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Multisim在以工程實(shí)踐能力為導向的高頻電子線(xiàn)路教論文
高頻應用電子線(xiàn)路課程具有實(shí)踐性和理論性較強的特點(diǎn)，傳統教學(xué)注重理論而忽視學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養。為了更好地培養學(xué)生的工程實(shí)踐能力，將電路設計仿真軟件Multisim與高頻電子線(xiàn)路的課堂教學(xué)、實(shí)驗和課程設計緊密結合，依托其強大的交互式仿真分析能力，實(shí)現教學(xué)做的統一，從而培養和提高學(xué)生的工程調試能力、工程測試能力和工程設計能力�，F以高頻典型電路單調諧回路諧振放大器為例，探討Multisim在以工程實(shí)踐能力為導向的高頻電子線(xiàn)路教學(xué)中的應用。
高頻電子線(xiàn)路是高校工科電子通信類(lèi)實(shí)踐性和理論性較強的專(zhuān)業(yè)基礎課。該課程通過(guò)高頻信號各種功能電路的學(xué)習，掌握非線(xiàn)性電路的分析方法，培養學(xué)生對射頻電路與系統的分析、工程設計及其實(shí)踐動(dòng)手能力。
該校作為培養應用型本科院校，應注重學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養，采用傳統的教學(xué)方法已不能適應學(xué)校的發(fā)展定位。因此，在課堂教學(xué)、實(shí)驗和課程設計中引入Multisim仿真軟件，依托其強大的仿真分析能力實(shí)現教學(xué)做的統一，從而培養學(xué)生的工程實(shí)踐能力。
下面以高頻典型電路單調諧回路諧振放大器為例，探討Multisim11仿真軟件在以工程實(shí)踐能力為導向的高頻電子線(xiàn)路教學(xué)中的應用。
1 該校高頻電子線(xiàn)路教學(xué)中存在的問(wèn)題
(1)該校高頻電子線(xiàn)路教學(xué)多采用傳統的教學(xué)方法，先由教師課堂講授理論知識，再做實(shí)驗，由于高頻電子線(xiàn)路功能電路多且都是非線(xiàn)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(shí)踐能力很差。
(2)實(shí)驗時(shí)采用傳統的實(shí)驗箱，由于實(shí)驗模塊功能電路元器件的參數不可調，學(xué)生只是按照實(shí)驗步驟機械做實(shí)驗，整個(gè)實(shí)驗中學(xué)生缺乏獨立思考的過(guò)程。同時(shí)由于高頻實(shí)驗易受分布參數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(shí)間進(jìn)行排查故障，而實(shí)驗時(shí)間有限，通常實(shí)驗不能達到預期的效果。因此，學(xué)生的工程實(shí)踐能力也不能得到很好的培養。
2 Multisim11仿真軟件在高頻教學(xué)中的應用
2.1 引入Multisim仿真軟件后的教學(xué)設計
傳統教學(xué)都是先理論后實(shí)驗，現在引入Multisim仿真軟件后，課堂教學(xué)可采取先做仿真實(shí)驗，學(xué)生討論后再進(jìn)入理論講解的過(guò)程，學(xué)生的主動(dòng)性和積極性大增。課后學(xué)生再用仿真軟件進(jìn)行仿真和做作業(yè)，實(shí)現學(xué)生的做中學(xué)。課堂的仿真實(shí)驗與實(shí)驗箱實(shí)驗高度一致，學(xué)生通過(guò)仿真實(shí)驗熟悉實(shí)驗原理，按照工程調試的步驟可以快捷更改元器件參數，理論與實(shí)踐緊密結合。實(shí)際實(shí)驗時(shí)，由于已在仿真實(shí)驗中做過(guò)，遇到問(wèn)題就能及時(shí)排查故障，從而大大提高了實(shí)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(dòng)性和積極性。因此，能夠有效培養學(xué)生的工程實(shí)踐能力。
2.2 Multisim11仿真應用實(shí)例
高頻小信號放大器是高頻的典型電路，其教學(xué)主要講授單調諧諧振放大器的原理�，F以其為例，探討Multisim11仿真軟件在高頻教學(xué)改革中的應用。
2.2.1 單調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(shí)驗箱相結合，采用實(shí)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(diǎn)，C1是R4的旁路電容;由R3、C4、C5、T1(回路電感L=4uH)構成的諧振回路，作為輸出回路;Q2、R9、R10構成射極跟隨器以提高帶負載能力。由于Multisim11元件庫沒(méi)有晶體管9018，查參數后可用2N2369替換。
2.2.2 工程調試的仿真過(guò)程
(1)晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)的調整。
放大器在小信號狀態(tài)下的ICQ一般取0.8～2 mA，依據相關(guān)理論計算可得靜態(tài)工作點(diǎn)UCQ=1.5～3.5V。在輸入信號為0的情況下，調整R1、R2、R6，使Q1的基極直流電壓約為2.5 V，此時(shí)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(shí)放大器工作在甲類(lèi)。
(2)諧振頻率的調整。
調整可調電容C5，可通過(guò)波特圖示儀XBP1觀(guān)測，此時(shí)諧振頻率為6.154 MHz，增益為18.234 262，見(jiàn)圖3，也可從頻率計XFC1讀出，此時(shí)與波特圖示儀的測試數據相比會(huì )有誤差。用示波器觀(guān)測見(jiàn)圖4，A通道為輸出，B通道為輸入。當輸入信號頻率為5 MHz時(shí)，其輸出信號波形與圖4相比，輸出信號會(huì )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(diǎn)對單調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(diǎn)電壓，可以發(fā)現，晶體管Q1基極電壓減小時(shí)，ICQ減小，幅頻特性幅值會(huì )減小，曲線(xiàn)變“瘦”，帶寬減小;Q1基極電壓增大時(shí)，ICQ增大，幅頻特性幅值會(huì )增大，曲線(xiàn)變“胖”，帶寬加大。
(2)集電極負載對單調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，集電極負載增大時(shí)，幅頻特性幅值會(huì )增大，曲線(xiàn)變“瘦”，Q增大，帶寬減少;集電極負載減小時(shí)，幅頻特性幅值會(huì )減小，曲線(xiàn)變“胖”，Q減小，帶寬加大，與理論計算相符。
(3)當輸入信號較強時(shí)，會(huì )造成輸出波形失真，此時(shí)應減小輸入信號，也可以增大電阻R8或在Q1的發(fā)射極串聯(lián)一個(gè)小電阻(幾十歐)做負反饋，用來(lái)控制和調整增益，提高電路的穩定性。
(4)對比在T1的次級直接接負載和通過(guò)射極跟隨器接負載，可以發(fā)現采用射極跟隨器后大大提高了電路的帶負載能力。
在整個(gè)仿真過(guò)程中還可以設置器件故障，培訓學(xué)生排查故障的能力，也可用虛擬的3D面包板實(shí)驗電路和3D元件庫搭建電路進(jìn)行實(shí)驗，完成老師布置的高頻設計任務(wù)，從而培養和提高學(xué)生的工程測試和工程設計能力。
3 結語(yǔ)
實(shí)踐證明，將multisim仿真軟件與高頻電子線(xiàn)路的教學(xué)緊密結合，學(xué)生學(xué)習興趣大增，主動(dòng)性和積極性很高，能有效完成和實(shí)現教學(xué)做的統一，進(jìn)而提高學(xué)生的工程測試能力、工程設計能力和課程的教學(xué)質(zhì)量。
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