高频电子线路仿真教学改革研究

李健 常红霞 鲁业频

摘要：高频电子线路课程教学存在抽象、枯燥、学生参与积极性不高的问题[1]，为此，需要对传统教学进行必要的改进和补充，文章以调幅及其解调为例，介绍了仿真软件EWB在课程教学中的应用过程，有助于提高学生对书本知识的理解、掌握和运用能力.

关键词：高频电子线路;仿真教学;调幅

中图分类号：G642.0  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）08-0153-02

1 引言

高频电子線路是电子信息和通信类专业的一门核心课程，具有电路多、数学推导繁琐、理论抽象等特点，教师在课堂上讲授理论知识时，学生经常感到枯燥乏味[2]，难以提高学习兴趣和积极性，造成对基础知识、理论的理解和掌握得不够深刻.此外，目前的高频电子线路实验大多数是基于现成的实验箱或者电路板，上实验课时学生是按照相关的实验指导书按部就班地进行操作[3]，实验箱上电路元器件参数大多数未标示，学生缺乏对电路的分析和思考，不利于提高学生的电路设计能力.基于上述问题，有必要对传统教学方式进行一定的改进.近年来，计算机辅助教学在各个高校的教学中得到了广泛的应用，可以将计算机技术的优势和高频电子线路教学结合，达到提高教学效果，丰富实验内容的目的[4].在该门课程教学中可以引入计算机仿真软件进行辅助教学，可以提高学生对电路模块的感性认识和学习主动性、积极性.EWB是一款小巧易学，但仿真功能十分强大的软件，本文以调幅及其解调电路的EWB仿真为例，介绍了仿真教学的过程.

2 三极管集电极高电平调幅电路仿真

2.1 AM调幅的数学表示

待传输的原始电信号携带了信息，如声音、图像等是低频信号，不利于采用无线形式直接传输，称之为调制信号，利用它对高频载波信号进行调制，形成已调信号，再利用天线发射出去.

2.2 集电极调幅原理及仿真

调幅电路是无线电发射机的重要组成部分，按照发射功率的高低，分成高电平调制电路和低电平调制电路.能实现调幅功能的电路较多，能实现高电平调幅的主要有三极管基极调幅和集电极调幅，而低电平调幅大多利用乘法器实现.这里介绍是三极管集电极调幅电路的仿真.

三极管集电极调幅电路同时兼具高频功率放大功能.集电极调制的工作原理是：利用调制信号去控制集电极电源电压，以实现调幅[5]，此时放大电路工作在过压状态，负载电压幅度跟调制信号成正比.集电极调幅电路能量转换效率比较高，适用于较大功率调幅发射机[6]，缺点是需要电压较大的基极载波信号.

在EWB中设计的调幅电路如图1所示，三极管基极接了载波信号：1.2V，1MHz的正弦波;集电极电源为12V直流电压串联了调制信号：3V，1kHz的正弦波.

为了达到调幅功能，集电极负载为10k 电阻和LC谐振电路并联，谐振频率必须近似等于载波频率，为此，设计时L和C必须选择合适的参数，根据 选取200pF的电容和130uH的电感.集电极接了示波器观察调幅波形，运行后，得到了理想的波形如图2所示.

这里需要注意的是，仿真电路不同于实际的调幅电路，实际中为了避免交流信号和直流电源的相互影响，以及提供交直流通路，需要接入耦合、旁路电容和扼流线圈等，仿真只需关注于关键元器件参数的选取.

3 二极管峰值包络检波电路仿真

3.1 振幅解调简介

解调是调制的逆过程，是接收机（如收音机）完成的任务，是从已调波中提取出调制信号的过程，又称为“检波”[7].常用调幅信号的解调有同步检波和包络检波两种方法.对于普通调幅波可以采用二极管包络检波器进行解调，该电路结构简单，性能优越，应用广泛，这里介绍该方法的仿真.

3.2 包络检波电路仿真

3.2.1 无失真检波

在EWB中设计的检波电路如图3所示.电路中二极管左端输入的已调波参数设置为：载频fc=465kHz，？棕c=2？仔fc，调制信号频率F=1kHz，？赘=2？仔F，调幅指数ma=0.5.

3.2.2 惰性失真和负峰切割失真

在仿真中可以修改元件参数，观察惰性失真，如修改电阻R=50k？赘，此时将示波器B通道接线由负载电阻换到此电阻上，得到失真波形如图5所示.惰性失真的原因是由于时间常数RC过大，此时电容放电过慢，导致在正包络下降期电阻R两端电压大于输入电压，二极管截止，电阻R的电压不再跟踪已调波的包络变化，而是电容C对电阻R放电的波形.

将电阻改回至R=5.1k？赘，修改负载电阻RL=2k？赘，将示波器B通道接线换回接至负载电阻上，观察得到的负峰切割失真波形如图6所示.负峰切割失真又叫底部切割失真，主要原因是交流负载R//RL远小于直流负载R，导致在正包络的谷底，R的电压大于输入电压，二极管截止，输出电压几乎保持一个常数.

4 结语

仿真电路软件为高频电子线路的理论和实验教学提供了新的教学手段：利用仿真电路软件进行辅助教学，可以提高课堂理论的教学效果，显示出传统教学不可比拟的优越性[2];在进行实际电路实验教学的同时，结合仿真实验，有助于加强学生对高频电子线路的理解和掌握，对提高学生的电路分析、计算和设计能力有帮助.把电路仿真与传统教学相结合，发挥各自的长处，能够使高频电子技术的教学质量得到提高[2].

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参考文献：

〔1〕苗倩，余志勇，侯洪庆，李艳玲，张辉，姜勤波，徐辉.Multisim仿真软件在高频电子线路教学中的应用与探讨[J].现代电子技术，2014，37（20）：127-129+133.

〔2〕李纮，李瑛，刘丽莹.高频电子线路教学中仿真电路的应用研究[J].才智，2017（17）：135.

〔3〕郭交，秦立峰，靳标.面向系统级仿真设计的高频电子线路课程改革[J].教育教学论坛，2017（46）：278-280.

〔4〕高远，姚澄，朱昌平.高频电子线路仿真实验的设计与实现[J].实验室研究与探索，2009，28（02）：85-88.

〔5〕王翠珍，纪明霞，任秀芳.调幅信号的产生方法及电路仿真研究[J].设备管理与维修，2017（05）：138-139.

〔6〕胡宴如，耿苏燕，等.高频电子线路（第2版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

〔7〕鲁业频，常红霞，李强，等.高频电子线路[M].合肥：安徽大学出版社，2015.