Multisim11.0在高频电子线路教学中的应用

高 凡 李 云 莫禾胜

(桂林航天工业学院，广西 桂林 541004)

高频电子线路是电子信息工程、遥感遥测、通信工程等专业的一门重要专业基础课，特点是具有很强的工程实践性，对学生的实践动手能力要求较高，是学生普遍感到难学的课程之一。由于近年来教学改革使课堂学时一度减少，给教学带来较大的压力，将软件仿真应用在教学过程中，缓解了教学内容多而教学学时少的这种矛盾，学生可以很方便地把学到的理论知识通过仿真真实的再现出来，提高了学生的学习热情和积极性，做到变被动学习为主动学习。对提高教学质量和学习兴趣起了很大的作用[1-3]。

1 Multisim 11.0简介

Multisim11.0的前身是加拿大图像交互技术公司(Interactive Image Technoligics简称IIT公司)于1988年推出的用于电子线路设计和仿真的EDA工具软件[4]。被美国国家仪器有限公司（National Instruments简称NI公司）收购后，更名为NI Multisim ，而V11.0是其推出的Multisim最新版本。该软件是以Windows为基础，主要用于对电路板的设计，具有丰富的仿真分析能力[5]。目前在各高校教学中得到普遍使用。

在Multisim 11.0环境下，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。也可以利用丰富的元件库创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和强大的虚拟仪器，设计者能在设计流程中提早对电路设计进行迅速验证，从而缩短建模时间[6]。

2 Multisim11.0仿真调试基本过程

Multisim11.0在教学中应用主要体现在原理图的创建、结果仿真以及分析上，其仿真调试基本过程如下图1[7]：

图1 Multisim11.0软件仿真调试过程

3 Multisim11.0的应用实例

调制与解调是高频电子线路课程学习的重难点之一，也是通信系统的核心内容。本文通过普通振幅调制(AM)与解调的仿真分析为例, 介绍 Multisim11.0仿真软件在教学过程中的应用。

3.1 普通振幅调制(AM)信号的波形仿真

3.1.1 AM信号产生的基本原理

振幅调制简称调幅，是指用低频调制信号去控制高频载波信号的振幅，使载波的振幅随调制信号成正比地变化。单频调制产生普通调幅信号电路组成模型如图2所示[8]：

图2 AM 信号产生基本框图

图中高频载波信号uc(t)=Ucmcosωct，低频调制信号uΩ(t)=UΩmcosΩt，Ec为直流电压，它与 uΩ(t)通过相加后作为乘法器的一个输入，uc(t)是另一输入，调幅波输出电压为uAM(t)，则：

其中ka为比例常数调幅系数或调指数，表示载波振幅受调制信号控制的程度。

3.1.2 AM信号仿真结果

根据AM信号产生的基本原理可知，在Multisim11.0环境下创建由乘法器组成的AM信号产生电路，如图3所示，其中相乘系数设置为 1。在仿真过程中，可以灵活改变滑动变阻器R8、 低频调制信号的幅值、 高频载波信号的幅值以及频率的大小，观察参数变化与波形变化间的关系，分析原因，得出结论。其波形与参数间关系见表1和图4：

图3 AM信号产生电路

在实际使用过程中, 要适当选择参数使ma的数值范围在0至1之间，它的值不能超过1，因为如果ma＞1，将得到图4中过调幅的状态，其振幅在一段时间内为零，使包络产生严重失真。这样的已调波经过检波后不能恢复原来调制信号的波形，而且它所占据的频带较宽，将会产生干扰，因此过调幅必须尽力避免。

表1 AM信号仿真波形参数表

图4 AM信号仿真波形

3.2 普通振幅调制(AM)信号解调波形仿真

3.2.1 AM信号解调原理

常用AM信号解调电路有两类，即同步检波电路和包络检波电路。同步检波有两种，包括乘积型和叠加型。包络检波只适用于解调AM信号，同步检波可以对AM信号、双边带和单边带信号进行解调。在此以乘积型同步检波为例对AM信号进行检波，对波形进行分析［9-10］。其原理框图如图5所示：

图5 乘积型同步检波器原理方框图

图中uAM(t)为已调信号，u’c(t)为本地载波，要求两信号同频同相，当两者的频率或相位有一定偏差时，会使还原出来的调制信号产生失真。假设uAM(t)=U1cosΩtcosω1t，u’c(t)=U2cos(ω0t+Ф)，如果：

（1）当已调信号与本地载波同频同相，ω1=ω0、Ф=0时，同步检波器的输出 u0(t)=U0cosΩt，显然它能把调制信号不失真地解调出来。

（2）当已调信号与本地载波同频不同相，即ω1=ω0、Ф≠0时，经过低通滤波器，同步检波器的输出u0(t)=U0cosФ cosΩt，由式可见，解调信号的输出幅度与 cosФ成正比，解调信号的输出幅度被衰减，能解调出调制信号。

（3）当已调信号与本地载波同相不同频，ω1≠ω0、Ф=0时，同步检波器的输出u0(t)=U0cos[(ω0-ω1)t]cosΩt，可见解调信号存在振幅失真，不能正常解调。

3.2.2 乘积型同步检波波形仿真

构建解调电路如图6，对上节所指三种情况分别进行仿真，在图6中乘法器1496的输出是已调信号，10管脚是本地载波信号，输出端电容和电阻组成低通滤波器。模拟示波器的A通道为输入的已调信号、B通道为检波器的解调输出、C通道为调制信号。（1）两信号同步时（f1=f0=100kHz、Ф=0），仿真结果如图7(a)所示，由图可见，电路对调制信号进行正确调制。（2）两信号同频不同相时（f1=f0=100kHz、Ф=100）仿真结果如图7(b)所示，由图可见，电路在调制过程中使解调信号幅度由8.589mV变成7.076mV，其幅度有所衰减，但可以解调。（3）两信号同相不同频（f0=10kHz、f1=100kHz、Ф=0）仿真结果如图7(c)所示，由图可见，实现不了解调的效果。三种仿真结果与理论分析相吻合。

图6 乘积型同步检波电路

图7 乘积型同步检波器的仿真结果

4 结束语

将仿真软件引入高频电子线路课程教学过程中，可以将抽象难懂的内容生动形象地演示出来，并通过改变参数得到不同的波形，可以加深学生对理论知识的理解，也有助于学生在电路设计过程中合理的确定参数，提高学生实验动手能力，对提高学生综合素质有很大的帮助作用[11-13]。Multisim软件仿真作为理论教学和实践教学的桥梁，对解决理论教学与实际动手实验相脱节这一难题起到至关重要的作用。引入Multisim 11.0的方法也比较简单，只需在PowerPoint课件中加入仿真按钮，并把相应的Multisim 11.0文件超链接到该按钮。

[1]马兴平,程秀英,侯卫周.基于 Multisim10.1的二极管峰值包络检波仿真[J].实验技术与管理,2012,29(2):85-87.

[2]安长俊,郭振民.基于 Multisim2001的通信电子电路仿真[J].电气传动自动化,2010,32(5):45-47.

[3]陈冬梅,周胜源.Multisim8软件在通信电子电路课程教学中的应用[J].桂林电子科技大学学报,2009,29(4):317-312.

[4]黄培根,任清褒. Multisim 10计算机模拟虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社,2008.

[5]白雁,张娟,潘瑾,李永强.“虚拟实验室”在高校仪器分析教学中的应用[J].实验技术与管理,2011,28(12):169-171.

[6]付扬. Multisim 仿真在电工电子实验中的应用[J].实验室研究与探索,2011,30(4):120-125.

[7]谢斌盛,邓文婷.Multisim 在电类实验教学中的应用[J].实验室研究与探索,2009,28(6):213-214.

[8]张肃文,陆兆熊.高频电子线路[M].北京:高等教育出版社,1993.

[9]胡宴如.高频电子线路[M].北京:高等教育出版社,2010.

[10]于洪珍.通信电子线路[M].北京:清华大学出版社,2005.

[11]徐建东,王海燕,胡总.高校开放实验管理模式创新研究[J].实验技术与管理,2009,26(2):22-26.

[12]陈莉平,任艳频,侯素芳.基于Multisim的场效应管放大电路分析与设计[J].实验室研究与探索,2011,30(12):130-132.

[13]闫俊荣,崔霞,张彩荣.滤波器的频率特性仿真实验研究[J].实验技术与管理,2012,29(1):86-88.