高頻電子線路教學(xué)中仿真軟件的應(yīng)用研究

摘 要：文章以振幅調(diào)制及解調(diào)電路為例，將Multisim11.0軟件仿真應(yīng)用于高頻電子線路教學(xué)實(shí)踐中，通過生動(dòng)直觀的波形仿真和靈活快捷的參數(shù)設(shè)置使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，又可以提高學(xué)習(xí)興趣和設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞：高頻電子線路；Multisim11.0；振幅調(diào)制；解調(diào)；仿真

1 引言

《高頻電子線路》是電子類專業(yè)學(xué)生的必修課，是一門理論性、工程性、實(shí)踐性均很強(qiáng)的課程，該課程以高等數(shù)學(xué)、電路分析、信號(hào)與系統(tǒng)、模擬電子技術(shù)等為前期課程，即便采用多媒體輔助手段以增強(qiáng)效果，但電路原理多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣、概念抽象，特別是非線性分析方法的應(yīng)用，使學(xué)生普遍反映較難理解和掌握。另外，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能很好地讓學(xué)生理解電路的工作原理和信號(hào)波形的變化，經(jīng)常遇到元件虛焊或毀壞、儀器缺乏、性能不穩(wěn)定等棘手問題，浪費(fèi)有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，影響了實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行及學(xué)生實(shí)踐的積極性[1]。

由于近年來的教學(xué)改革使課堂學(xué)時(shí)一度減少，給教學(xué)帶來較大壓力，因而如何采取有效措施提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)實(shí)踐能力、并緩解內(nèi)容多而學(xué)時(shí)少的矛盾是亟待解決的問題。仿真軟件的應(yīng)用能形象生動(dòng)的演示波形、提高學(xué)習(xí)興趣、開拓創(chuàng)新思維，為學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)掌握高頻電子線路的理論知識(shí)提供條件，為高頻電路實(shí)驗(yàn)開辟一條快捷高效的新途徑。目前使用比較普遍的有EWB、P SP ICE等，現(xiàn)以Multisim11.0為例介紹仿真與分析在高頻電子線路教學(xué)中的具體應(yīng)用。

2 Multisim11.0 簡介

Multisim11.0的前身是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive age Technoligics簡稱IIT公司）于1988年推出的用于電子線路設(shè)計(jì)和仿真的EDA工具軟件[2]，被美國國家儀器有限公司（National Instruments簡稱NI公司）收購后，更名NI Multisim，而V11.0是其于2009年12月推出的電路仿真軟件最新版本，學(xué)生版、教育版和專業(yè)版可提供4000～17000個(gè)電路元器件，除虛擬元件外基本采用實(shí)際參數(shù)模型[3]，具有豐富的仿真分析能力。它提供了包括萬用表、示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等豐富的測試儀器，并且提供了強(qiáng)大的電路分析手段，如直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、噪聲圖形分析和射頻分析等為正確驗(yàn)證電路功能和分析電路參數(shù)提供了有力保證。

另外其操作界面友好、簡單直觀、創(chuàng)建元器件較為方便，儀器功能選擇、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果顯示等均能通過對(duì)話完成[4]，軟件易學(xué)易用。在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不受時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備的限制，可使每位學(xué)生通過仿真把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，從而加深學(xué)生對(duì)課程的理解和認(rèn)識(shí)。

3 Multisim11.0的應(yīng)用實(shí)例

Multisim軟件進(jìn)行仿真分析的基本步驟為：根據(jù)原理和設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)建電路原理圖，然后根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置好電路圖選項(xiàng)，設(shè)定仿真分析方法，打開仿真開關(guān)，運(yùn)行設(shè)計(jì)好的電路，借助仿真儀器，即可得到所需仿真結(jié)果[1]。

調(diào)制、解調(diào)電路是通信設(shè)備中的重要組成部分，調(diào)制、解調(diào)方式在很大程度上決定了系統(tǒng)可能達(dá)到的性能，也是高頻電子線路課程學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)之一。本文通過調(diào)幅及解調(diào)電路的仿真，介紹Multisim11.0仿真軟件在高頻課程教學(xué)過程中的應(yīng)用。

3.1 普通調(diào)幅 （AM）信號(hào)的波形仿真

振幅調(diào)制簡稱調(diào)幅，調(diào)幅有普通調(diào)幅、抑制載波的雙邊帶調(diào)幅和單邊帶調(diào)幅等，其中普通調(diào)幅是基本的，其他調(diào)幅信號(hào)都是由它演變而來的。根據(jù)AM信號(hào)產(chǎn)生的基本原理，在Multisim11.0環(huán)境下創(chuàng)建由乘法器組成的普通調(diào)幅電路，如圖1所示，其中相乘器的增益系數(shù)設(shè)置為1。

打開仿真，可見雙蹤示波器上普通調(diào)幅信號(hào)與低頻調(diào)制信號(hào)波形對(duì)比，如圖2所示。

調(diào)整直流電壓V3，用以改變電路的調(diào)幅系數(shù)，當(dāng)V3=1V時(shí)，調(diào)幅系數(shù)大于1，仿真波形如圖3所示，出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象，這樣的已調(diào)波經(jīng)過檢波后無法恢復(fù)原有的調(diào)制信號(hào)，是嚴(yán)重的失真現(xiàn)象，應(yīng)該盡力避免。

3.2 雙邊帶調(diào)幅波形的仿真

由于載波不攜帶信息，為了節(jié)省發(fā)射功率，可以只發(fā)射含有信息的上、下邊帶，而不發(fā)射載波，這種調(diào)幅稱為雙邊帶調(diào)幅[5]。利用Multisim11.0繪制出雙邊帶調(diào)制仿真電路，接上載波信號(hào)U1、調(diào)制信號(hào)U2以及示波器，如圖4所示，仿真波形如圖5所示。

3.3 二極管包絡(luò)檢波器仿真波形

二極管構(gòu)成的包絡(luò)檢波器電路簡單，性能優(yōu)越，應(yīng)用廣泛，也是檢波電路學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。包絡(luò)檢波不需要恢復(fù)原始載波信號(hào)，解調(diào)后的輸出信號(hào)能夠反映輸入信號(hào)的包絡(luò)，其仿真電路如圖6所示。

打開仿真，并調(diào)整電路參數(shù)，可以得到解調(diào)以后的信號(hào)與輸入信號(hào)的對(duì)比如圖7（a）所示。但是如果電路參數(shù)選擇不當(dāng)，二極管包絡(luò)檢波器就有可能出現(xiàn)惰性失真和負(fù)峰切割失真。改變RP1和RP2可以觀察到兩種失真現(xiàn)象所呈現(xiàn)的波形，如圖7（b）、（c）所示。

4 結(jié)束語

在高頻電子線路課程教學(xué)過程中引入仿真軟件，可以將抽象難懂的內(nèi)容生動(dòng)形象地演示出來，并通過改變電路參數(shù)得到不同的波形，不僅可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，還有助于提高學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐動(dòng)手能力。Multisim11.0仿真作為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的橋梁，為高頻電子線路的功能驗(yàn)證和性能分析提供了一種經(jīng)濟(jì)可靠并簡單易行的方法，非常值得在課堂教學(xué)中推廣。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李銳君，王莉麗.Multisim 在高頻小信號(hào)諧振放大器教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2011（10）：43-45.

[2]黃培根，任清褒.Multisim10計(jì)算機(jī)模擬虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3]于波，呂秀麗，李玉爽.Multisim11在高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（10）：193-198.

[4]韓碩.虛擬儀器技術(shù)在教學(xué)中的開發(fā)與應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2011（9）：239-241.

[5]胡宴如.高頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，2004.