面向工程教育的通信電子線路實踐教學改革

董延　彭榮群

【摘 要】為了適應社會的需要，各高校的理工類學科專業都在逐步實施面向工程教育的教學改革，而實踐環節的改革則是其中最重要的一個環節。為了加強學生的實踐能力，我們對通信電子線路的課程實驗和課程設計進行了改革，使其更具有可擴充性，提高了綜合實驗能力，結合電子電路EDA工具的使用，對教材的理論知識與實際實驗電路之間差距進行了彌補，一方面能夠充分利用課余的時間，另一方面也發揮了學生的主動性，提高了學習興趣。

【關鍵詞】通信電子線路；實驗改革；課程設計；EDA

隨著我國高等教育的不斷普及和提高，如何解決傳統的教育模式與社會需求之間的脫節愈來愈引起重視，國家為此提出了面向工程教育的改革方針，要求培養不僅具有扎實的理論知識，更要具有較強的工程實踐能力、具有良好的綜合素質的工程人才。我們在教學實踐中也嘗試以此為目標，對通信工程專業的課程教學、實驗教學、課程設計進行改革，從鍛煉工程實踐能力角度出發，最關鍵的就是課程的實踐環節的改革。

通信電子線路是通信工程專業的一門重要的技術基礎課程，具有較強的理論性，同樣具有較強的實踐性。而且面向工程教育的改革方案以縮短理論學時，加強實踐鍛煉為手段，這就要求實踐環節不僅能夠完成驗證性的實驗，而且還要能夠鍛煉學生的綜合設計能力，達成對課堂教學的延伸和補充。通信電子線路實踐環節的改革從以下三個方面來入手。

1 完善實驗內容

大學實驗課程的學時是教學計劃限定的，如何提高這個時間的效率是首要問題，也即希望學生在實驗時間內除了完成計劃安排的實驗以外，還可以自己完成多個知識點相關聯的綜合性的實驗內容，為此，我們事先必須準備好充分的實驗電路模塊和資料，把通信電子線路各個知識點都作為一個具有獨立功能的實驗環節來處理，準備許多單元電路供實驗使用。

比如，選頻電路模塊包括LC串并聯諧振電路、常用低通濾波器和帶通濾波器、集總參數選頻濾波器等；正弦波振蕩器模塊包含LC電感反饋式振蕩器和各種三端式振蕩器、以及晶體振蕩器等；小信號諧振放大模塊包含單調諧放大器、雙調諧放大器及其自動增益控制電路；混頻器依據原理包含二極管平衡乘法器、二極管雙平衡乘法器、三極管混頻器和模擬IC乘法電路；功率放大器含有丙類諧振功率放大器、寬帶功率放大器等；通信系統中最重要的調制與解調也是實驗中的重點內容，線性調制系統的AM調制、DSB調制、SSB調制，線性解調的相干解調（模擬乘法器同步檢波）與非相干解調（二極管峰值包絡檢波器），非線性調制系統的FM信號發生器、FM疊加型相位鑒頻器、FM乘積型相位鑒頻器、雙失諧回路斜率鑒頻器等。這些獨立的電路模塊通過合理的組合可以完成許多不同的實驗內容，允許學生發揮想象自己設計實驗內容。

對于部分典型的實驗，在實驗指導書上予以詳細的講解，這些實驗有高頻小信號放大器實驗、二極管平衡式混頻器實驗、三極管變頻實驗、三端式正弦波振蕩器實驗、晶體振蕩器實驗、功率放大器實驗、AM調制與解調、FM調制與解調等。除此以外，實驗指導書還提供了綜合性的實驗方案供參考，如幅度調制發射機實驗、超外差式無線電接收機實驗、調頻無線對講機實驗和鎖相環頻率合成器實驗等。

2 仿真結合實驗

計算機仿真技術在教學和實踐中得到廣泛應用，電子電路EDA工具有許多，最經典的是Spice[1]，它于1972年誕生在美國加州大學伯克利分校，經過多年的演進優化，現在的主要版本是Cadence公司的OrCAD PSpice，許多EDA工具中的仿真部分如Multisim、Tina Pro都是基于Spice的再開發。

如圖所示是通信電子線路實驗基本模塊里的二極管單平衡乘法器與二極管雙平衡乘法器的PSpice仿真電路及輸出，而觀測各個節點的波形可以使學生更好的掌握其工作原理。

在傳統的實驗教學中存在一個問題，由于教材中的原理性電路與實驗的實際電路之間差別較大，通常為了講解這些實際電路的原理要占用很多的實驗時間并且學生還不得要領，在實驗教學改革實踐過程中，我們認為這個工作交給EDA來完成是非常有效的，在實驗準備環節對實際電路的進行簡單講解，由學生在課余時間完成實驗電路的仿真工作，一方面對電路的工作原理有了更深的認識，另一方面在做實際電路實驗的過程中對于電路的各種可能現象有了預判，這種改進措施不僅可以提高實驗的效率，還可以提高學生的學習興趣。

3 加強課程設計

通信電子線路實踐教學改革的另一個環節是課程設計，課程設計的目的是為了使學生加深對所學的通信電路知識的理解，使學生能比較扎實地掌握通信電子線路課程的基礎知識和基本理論，掌握通信系統及有關設備的分析、開發等基本技能，受到必要工程訓練、初步的科學研究方法訓練和實踐鍛練，增強分析問題和解決問題的能力。

課程設計應該盡量發揮學生的主動性，自行設計電路，自擬實驗方案，部分單元電路可以采用實驗室提供的實驗模塊電路。結合前面所述的綜合性實驗內容與電路仿真分析，課程設計的題目是以完成一個小型的具備發射和接收能力通信系統為目標[2]。

（1）調幅發射系統的設計，要求學生掌握調幅發射機的原理，AM信號的產生方式，要求具有功率放大能力。如果學生具有較強的能力，可以繼續完成SSB信號的發射機，具體可以參考業余無線電臺的技術資料。

（2）調幅接收系統的設計，要求學生掌握超外差式接收的原理，掌握AM信號解調的方法，可以在此基礎之上添加自動增益控制等電路以實現更好的接收效果。

（3）調頻發射系統的設計，要求學生能夠掌握FM發射機原理，FM信號的產生方式，可以采用直接調頻，亦可采用間接調頻，同樣要求具備功率放大的能力。

（4）調頻接收系統的設計，要求學生掌握接收機的結構，FM信號的不同的解調方式。在此基礎上可以采用調頻負反饋等改進電路形式以提高接收機的性能。

以上系統僅提出粗略的指標要求，并不限制學生采用的電路形式，可以采用分立元件，亦可采用集成電路。

麻雀雖小、五臟俱全，通過發射系統和接收系統具體電路的設計與實現，基本覆蓋了通信電子線路課程的主要教學內容，如正弦波振蕩器、高頻小信號放大器、高頻功率放大器、混頻電路、幅度調制信號的產生與解調方法、頻率調制信號的產生與解調方法和反饋控制電路等，由于課程設計的時間限制，課程設計的題目在學期中間就布置下去，讓學生帶著課題去學習、去研究，最后以仿真電路的形式提交課程設計成果。

通過對通信電子線路的課程實驗和課程設計的教學改革，提高了學生知識獲取的效率，取得了較好的效果。

【參考資料】

[1]李永平.PSpice電路設計與實現[M].北京.國防工業出版社.2005：12-13.

[2]楊翠娥.高頻電子線路實驗與課程設計[M].哈爾濱.哈爾濱工程大學出版社.2001：53-60.endprint