驗技術與管理,2012,29(1):86-88.