“通信電子線路”教學方法研究與實踐

山東理工大學計算機科學與技術學院 劉 剛 董 延 王立香

“通信電子線路”是電子信息工程、通信工程一門重要的理論性、實踐性都很強專業基礎課程。該課程主要研究無線通信系統中的各單元電路的設計方法和理論，具有內容多、內容抽象、理論性強的特點，傳統的課堂教學效果較差，學生普遍感到學習困難。

為適應當前無線通信技術、物聯網技術的發展，作者在通信電子線路教學中，將虛擬電路仿真引入課堂，將電路中不同節點處的電信號參數通過虛擬示波器等虛擬儀器實時顯示，以此培養學生理論聯系實際并用于實際的能力，使得抽象的知識變得形象生動，提高了學生學習的主動性，開拓了學生的思維模式，有效提高了課堂的教學效果和學生的課堂學習效率。本文以Multisim作為電路虛擬仿真開發平臺，以幅度調制為例，對電路理論與虛擬仿真相結合的教學方法進行分析和研究。

1 課堂教學過程設計

課堂教學的設計，是通信電子線路教學改革的主要表現形式，好的課堂設計，能激發學生的學習興趣和學習熱情，起到事半功倍的作用。在幅度調制教學過程中，首先需要對AM調制的原理進行理論分析，引出AM信號的包絡與音頻信號的關系，并在此基礎上對調幅系數對AM信號波形的影響進行分析。接下來，通過虛擬仿真電路，對AM信號的波形進行仿真分析，使學生對AM電路的構成有一個基本的了解，為隨后的電路原理講解奠定基礎。本文設計了四個層層遞進的電路教學活動，對虛擬通信電子電路仿真在課堂教學活動中的節點位置及與理論知識的結合過程，進行設計分析。

1.1 AM信號原理分析

幅度調制（AM）就是利用音頻信號（低頻）來控制載波信號（高頻）信號的幅度參數，這樣載波信號的幅度變化就能包含了音頻信號的信息。假定音頻信號UΩ表示為：

高頻載波信號表示為：

則AM信號可以寫為：

式中，ma為調幅系數，表征了高頻載波電壓幅度受到音頻信號UΩ的調制后改變的程度，一般要求：0＜ma≤ 1。

1.2 虛擬電路仿真分析

利用Multisim設計的AM仿真電路原理圖如圖1所示。

圖1 AM信號產生電路

圖1所示中，在音頻信號上疊加一直流電壓，因此，乘法器的輸入端分信號別為：

設置乘法器的系數k= 1V/V，則乘法器的輸出：

對比式(6)和式(3)，很容易看出，調節EC的大小，調幅系數的大小也會發生改變。分別通過調節調幅系數可變電阻的大小，調節EC的值分別為：2V，1V和0.8V，對應的分別為0.5，1，和1.25。觀察虛擬示波器的波形，如圖2(a～c)所示，圖中藍色單頻余弦曲線為音頻信號隨時間變化曲線，紅色曲線表示調制后，得到的AM信號。

圖2 不同調幅系數AM信號波形

1.3 調幅系數對AM信號的影響分析

由前述環節的教學，學生對調幅系數改變時，AM波形的變換特點有了較為深刻的印象。從圖2(a)和圖2(b)中可以看出，調幅信號的上包絡隨時間的變化，與音頻信號幅度隨時間的變化一致，這充分體現了調幅信號的特點。圖2(c)中，顯然，調幅信號的上包絡已經不能正確反映音頻信號的變化，因此，普通的調幅信號中，要求調幅系數0＜ma≤ 1。

根據AM信號數學表達式(3)，令上包絡的極大值和極小值分別為Vmax和Vmm，可以推導出調幅系數的第二種計算方法：

由圖2(a)所示，從圖中讀出AM上包絡的極大、極小電壓值，上式可以計算出ma= 0.5。

此值ma與計算的調幅系數結果是一致的。由此，根據AM信號的波形，可以計算出調幅系數的大小，使理論與波形參數得到了良好的印證。

1.4 思考

根據前文對AM信號的分析以及調幅系數對AM信號的影響，對AM信號的課堂教學設計兩個思考問題，用以促進學生的思考能力和解決實際問題的能力。

思考題(1)：圖1給出了AM信號的原理電路框圖，實際的電路應該如何在該電路基礎上進行設計，并用模擬乘法器MC1596設計一個實現普通調幅的電路圖。

思考題(2)：在實際的AM廣播中，由于音頻信號不是單頻信號，那么AM信號的包絡應該呈現什么特點？

2 結論

本文對通信電子線路的教學方法進行了研究和分析，將電路虛擬仿真與課堂教學相結合，理論聯系實際。從理論分析、虛擬仿真、理論與實踐結合和課堂思考四個方面，對課堂教學進行了設計。實踐表明，通過虛擬仿真與理論結合的教學方法改革，充分調動了學生學習的主動性和積極性，提高了學習效果。