摘要： 電路仿真作為一種設(shè)計(jì)技術(shù)，已廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域。本文通過(guò)舉例，介紹了PSpice電路仿真軟件在射頻技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用。將仿真教學(xué)引入課堂，豐富了教學(xué)手段，突進(jìn)教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的能力。

關(guān)鍵詞： PSpice 仿真教學(xué) 射頻技術(shù) 教學(xué)改革

1.引言

射頻技術(shù)課程是電子、信息、通信類等專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，也是一門(mén)工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，主要講述通信功能電路的基本原理及實(shí)現(xiàn)方法。在已往的教學(xué)中普遍注重基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，需要學(xué)生掌握通信電路的原理、特點(diǎn)和使用。但由于本課程理論性強(qiáng)，原理抽象，學(xué)生很難掌握。

為了促進(jìn)此課程的改革，滿足培養(yǎng)實(shí)用性人才的要求，達(dá)到實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性要求，在教學(xué)過(guò)程中我們引入PSpice電路仿真軟件。PSpice（Personal Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）軟件是EDA領(lǐng)域最負(fù)盛名的公司OrCAD所開(kāi)發(fā)的通用電路模擬仿真軟件，它可對(duì)電路進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、環(huán)境溫度分析、靈敏度分析等，對(duì)射頻技術(shù)課程中學(xué)生較難理解的電路特性都會(huì)有相應(yīng)的仿真結(jié)果，可直觀電路的各種響應(yīng)。這種形象的教學(xué)，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且培養(yǎng)了他們分析電路、修改電路、最終能夠設(shè)計(jì)電路的能力。

2.在教學(xué)中融入仿真

2.1教學(xué)內(nèi)容總體歸化

射頻技術(shù)課程傳統(tǒng)的教學(xué)以章節(jié)劃分，教師按章節(jié)講授電路的工作原理，講解參數(shù)，分析電路性能，并得到相應(yīng)的結(jié)論。在理論教學(xué)中，對(duì)于射頻電路經(jīng)常出現(xiàn)的阻抗、頻率、功率等重要參量都會(huì)有繁瑣的推導(dǎo)，得出復(fù)雜的公式，學(xué)生很難理解，教學(xué)過(guò)程也很枯燥。針對(duì)這一現(xiàn)象，我們將課程內(nèi)容整合，以案例形式展開(kāi)，采用案例形式教學(xué)。課程主要包括高頻小信號(hào)放大器、高頻功率放大器、寬頻帶放大器、調(diào)幅和檢波、調(diào)頻和鑒頻、鎖相環(huán)電路六個(gè)具體案例，每個(gè)案例都有實(shí)際可用的電路圖，學(xué)生根據(jù)直觀的仿真結(jié)果，驗(yàn)證理論的內(nèi)容、理解調(diào)制、頻率、通頻帶等通信概念。每個(gè)案例既獨(dú)立完整，彼此間又相互關(guān)聯(lián)，綜合在一起就是簡(jiǎn)單的通信系統(tǒng)。

2.2實(shí)例分析

信號(hào)的放大和頻譜的搬移是射頻技術(shù)課程中的重要內(nèi)容，怎樣使學(xué)生能正確理解這兩種電路也是學(xué)好這門(mén)課程的關(guān)鍵。下面我們分別進(jìn)行說(shuō)明。

2.2.1案例一：高頻小信號(hào)諧振放大器。

采用PSpice軟件中的原理圖制作窗口，繪制電路圖如圖1，此過(guò)程都是由教師完成。依據(jù)傳統(tǒng)教學(xué)，教師會(huì)對(duì)電路器件和原理進(jìn)行講解，在由公式推導(dǎo)出電路的增益、帶寬、選擇性等。在此教學(xué)中，我們采用全新的方式，除了用仿真驗(yàn)證電路的靜態(tài)參數(shù)和固定頻率的增益外，我們?cè)诮虒W(xué)中重點(diǎn)講解電路的選擇性，即放大器的幅頻特性曲線，先讓學(xué)生看到電路仿真的結(jié)果（如圖2），根據(jù)曲線讓學(xué)生自己找到諧振頻率，再引入通頻帶概念，引導(dǎo)學(xué)生讀出電路的帶寬。對(duì)于電路選擇性的好壞，可以將仿真電路的負(fù)載更改為雙調(diào)諧，觀察仿真結(jié)果（如圖3），比較兩種結(jié)果，形象地說(shuō)明電路性能。

2.2.2案例二：調(diào)幅電路。

調(diào)制和解調(diào)電路是射頻技術(shù)課程的重點(diǎn)，但它們都屬于非線性電路，如果采用嚴(yán)密的理論方式講解，必定使學(xué)生陷入繁瑣的推導(dǎo)中，課堂接受效果不好。在教學(xué)方法上，我們采用先仿真知結(jié)果、結(jié)果反映原理、再由參數(shù)改變結(jié)果的過(guò)程，將電路器件的作用和電路原理生動(dòng)、形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

（1）采用PSpice軟件中的原理圖制作窗口，繪制電路圖，如圖4。簡(jiǎn)要說(shuō)明各器件的功能，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)V8和V9是輸入信號(hào)、V是輸出電壓。

（2）設(shè)置V8和V9（PartName VSIN）主要參數(shù)：

V8：DC=0.2V，VOFF=0，VAMPL=0.14V，F(xiàn)REQ=60KHz；

V9：DC=0.12V，VOFF=0，VAMPL=0.08V，F(xiàn)REQ=3KHz。

（3）設(shè)置仿真transient（瞬態(tài)分析），如圖5。

（4）由Probe窗口輸出仿真結(jié)果，如圖6。

（5）學(xué)生可將V8和V9兩個(gè)輸入信號(hào)與結(jié)果相互比較，得到調(diào)幅電路的特點(diǎn)，事實(shí)證明非線性電路的合成。教師再詳細(xì)講解電路的工作原理，但要避免推導(dǎo)公式，將仿真波形與調(diào)幅波表達(dá)式中的各參數(shù)代表的物理量對(duì)照著說(shuō)明。讓學(xué)生自己改變電路中的參數(shù)，觀察對(duì)輸出的影響。

（6）觀察調(diào)幅波的頻譜，如圖7，講解頻譜的概念及頻譜搬移的原理，并測(cè)量調(diào)幅波的帶寬。

（7）通過(guò)改變V8和V9參數(shù)的數(shù)值，根據(jù)仿真結(jié)果掌握調(diào)幅系數(shù)M和調(diào)幅波的功耗情況。

3.在實(shí)驗(yàn)中對(duì)照仿真

射頻技術(shù)課程畢竟是理論與實(shí)際緊密結(jié)合的課程。本課程的工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)室的配備上對(duì)儀器儀表的要求也很高，如頻譜分析儀、高精度示波器、掃頻儀等。這些昂貴的設(shè)備制約著實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展。計(jì)算機(jī)的仿真可部分取代實(shí)驗(yàn)設(shè)備，彌補(bǔ)設(shè)備不足的缺陷，讓學(xué)生完整掌握本課程的內(nèi)容。但是，仿真并不能真正代替實(shí)驗(yàn)，射頻實(shí)際電路經(jīng)常會(huì)受到電路器件的批次、電路制造工藝、使用環(huán)境等的影響。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前，先對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行仿真預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，再將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互對(duì)照、比較，掌握電路。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生掌握獨(dú)立分析電路、理解電路、消化電路的能力，又使學(xué)生深刻體會(huì)了實(shí)際生產(chǎn)和設(shè)計(jì)之間的關(guān)聯(lián)和差異，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際操作意識(shí)，適應(yīng)企業(yè)的需求。

4.在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)項(xiàng)目中應(yīng)用仿真

課程設(shè)計(jì)是射頻技術(shù)課程必不可少的環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)、提高技能和培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神的最佳方式。在以往的教學(xué)中，課程設(shè)計(jì)受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件的限制，往往學(xué)生所設(shè)計(jì)的電路無(wú)法驗(yàn)證其功能，從而大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。再有課程設(shè)計(jì)一般只有2周左右的時(shí)間，在短時(shí)間內(nèi)制作電路板，裝配和調(diào)試電路是很困難的，這些弊端使高頻的課程設(shè)計(jì)達(dá)不到預(yù)期的效果，PSpice仿真的應(yīng)用及時(shí)解決了這一問(wèn)題。在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)項(xiàng)目中應(yīng)用仿真的好處如下：

課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)項(xiàng)目本身就是一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程，通過(guò)項(xiàng)目計(jì)劃，學(xué)生養(yǎng)成了查找資料、識(shí)別電路圖的能力。再由PSpice的電路檢查功能，學(xué)生在仿真制圖中，對(duì)電路就不是空洞的仿照，而是直接的了解。電路的參數(shù)決定電路的性能，通過(guò)對(duì)仿真器件參數(shù)的設(shè)定，學(xué)生了解了實(shí)際電路中器件參數(shù)的重要性，并對(duì)器件的廠家和型號(hào)都有更深的了解，工作后能更快地適應(yīng)崗位。仿真的結(jié)果多樣化，可以多角度、多方位地了解電路的性能。

5.結(jié)論

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今企業(yè)對(duì)人才的需求也在不斷調(diào)高，這就迫切要求學(xué)校對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行改革。將EDA這種設(shè)計(jì)技術(shù)引入到教學(xué)中，使教學(xué)課程從內(nèi)容到手段都發(fā)生了根本性的變化。我們?cè)趯Spice軟件應(yīng)用到射頻技術(shù)課程的教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)這門(mén)課的興趣增強(qiáng)，開(kāi)闊了他們的視野，拓寬了學(xué)習(xí)的內(nèi)容，使學(xué)生掌握了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的方法和手段，為其將來(lái)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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