蘭州理工大學(xué)電氣工程與信息工程學(xué)院 杜先君

0 引言

在高等學(xué)校電子技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于抽象知識(shí)點(diǎn)的掌握學(xué)生往往不知所措。這些知識(shí)點(diǎn)包括負(fù)反饋、信號(hào)產(chǎn)生、載流子運(yùn)動(dòng)等等。通過多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，并將之應(yīng)用于電子技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)踐中。平臺(tái)集中了電子技術(shù)中幾乎全部的抽象內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過基于Mul tisim的仿真，生動(dòng)的展示出來(lái)，提高了教學(xué)效率。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)，教學(xué)質(zhì)量得到明顯提高，學(xué)生在學(xué)習(xí)電子技術(shù)知識(shí)的同時(shí)，也掌握了虛擬仿真技術(shù)。同時(shí)，這種教學(xué)模式也被有效的推廣到了電工學(xué)、電路等電類課程的教學(xué)實(shí)踐中，取得了不錯(cuò)的效果。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)校也開始著力于本方向上的教學(xué)研究[1-2]。本文以模擬電子技術(shù)課程中的信號(hào)產(chǎn)生電路為例，闡述仿真技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用。

1 文氏橋振蕩電路

RC正弦波振蕩電路有很多形式，其中文氏橋振蕩電路最為常用。當(dāng)工作于超低頻時(shí)，常選用積分式RC正弦波振蕩電路[3]。

如圖1a所示電路為基本文氏橋振蕩電路，電路中負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)為一電阻網(wǎng)絡(luò)，電路中正反饋網(wǎng)絡(luò)是RC選頻網(wǎng)絡(luò)。其中，正、負(fù)反饋系數(shù)分別為：

基本文氏橋振蕩電路的振蕩頻率為：

由圖1b可知，輸出波形上下均幅，說(shuō)明電路起振后隨幅度增大，運(yùn)算放大器進(jìn)入強(qiáng)非線性區(qū)。RC正弦波振蕩電路因選頻網(wǎng)絡(luò)的等效Q值很低，不能采用自生反偏壓穩(wěn)幅，只能采用自動(dòng)穩(wěn)幅電路來(lái)穩(wěn)幅。圖2a所示的電路是基本文氏橋振蕩電路的改進(jìn)電路，它是用場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅的基本文氏橋振蕩電路。振蕩電路的穩(wěn)幅過程是：若輸出幅度增大，當(dāng)輸出電壓大于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時(shí)，則檢波后在場(chǎng)效應(yīng)管上的柵壓值增大，當(dāng)輸出電壓大于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時(shí)，則檢波后加在場(chǎng)效應(yīng)管上的柵壓負(fù)值增大，漏源等效電阻增大，負(fù)反饋加強(qiáng)，環(huán)路增益下降，輸出幅度降低，從而達(dá)到穩(wěn)幅的目的。

對(duì)圖2a所示場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅文氏橋振蕩器進(jìn)行瞬態(tài)分析，振蕩波形如圖2b所示。可見，振蕩器輸出的波形基本上是正弦波。

2 RC移相式振蕩器

RC移相式振蕩器如圖3a所示，該電路由反相放大器和三節(jié)RC移相網(wǎng)絡(luò)組成，要相滿足振蕩相位條件，則要求RC移相網(wǎng)絡(luò)完成180°相移。由于一節(jié)RC移相網(wǎng)絡(luò)的相移極限為90°，因此采用三節(jié)或三節(jié)以上的RC移相網(wǎng)絡(luò)，才能夠?qū)崿F(xiàn)180°相移。

圖1 基本文氏橋振蕩電路及其仿真波形

圖2 改進(jìn)的文氏橋振蕩電路及其仿真波形

圖3 RC移相式振蕩器及其仿真波形

圖4 RC雙T反饋式振蕩器及其仿真波形

只要適當(dāng)調(diào)節(jié) 的值，使得 適當(dāng)，就可以滿足相位和振幅條件，產(chǎn)生正弦振蕩。其振蕩頻率：

振蕩波形如圖3b所示。

3 RC雙T反饋振蕩器

圖4a所示電路為一個(gè)RC雙T反饋式振蕩器，其中C1、C2、C3、R3、R4和R5組成雙T負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)（完成選頻功能）。電路中兩個(gè)穩(wěn)壓管D1、D2具有穩(wěn)壓功能，用來(lái)改善輸出波形。

用示波器觀測(cè)RC雙T反饋式振蕩器的輸出電壓波形如圖4b所示，根據(jù)示波器的掃描時(shí)間刻度，可測(cè)得振蕩周期

4 結(jié)語(yǔ)

通過結(jié)合虛擬仿真技術(shù)的電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐，生動(dòng)、直觀的展示教學(xué)內(nèi)容，避免學(xué)生因?yàn)榭菰铩⒊橄蟮闹R(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)而產(chǎn)生厭學(xué)情緒，提高了教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并使學(xué)生順利掌握仿真技術(shù)，為后續(xù)實(shí)踐類課程的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。整套虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用后，在電工學(xué)、電路、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)等理論與實(shí)踐類課程中均取得較好的效果，值得推廣。

[1]王革思.“模擬電子技術(shù)”課程開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2014,31(8):170-173.

[2]儲(chǔ)開斌,楊長(zhǎng)春,朱正偉,等.虛擬項(xiàng)目教學(xué)法在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011,14(3):109-112.

[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)(第六版)[M].北京:高等教育出版社,2013.