基于Multisim的單調(diào)諧放大電路教學(xué)研究

摘 ?要：“高頻電子線路”是一門內(nèi)容繁多、理論性強(qiáng)、知識(shí)抽象的課程，針對(duì)單調(diào)諧放大電路在傳統(tǒng)講授過(guò)程中理論性強(qiáng)、缺乏直觀性，教學(xué)效果不理想的問題，在教學(xué)過(guò)程中，采用電路仿真軟件Multisim對(duì)單調(diào)諧放大電路的電路結(jié)構(gòu)、放大特性和頻率特性進(jìn)行分析，從而使學(xué)生理解各元器件參數(shù)變化對(duì)電路帶來(lái)的影響和作用。實(shí)踐證明，此方法不但加深了學(xué)生對(duì)電路的認(rèn)識(shí)和理解，提高了電路的分析和設(shè)計(jì)能力，而且解決了理論教學(xué)缺乏直觀性，效果不理想的問題。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)握{(diào)諧放大電路;Multisim;仿真分析

中圖分類號(hào)：TN721-4;TP391.9 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）16-0038-03

Abstract：“High Frequency Electronic Circuit” is a course with many contents，strong theory and abstract knowledge. Aiming at the problems of strong theory，lack of intuition and unsatisfactory teaching effect of monotonic amplifier circuit in traditional teaching process，circuit simulation software Multisim is used to analyze the circuit structure，amplification characteristics and frequency characteristics of monotonic amplifier circuit，so that students can understand the influence and effect of the change of component parameters on the circuit. Practice has proved that this method not only deepens the students’understanding of the circuit，improves the ability of circuit analysis and design，but also solves the problem of lack of intuition and unsatisfactory effect in theory teaching.

Keywords：single resonant amplifier;Multisim;simulated analysis

0 ?引 ?言

“高頻電子線路”是工科通信專業(yè)以及信號(hào)專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)課程，這門課程的主要任務(wù)是使學(xué)校的電子信息工程專業(yè)、通信工程以及相關(guān)專業(yè)的學(xué)員獲得高頻電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，為學(xué)生在專業(yè)方向進(jìn)一步的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，因此，本門課程強(qiáng)調(diào)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，著重使學(xué)生養(yǎng)成善于觀察，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，使學(xué)生能夠具有本專業(yè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和分析掌握知識(shí)的能力，為學(xué)生在以后的專業(yè)方向的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

高頻電子線路是以電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)課程為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)代電子技術(shù)理論和實(shí)踐知識(shí)的入門性課程，具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和工程應(yīng)用性。本門課程主要通過(guò)采用“電路分析”的各種基本方法以及基本估算方法來(lái)分析各個(gè)部分單元電路的功率放大、正弦振蕩、頻譜線性搬移的各種特性，在這個(gè)過(guò)程中，還研究了單元電路的構(gòu)成、特點(diǎn)以及基本的工作原理，逐步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)高頻電路的抽象分析，使學(xué)生逐步學(xué)會(huì)科學(xué)的思維方法。通過(guò)這個(gè)過(guò)程的實(shí)施，使學(xué)生能夠具備獨(dú)立分析電路以及解決電路問題的能力，并且能夠使用最新的器件以及軟件來(lái)幫助自己分析電路，從而具備分析解決電路中一些問題的能力。

然而，由于在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，單講理論會(huì)造成學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程枯燥、缺乏直觀性，致使學(xué)生對(duì)抽象的電子元器件以及組成的電子電路理論難以理解，不能理論聯(lián)系實(shí)際。針對(duì)這種情況，本文采用Multisim12電路仿真軟件來(lái)對(duì)高頻單調(diào)諧放大電路進(jìn)行仿真分析，在這個(gè)過(guò)程中，使學(xué)生不局限于枯燥的理論學(xué)習(xí)，能夠直觀地看到高頻信號(hào)在整個(gè)電路中的一個(gè)變化過(guò)程以及結(jié)果，使學(xué)生能夠更好地理解單調(diào)諧放大電路對(duì)信號(hào)的處理情況，使學(xué)生能夠更好地理解單調(diào)諧放大電路的放大特性以及頻率特性，從而更好地解決了高頻電子線路在傳統(tǒng)課程講授過(guò)程中理論性強(qiáng)、缺乏直觀性，教學(xué)效果不理想的問題。

Multisim12這個(gè)軟件具有非常直觀快速的動(dòng)態(tài)畫面捕捉能力以及非常強(qiáng)大的電路仿真能力，他運(yùn)用自己簡(jiǎn)單直觀的電路圖形輸入以及簡(jiǎn)單易懂的電路描述語(yǔ)言來(lái)對(duì)各種電路進(jìn)行快速高效不失真的仿真驗(yàn)證。相比于其他仿真軟件，Multisim12軟件具有完備的數(shù)據(jù)庫(kù)（包含了以前沒有的AC/DC電源轉(zhuǎn)換器、開關(guān)模式電源等等），這使他的應(yīng)用更為廣泛;同時(shí)，Multisim12還有效地提升了仿真速度，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間;最后，它直觀、快速、高效、準(zhǔn)確的仿真特性使得它的應(yīng)用更為基礎(chǔ)和廣泛。

1 ?實(shí)驗(yàn)原理

調(diào)諧放大電路分為單級(jí)調(diào)諧放大電路和多級(jí)調(diào)諧放大電路，本文分析的是單調(diào)諧放大電路。調(diào)諧放大電路首先是一個(gè)放大電路，衡量一個(gè)放大電路好壞的性能指標(biāo)主要有兩個(gè)，放大倍數(shù)和負(fù)載阻抗，而調(diào)諧放大電路是以電感和電容為負(fù)載，這就使得這個(gè)電路的性能指標(biāo)跟電路的頻率有很大的關(guān)系，通過(guò)理論計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證我們發(fā)現(xiàn)，放大器在某一個(gè)頻率附近具有很大的電壓增益和負(fù)載阻抗，這個(gè)頻率我們稱之為諧振頻率，而如果放大電路的頻率偏離這個(gè)諧振頻率很大，則回路阻抗和電壓增益都會(huì)迅速減小。

單調(diào)諧放大電路通常用來(lái)放大高頻小信號(hào)，如超外差式接收機(jī)的高放和中放電路，其主要功能是從所接收的眾多電信號(hào)中，選出有用的信號(hào)并加以放大，而對(duì)其他無(wú)用信號(hào)、干擾與噪聲進(jìn)行抑制，以提高信號(hào)的質(zhì)量和抗干擾的能力，因此對(duì)其功能的基本要求是必須兼有放大和選頻雙重作用，這分別由放大電路和選頻網(wǎng)絡(luò)兩部分實(shí)現(xiàn)。調(diào)諧放大器的基本組成如圖1所示。

在實(shí)際的高頻電子線路的應(yīng)用中，并聯(lián)諧振回路的應(yīng)用比串聯(lián)諧振回路的應(yīng)用要廣泛得多，因此，本文采用并聯(lián)諧振回路來(lái)研究分析單調(diào)諧放大電路的特性。通過(guò)之前的學(xué)習(xí)以及實(shí)驗(yàn)我們知道，只有當(dāng)電路的耦合電容處在臨界耦合狀態(tài)的時(shí)候，電路的輸出電壓幅值才能達(dá)到最大值，其他時(shí)候不管耦合電容是偏大還是偏小，對(duì)輸出電壓的幅值和波形都有沒有很大的影響，因此，本實(shí)驗(yàn)的條件為電路耦合電容處于臨界耦合狀態(tài)。

2 ?原理圖繪制以及仿真分析

2.1 ?原理圖繪制

在Multisim工作區(qū)創(chuàng)建單調(diào)諧放大電路的電路圖，如圖2所示，并添加虛擬示波器和信號(hào)源，仿真電路圖如圖2所示。其中輸入信號(hào)是幅度為1mV頻率為1MHz的余弦信號(hào)，通過(guò)微調(diào)VBB，VCC，Vb，R2，使電路工作處在臨界狀態(tài)，提高能量的利用率，用示波器來(lái)觀察三極管（BF570）集電極電流波形，以此判斷電路的工作狀態(tài)。

2.2 ?研究電路的放大特性

設(shè)放大器的輸入電壓為 ，輸出電壓為 ，則電壓增益為=，下面我們用Multisim12軟件對(duì)不同輸入頻率的單調(diào)諧放大電路進(jìn)行仿真分析，分別觀察計(jì)算在不同輸入頻率的輸出波形以及其電壓放大倍數(shù)，觀察單調(diào)諧放大電路的放大特性與輸入信號(hào)的頻率有無(wú)直接關(guān)系。

設(shè)置輸入信號(hào)的頻率為1MHz，雙擊示波器圖標(biāo)，打開仿真開關(guān)，可以觀察到電路的輸入、輸出信號(hào)波形，如圖3所示。觀察圖3可以看到，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)基本上是反相的，同時(shí)電路的放大倍數(shù)約為50，這說(shuō)明電路工作處在諧振放大狀態(tài)。

設(shè)置輸入信號(hào)的頻率為1kHz，再觀察輸入、輸出信號(hào)波形，如圖4所示，可以看到此時(shí)的輸出信號(hào)很小，電路工作處于失諧狀態(tài)。

設(shè)置輸入信號(hào)的頻率為10MHz，再次觀察輸入、輸出信號(hào)波形，如圖5所示，可以看到此時(shí)的輸出信號(hào)也很小，電路同樣處于失諧狀態(tài)。

由此可見，由于諧振回路的選頻作用，只有當(dāng)電路工作處于諧振狀態(tài)時(shí)，電路對(duì)信號(hào)才有放大作用，當(dāng)輸入信號(hào)頻率偏離諧振頻率時(shí)，放大器的電壓放大倍數(shù)下降，當(dāng)輸入信號(hào)頻率嚴(yán)重偏離諧振頻率時(shí)，放大電路對(duì)輸入信號(hào)幾乎沒有放大能力，因此說(shuō)電路具有選頻放大的能力。

2.3 ?研究電路的頻率特性

接下來(lái)采用Multisim交流分析的方法得到電路的頻率特性曲線。在主菜單“仿真”中啟動(dòng)分析菜單中的“交流分析……”命令，在交流分析中設(shè)置頻率參數(shù)為1kHz到1MHz，在輸出參數(shù)中選中V（3）（即節(jié)點(diǎn)3），點(diǎn)擊仿真按鈕，進(jìn)行仿真分析，最終得到如圖6所示的頻率曲線。

觀察圖6所示曲線，上面的曲線是電路的幅頻曲線，下面的曲線是電路的相頻曲線。從幅頻曲線可以看出，在頻率為1MHz時(shí)，電路的輸出是最大的，輸出約為輸入的50倍;同時(shí)從相頻曲線可以看出，此時(shí)輸出與輸入的相位差基本上為180°，即輸出與輸入反相。

3 ?結(jié) ?論

本文采用Multisim12軟件對(duì)單調(diào)諧放大電路進(jìn)行了仿真分析，克服了傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中知識(shí)枯燥無(wú)味、深?yuàn)W難解的特點(diǎn)，通過(guò)仿真分析，使學(xué)生能夠更直觀的理解單調(diào)諧放大電路對(duì)輸出信號(hào)的影響，能夠更好地理解單調(diào)諧放大電路的頻率特性以及放大特性，加深了對(duì)高頻電子線路部分知識(shí)的理解，同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力，給學(xué)生今后在專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：高捷（1990-），女，漢族，陜西西安人，助教，碩士研究生，研究方向：電工基礎(chǔ)理論、電子技術(shù)應(yīng)用、軍事物聯(lián)網(wǎng)。