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Multisim在以工程實踐能力為導(dǎo)向的高頻電子線路教論文
高頻應(yīng)用電子線路課程具有實踐性和理論性較強的特點，傳統(tǒng)教學(xué)注重理論而忽視學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，將電路設(shè)計仿真軟件Multisim與高頻電子線路的課堂教學(xué)、實驗和課程設(shè)計緊密結(jié)合，依托其強大的交互式仿真分析能力，實現(xiàn)教學(xué)做的統(tǒng)一，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程調(diào)試能力、工程測試能力和工程設(shè)計能力。現(xiàn)以高頻典型電路單調(diào)諧回路諧振放大器為例，探討Multisim在以工程實踐能力為導(dǎo)向的高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用。
高頻電子線路是高校工科電子通信類實踐性和理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程通過高頻信號各種功能電路的學(xué)習(xí)，掌握非線性電路的分析方法，培養(yǎng)學(xué)生對射頻電路與系統(tǒng)的分析、工程設(shè)計及其實踐動手能力。
該校作為培養(yǎng)應(yīng)用型本科院校，應(yīng)注重學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法已不能適應(yīng)學(xué)校的發(fā)展定位。因此，在課堂教學(xué)、實驗和課程設(shè)計中引入Multisim仿真軟件，依托其強大的仿真分析能力實現(xiàn)教學(xué)做的統(tǒng)一，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。
下面以高頻典型電路單調(diào)諧回路諧振放大器為例，探討Multisim11仿真軟件在以工程實踐能力為導(dǎo)向的高頻電子線路教學(xué)中的應(yīng)用。
1 該校高頻電子線路教學(xué)中存在的問題
(1)該校高頻電子線路教學(xué)多采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，先由教師課堂講授理論知識，再做實驗，由于高頻電子線路功能電路多且都是非線性電路，大都采用工程近似分析法，學(xué)生普遍反映比較難學(xué)，缺乏興趣，大部分學(xué)生的工程實踐能力很差。
(2)實驗時采用傳統(tǒng)的實驗箱，由于實驗?zāi)K功能電路元器件的參數(shù)不可調(diào)，學(xué)生只是按照實驗步驟機械做實驗，整個實驗中學(xué)生缺乏獨立思考的過程。同時由于高頻實驗易受分布參數(shù)和外部電磁干擾的影響以及使用頻繁造成元器件的損壞等原因，學(xué)生又缺乏經(jīng)驗，需要耗費大量的時間進行排查故障，而實驗時間有限，通常實驗不能達到預(yù)期的效果。因此，學(xué)生的工程實踐能力也不能得到很好的培養(yǎng)。
2 Multisim11仿真軟件在高頻教學(xué)中的應(yīng)用
2.1 引入Multisim仿真軟件后的教學(xué)設(shè)計
傳統(tǒng)教學(xué)都是先理論后實驗，現(xiàn)在引入Multisim仿真軟件后，課堂教學(xué)可采取先做仿真實驗，學(xué)生討論后再進入理論講解的過程，學(xué)生的主動性和積極性大增。課后學(xué)生再用仿真軟件進行仿真和做作業(yè)，實現(xiàn)學(xué)生的做中學(xué)。課堂的仿真實驗與實驗箱實驗高度一致，學(xué)生通過仿真實驗熟悉實驗原理，按照工程調(diào)試的步驟可以快捷更改元器件參數(shù)，理論與實踐緊密結(jié)合。實際實驗時，由于已在仿真實驗中做過，遇到問題就能及時排查故障，從而大大提高了實驗的成功率和效果，學(xué)生興趣大增，提高了學(xué)生的自信心、主動性和積極性。因此，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。
2.2 Multisim11仿真應(yīng)用實例
高頻小信號放大器是高頻的典型電路，其教學(xué)主要講授單調(diào)諧諧振放大器的原理。現(xiàn)以其為例，探討Multisim11仿真軟件在高頻教學(xué)改革中的應(yīng)用。
2.2.1 單調(diào)諧回路諧振放大器工作原理
高頻小信號放大器的主要質(zhì)量指標有增益、通頻帶、選擇性等，其電路主要由輸入回路、晶體管、輸出回路組成，為了與RZ8653型高頻實驗箱相結(jié)合，采用實驗箱電路原理圖，如圖1所示。R1、R2、R4、R6為偏置電阻，提供靜態(tài)工作點，C1是R4的旁路電容;由R3、C4、C5、T1(回路電感L=4uH)構(gòu)成的諧振回路，作為輸出回路;Q2、R9、R10構(gòu)成射極跟隨器以提高帶負載能力。由于Multisim11元件庫沒有晶體管9018，查參數(shù)后可用2N2369替換。
2.2.2 工程調(diào)試的仿真過程
(1)晶體管靜態(tài)工作點的調(diào)整。
放大器在小信號狀態(tài)下的ICQ一般取0.8～2 mA，依據(jù)相關(guān)理論計算可得靜態(tài)工作點UCQ=1.5～3.5V。在輸入信號為0的情況下，調(diào)整R1、R2、R6，使Q1的基極直流電壓約為2.5 V，此時用multisim的直流分析如圖2所示，基極電流IB=15.136 15 mA，ICQ=1.220 12 mA，IEQ=-1.235 26 mA，與理論值基本相符，此時放大器工作在甲類。
(2)諧振頻率的調(diào)整。
調(diào)整可調(diào)電容C5，可通過波特圖示儀XBP1觀測，此時諧振頻率為6.154 MHz，增益為18.234 262，見圖3，也可從頻率計XFC1讀出，此時與波特圖示儀的測試數(shù)據(jù)相比會有誤差。用示波器觀測見圖4，A通道為輸出，B通道為輸入。當(dāng)輸入信號頻率為5 MHz時，其輸出信號波形與圖4相比，輸出信號會減小，因此，高頻小信號放大器具有選頻和放大的作用。
2.2.3 工程測試的仿真分析
(1)靜態(tài)工作點對單調(diào)諧諧振放大器幅頻特性相頻特性的影響
改變靜態(tài)工作點電壓，可以發(fā)現(xiàn)，晶體管Q1基極電壓減小時，ICQ減小，幅頻特性幅值會減小，曲線變“瘦”，帶寬減小;Q1基極電壓增大時，ICQ增大，幅頻特性幅值會增大，曲線變“胖”，帶寬加大。
(2)集電極負載對單調(diào)諧諧振放大器幅頻特性相頻特性的影響改變集電極負載R3，可以發(fā)現(xiàn)，集電極負載增大時，幅頻特性幅值會增大，曲線變“瘦”，Q增大，帶寬減少;集電極負載減小時，幅頻特性幅值會減小，曲線變“胖”，Q減小，帶寬加大，與理論計算相符。
(3)當(dāng)輸入信號較強時，會造成輸出波形失真，此時應(yīng)減小輸入信號，也可以增大電阻R8或在Q1的發(fā)射極串聯(lián)一個小電阻(幾十歐)做負反饋，用來控制和調(diào)整增益，提高電路的穩(wěn)定性。
(4)對比在T1的次級直接接負載和通過射極跟隨器接負載，可以發(fā)現(xiàn)采用射極跟隨器后大大提高了電路的帶負載能力。
在整個仿真過程中還可以設(shè)置器件故障，培訓(xùn)學(xué)生排查故障的能力，也可用虛擬的3D面包板實驗電路和3D元件庫搭建電路進行實驗，完成老師布置的高頻設(shè)計任務(wù)，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程測試和工程設(shè)計能力。
3 結(jié)語
實踐證明，將multisim仿真軟件與高頻電子線路的教學(xué)緊密結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大增，主動性和積極性很高，能有效完成和實現(xiàn)教學(xué)做的統(tǒng)一，進而提高學(xué)生的工程測試能力、工程設(shè)計能力和課程的教學(xué)質(zhì)量。
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