高頻電子線路仿真教學改革研究

李健 常紅霞 魯業頻

摘要：高頻電子線路課程教學存在抽象、枯燥、學生參與積極性不高的問題[1]，為此，需要對傳統教學進行必要的改進和補充，文章以調幅及其解調為例，介紹了仿真軟件EWB在課程教學中的應用過程，有助于提高學生對書本知識的理解、掌握和運用能力.

關鍵詞：高頻電子線路;仿真教學;調幅

中圖分類號：G642.0? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）08-0153-02

1 引言

高頻電子線路是電子信息和通信類專業的一門核心課程，具有電路多、數學推導繁瑣、理論抽象等特點，教師在課堂上講授理論知識時，學生經常感到枯燥乏味[2]，難以提高學習興趣和積極性，造成對基礎知識、理論的理解和掌握得不夠深刻.此外，目前的高頻電子線路實驗大多數是基于現成的實驗箱或者電路板，上實驗課時學生是按照相關的實驗指導書按部就班地進行操作[3]，實驗箱上電路元器件參數大多數未標示，學生缺乏對電路的分析和思考，不利于提高學生的電路設計能力.基于上述問題，有必要對傳統教學方式進行一定的改進.近年來，計算機輔助教學在各個高校的教學中得到了廣泛的應用，可以將計算機技術的優勢和高頻電子線路教學結合，達到提高教學效果，豐富實驗內容的目的[4].在該門課程教學中可以引入計算機仿真軟件進行輔助教學，可以提高學生對電路模塊的感性認識和學習主動性、積極性.EWB是一款小巧易學，但仿真功能十分強大的軟件，本文以調幅及其解調電路的EWB仿真為例，介紹了仿真教學的過程.

2 三極管集電極高電平調幅電路仿真

2.1 AM調幅的數學表示

待傳輸的原始電信號攜帶了信息，如聲音、圖像等是低頻信號，不利于采用無線形式直接傳輸，稱之為調制信號，利用它對高頻載波信號進行調制，形成已調信號，再利用天線發射出去.

2.2 集電極調幅原理及仿真

調幅電路是無線電發射機的重要組成部分，按照發射功率的高低，分成高電平調制電路和低電平調制電路.能實現調幅功能的電路較多，能實現高電平調幅的主要有三極管基極調幅和集電極調幅，而低電平調幅大多利用乘法器實現.這里介紹是三極管集電極調幅電路的仿真.

三極管集電極調幅電路同時兼具高頻功率放大功能.集電極調制的工作原理是：利用調制信號去控制集電極電源電壓，以實現調幅[5]，此時放大電路工作在過壓狀態，負載電壓幅度跟調制信號成正比.集電極調幅電路能量轉換效率比較高，適用于較大功率調幅發射機[6]，缺點是需要電壓較大的基極載波信號.

在EWB中設計的調幅電路如圖1所示，三極管基極接了載波信號：1.2V，1MHz的正弦波;集電極電源為12V直流電壓串聯了調制信號：3V，1kHz的正弦波.

為了達到調幅功能，集電極負載為10k 電阻和LC諧振電路并聯，諧振頻率必須近似等于載波頻率，為此，設計時L和C必須選擇合適的參數，根據 選取200pF的電容和130uH的電感.集電極接了示波器觀察調幅波形，運行后，得到了理想的波形如圖2所示.

這里需要注意的是，仿真電路不同于實際的調幅電路，實際中為了避免交流信號和直流電源的相互影響，以及提供交直流通路，需要接入耦合、旁路電容和扼流線圈等，仿真只需關注于關鍵元器件參數的選取.

3 二極管峰值包絡檢波電路仿真

3.1 振幅解調簡介

解調是調制的逆過程，是接收機（如收音機）完成的任務，是從已調波中提取出調制信號的過程，又稱為“檢波”[7].常用調幅信號的解調有同步檢波和包絡檢波兩種方法.對于普通調幅波可以采用二極管包絡檢波器進行解調，該電路結構簡單，性能優越，應用廣泛，這里介紹該方法的仿真.

3.2 包絡檢波電路仿真

3.2.1 無失真檢波

在EWB中設計的檢波電路如圖3所示.電路中二極管左端輸入的已調波參數設置為：載頻fc=465kHz，？棕c=2？仔fc，調制信號頻率F=1kHz，？贅=2？仔F，調幅指數ma=0.5.

3.2.2 惰性失真和負峰切割失真

在仿真中可以修改元件參數，觀察惰性失真，如修改電阻R=50k？贅，此時將示波器B通道接線由負載電阻換到此電阻上，得到失真波形如圖5所示.惰性失真的原因是由于時間常數RC過大，此時電容放電過慢，導致在正包絡下降期電阻R兩端電壓大于輸入電壓，二極管截止，電阻R的電壓不再跟蹤已調波的包絡變化，而是電容C對電阻R放電的波形.

將電阻改回至R=5.1k？贅，修改負載電阻RL=2k？贅，將示波器B通道接線換回接至負載電阻上，觀察得到的負峰切割失真波形如圖6所示.負峰切割失真又叫底部切割失真，主要原因是交流負載R//RL遠小于直流負載R，導致在正包絡的谷底，R的電壓大于輸入電壓，二極管截止，輸出電壓幾乎保持一個常數.

4 結語

仿真電路軟件為高頻電子線路的理論和實驗教學提供了新的教學手段：利用仿真電路軟件進行輔助教學，可以提高課堂理論的教學效果，顯示出傳統教學不可比擬的優越性[2];在進行實際電路實驗教學的同時，結合仿真實驗，有助于加強學生對高頻電子線路的理解和掌握，對提高學生的電路分析、計算和設計能力有幫助.把電路仿真與傳統教學相結合，發揮各自的長處，能夠使高頻電子技術的教學質量得到提高[2].

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參考文獻：

〔1〕苗倩，余志勇，侯洪慶，李艷玲，張輝，姜勤波，徐輝.Multisim仿真軟件在高頻電子線路教學中的應用與探討[J].現代電子技術，2014，37（20）：127-129+133.

〔2〕李纮，李瑛，劉麗瑩.高頻電子線路教學中仿真電路的應用研究[J].才智，2017（17）：135.

〔3〕郭交，秦立峰，靳標.面向系統級仿真設計的高頻電子線路課程改革[J].教育教學論壇，2017（46）：278-280.

〔4〕高遠，姚澄，朱昌平.高頻電子線路仿真實驗的設計與實現[J].實驗室研究與探索，2009，28（02）：85-88.

〔5〕王翠珍，紀明霞，任秀芳.調幅信號的產生方法及電路仿真研究[J].設備管理與維修，2017（05）：138-139.

〔6〕胡宴如，耿蘇燕，等.高頻電子線路（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

〔7〕魯業頻，常紅霞，李強，等.高頻電子線路[M].合肥：安徽大學出版社，2015.