高頻電子線路實施項目教學法的探索與實踐

趙海濤 王卓鵬 逄明祥

（山東科技大學電子通信與物理學院通信工程系，山東 青島266590）

“高頻電子線路”課程是電子與通信類專業的一門專業基礎課，具有很強的理論性、實踐性和工程型。在“高頻電子線路”課程學習中，學生要掌握模擬通信系統各單元電路的工作原理、電路組成和設計方法。其任務是研究高頻電子線路的基本原理與基本分析方法，以單元電路的分析和設計為主。學生通過本課程的學習，不但應該掌握必要的基礎理論知識，而且還應在分析問題、解決問題和實際動手能力等方面得到鍛煉和提高。而傳統教學仍然采用先講授理論知識再集中實驗的模式，現有的實驗項目主要為驗證性實驗。雖然這種驗證性實驗可以幫助學生理解和加深課堂所學的內容，但由于高頻實驗典型電路都是設計好的，電路連接過于簡單，學生只是對輸入、輸出信號做簡單的分析，學生能夠動手操作、自由發揮的空間太少，不利于發揮學生的主觀能動性。這于當今社會強調實用技能，強調知識創新等素質教育不能同步，因而難以適應社會的發展需要，因此，對傳統教育模式進行的改革迫在眉睫。

為了使學生更好地掌握高頻電路基礎理論知識，提高其理論聯系實踐、分析問題、解決問題的能力，培養其進行電子電路設計的實踐技能，本文將項目教學法引入高頻電子線路的教學實踐中，通過學生實做項目，把傳統教學和項目教學有機融合，有效提高了學生理論聯系實踐、分析問題和解決問題的能力，取得了很好的教學效果。

1 教學內容模塊化 教學目標項目化

由于無線通信的飛躍發展，新理論、新電路、新器件、新工藝層出不窮，日新月異，但與無線通信相關的高頻電子線路的基本理論與基本電路并未過時，例如，諧振回路與耦合回路仍然是組成高頻電子線路必不可少的部分；放大器、振蕩器、調制與解調的原理依然未變。在教學過程中，深入研究高頻電子線路課程體系，準確把握課程重要內容，及時更新教學內容。把教學內容分為4個相對獨立的教學模塊：放大器、振蕩器、調幅與解調、調頻與解調。針對每一教學模塊，設置與前沿科學問題密切相關的科研項目作為教學目標，學生在學習理論知識的同時，將理論知識用于實踐，制作實際電路，實現項目要求的各項指標。教師在課堂教學教授新知識的同時，注重講解與項目設計內容相關的知識，指導學生運用理論知識指導實踐。

2 項目內容實用化 理論實踐并重

根據模塊化教學內容，設計了接收機中頻放大器、高頻丙類功率放大器、LC振蕩器、調幅發射與接收系統、調頻發射與接收系統等5個項目，給出相應的技術指標，在課堂教學時教授各項目的核心理論知識，并提供實用的設計思路，教會學生如何根據所學理論知識，設計實際電路。以高頻小信號放大器和振蕩器為例，介紹項目教學的實施過程。

2.1 高頻放大器

在講解放大器模塊內容時，以模擬電子線路中學過的小信號放大器為引子，推出高頻小信號放大器，比較兩者的異同點。通過回憶晶體管的混Π模型和Y參數模型從電路機理上分析高頻小信號放大器的性能參數和造成放大器不穩定的原因。在課堂授課的同時，將接收機中頻放大器作為項目教學案例，讓同學們邊學理論邊完成。

項目設計內容：接收機中頻放大器

主要技術指標：

中心頻率f0=20MHz，電壓增益Au≥35dB，通頻帶2△f0.7=4MHz，負載電阻RL=1kΩ，電源電壓Vcc=12V。

在課堂授課時，講解放大器的設計思路和設計關鍵點。主要包括（1）選擇晶體管與計算Y參數。選擇Yre小且頻率特性好的晶體管，通過混Π參數求解Y參數。（2）選擇電路型式。根據電壓增益要求，選擇多級放大器來實現。為了保證電壓增益的要求，采用共射組態的多級單調諧放大器。（3）根據穩定增益確定放大器的級數。（4）根據多級單調諧放大器的總通頻帶和單級通頻帶的關系，計算單級通頻帶。（5）確定電路形式，計算直流偏置電路參數和諧振回路參數。

2.2 LC振蕩器

在進行課堂教學時，首先給出振蕩器的概念，指出振蕩器的關鍵是沒有外接輸入小信號，對比其與小信號放大器的異同，加深對小信號放大器和當前所學知識的區別與聯系。在教授LC振蕩器原理時，提出項目設計內容，講解LC振蕩器的構成原理，講解LC振蕩器從起振過渡到平衡狀態的過程，強調設計振蕩器時，特別要注意滿足起振條件，并給出設計振蕩器起振條件的經驗值。在講解電容反饋振蕩器時，指出該類型振蕩器的特點，提出改進性能的方法。

項目設計內容：LC調頻振蕩器

已知條件：Vcc取12V，晶體管3DG6，變容二極管2CC1D。

主要技術指標：中心頻率f0=6.5MHz，頻率穩定度（△f/f0）≤10-3/小時，輸出電壓Uo≥200mV，最大頻偏△fm=±50kHz。調制頻率（500～10000）Hz。

在學生理解設計原則的基礎上，講解實際振蕩器的設計重點。主要包括：（1）確定電路形式，設置靜態工作點。采用減弱晶體管與諧振回路耦合的西勒振蕩器，其頻率穩定度可達10-4～10-5數量級，滿足設計要求。（2）繪制原理圖，估算決定靜態工作點的電阻和旁路電容值，估算振蕩回路的元件值。（3）估算射極輸出元件值，估算偏置電路元件值。

上述課堂教學與項目教學的結合，讓學生充分認識到了理論知識對實踐的指導作用。通過學習理論知識，通過項目分解，電路設計和參數計算，變成自己能夠參與設計的內容，有效調動了學生主動學習的興趣。

3 項目成果電路化 仿真實做結合

設計電路要轉化為應用電路，還需培養學生計算機仿真分析、電路安裝調試的能力。

在首個項目理論設計完成后，將電子線路EDA技術引入課堂教學，以高頻小信號放大器為例介紹PSpice電路模擬軟件的功能及應用。通過實例講解，讓學生深刻體會調節靜態工作點可改變放大器的增益，調節諧振回路的諧振阻抗可以改變放大器的通頻帶，調節L、C值可以改變放大器的中心頻率等知識。通過EDA仿真分析，修正理論計算參數，優化系統性能。

在EDA仿真結束后，講解高頻印制電路板的設計方法。掌握選用元器件及各種接線端子的規格、尺寸，合理安排各部件的位置，按照電路圖連接引腳，完成布線。講授Protel軟件在高頻電路中的布線技巧，如高速電路管腳間的引線最好采用全直線、45度折線或圓弧轉折，對特別重要的信號線或局部單元可實施地線包圍措施，模擬地線、數字地線分開等。讓學生自己動手，繪制印制板，通過裝配、調試等環節，讓學生真正能夠把理論知識轉化為實際項目產品。通過“真刀真槍”的訓練，有效培養了學生的工程設計能力和動手能力，增強了其學習的積極性和主動性，強化了學生對所學專業的認可度。

4 項目考核報告化 演示答辯結合

在項目完成后，教師給出項目設計報告書寫規范。學生撰寫項目設計報告，從項目方案論證、電路選型、參數計算、電路仿真、電路調試裝配等方面著手，將設計思想和理論實踐結合的過程通過文字呈現出來。在項目報告提交后，分組進行答辯演示環節，學生演示自己的項目成果，并重點講述如何分析問題和解決問題的。根據學生平時參與項目設計情況，結合成果演示和報告給出項目考核成績。項目考核成績納入課程考評成績，每個項目占10%分數，期末考試占總成績的50%。

高頻電子線路是培養電子信息、通信類人才的的重要專業基礎課，是鞏固前續電路相關課程、進一步學習后續專業課程的橋梁，在學科體系中起承上啟下的作用。教師不僅教授理論知識，更重要的是培養學生理論實踐相結合、提高分析問題和解決問題的能力。作者結合多年的教學科研經驗，突破傳統教學模式，將項目教學法引入課堂教學，設置模塊化教學內容和項目化教學目標，有機融合課堂教學和項目教學，學生通過理論學習、項目設計、電路調試等環節真正體會到所學課程的實用性。項目教學法的實施有效激發了學生學習的積極性、思考的主動性，使學生更加深刻地理解所學知識，真正做到學有所用、學能所用，為培養高素質應用型人才奠定了堅實基礎。

［1］曾興雯.高頻電子線路[M].2版.北京:高等教育出版社,2009.

［2］張肅文.高頻電子線路[M].5版.北京:高等教育出版社,2009.

［3］胡宴如.高頻電子線路[M].4版.北京:高等教育出版社,2008.

［4］陽昌漢.高頻電子線路[M].3版.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社,2012.