許建明 黃同成 彭森 李菲

摘 要： 通信電子線路實(shí)驗(yàn)是電子類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，由于在教學(xué)過程中受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備、課時(shí)、經(jīng)驗(yàn)等因素的影響，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果總存在一定的不足。針對教學(xué)效果不足，在實(shí)驗(yàn)中引入Mulitisim11仿真軟件，依靠其高效、可重復(fù)性、直觀等特點(diǎn)，很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探索精神也得到提升，取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 通信電子線路 Mulitisim11 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)

通信電子線路是一門理論性、工程性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，它的內(nèi)容豐富，應(yīng)用廣泛，新技術(shù)、新器件發(fā)展迅速。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括有高頻小信號(hào)放大器、正弦波振蕩器、高頻功率放大器、混頻、調(diào)制、檢波、鑒頻、無線收發(fā)等多個(gè)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[1]。通信電子線路課程實(shí)驗(yàn)中的器件一般都是非線性元件，傳輸和處理信號(hào)的都為高頻信號(hào)，由于噪聲、干擾信號(hào)、分布參數(shù)等因素的影響，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟理論分析結(jié)果有較大的出入，這就使通信電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試格外復(fù)雜。為了讓學(xué)生提高實(shí)踐動(dòng)手能力和通信電路的分析與設(shè)計(jì)能力，在實(shí)驗(yàn)前引入Multisim11仿真軟件，對每個(gè)模塊電路單獨(dú)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果正確后再聯(lián)合調(diào)試，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行調(diào)試做出不同的仿真結(jié)果，讓學(xué)生進(jìn)一步將理論和實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新性思維。

1.Mulitisim11簡介

Multisim11是美國NI公司推出的一個(gè)集電路原理圖設(shè)計(jì)和電路功能測試于一體的虛擬仿真軟件，是一個(gè)優(yōu)秀的電子線路設(shè)計(jì)與仿真軟件。軟件自帶一般實(shí)驗(yàn)室通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源等，還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、安捷倫多用表、安捷倫示波器、泰克示波器等。具有較詳細(xì)的電路分析能力，可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析，對各種模電、數(shù)電、高頻和微處理器等電路的設(shè)計(jì)、測試與仿真[2]。因此，運(yùn)用Multisim11進(jìn)行通信電子電路實(shí)驗(yàn)仿真分析，符合實(shí)踐教學(xué)的要求，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2.實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)例

2.1晶體管混頻電路

混頻的基本功能是保持已調(diào)信號(hào)的調(diào)制規(guī)律不變，僅使載波頻率升高（上變頻）或降低（下變頻）。從頻譜角度看，混頻實(shí)質(zhì)是將已調(diào)信號(hào)的頻譜沿頻率軸做線性搬移，因而混頻電路必須由具有乘法功能的非線性器件和中頻帶通濾波器組成[3]，如圖1所示。

混頻器廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備，形式很多，原則上凡是具有相乘功能的器件都可用來構(gòu)成混頻電路，如模擬乘法器、晶體管、二極管、場效應(yīng)管等。本實(shí)驗(yàn)采用晶體管構(gòu)成混頻器，在Multisim11仿真軟件中設(shè)計(jì)電路如圖2所示。

圖2 晶體管混頻實(shí)驗(yàn)電路

2.2實(shí)驗(yàn)仿真與結(jié)果

圖2電路中input端接信號(hào)頻率為1.6MHz的載波，調(diào)制信號(hào)頻率為1KHz的調(diào)幅波信號(hào)（或AM信號(hào)）VS，三極管2N1711的發(fā)射極接2.065MHz的本機(jī)振蕩信號(hào)VL，output端為中頻帶通濾波器輸出端，根據(jù)理論分析輸出中頻信號(hào)頻率為2.065MHz-1.6MHz）=465KHz。調(diào)整R5可以改變混頻管的靜態(tài)工作點(diǎn)，可以使電路達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

電路連接檢查無誤后點(diǎn)擊電路仿真按鈕，用虛擬示波器觀察輸入與輸出信號(hào)的波形如圖3所示。

圖3 輸入信號(hào)與輸出信號(hào)對比圖

圖3中上面的調(diào)幅波為輸入信號(hào)，下面的調(diào)幅波為輸出中頻信號(hào)，通過示波器可以觀察輸入和輸出波形包絡(luò)是相同的，只是相位有一點(diǎn)偏移，說明本電路實(shí)現(xiàn)了變頻。根據(jù)混頻器的原理，輸出信號(hào)頻率應(yīng)為本地振蕩信號(hào)與輸入已調(diào)波信號(hào)頻率差，電路中應(yīng)用兩個(gè)頻率計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，觀察混頻電路的輸出中頻是否正確，觀察結(jié)果如圖4和圖5所示，經(jīng)觀察虛擬頻率計(jì)顯示結(jié)果正確，符合實(shí)驗(yàn)要求。

圖4 輸入已調(diào)波頻率 圖5 輸出中頻信號(hào)頻率

經(jīng)過調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，使輸出在不失真的情況下輸出最大，可測量出晶體管混頻器的混頻增益。此時(shí)輸入已調(diào)波信號(hào)振幅為29.646mV，輸出中頻信號(hào)振幅為318.239mV，利用增益公式A20.62dB，符合晶體管混頻器的設(shè)計(jì)要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的測試要求。在改變輸入信號(hào)VS和本振信號(hào)VL幅度，可以觀測輸出中頻幅度、波形和調(diào)制度的變化。

3.結(jié)語

在通信電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中引入Multisim11軟件，利用軟件對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目電路進(jìn)行性能測試和仿真結(jié)果分析，達(dá)到了理論與實(shí)踐相結(jié)合、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。通過實(shí)驗(yàn)的開展，引導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)中反復(fù)調(diào)試、課后總結(jié)。采用仿真軟件先進(jìn)的教學(xué)方法，具有高效、可重復(fù)性、測試結(jié)果直觀等特點(diǎn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)通信電路的興趣，提高學(xué)生EDA軟件仿真能力、電子電路設(shè)計(jì)和綜合分析能力，在通信電子線路的理論和實(shí)踐知識(shí)的教學(xué)中，取得良好的教學(xué)效果，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿艷香，朱根生，等.基于Multisim高頻電子線路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的探討[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012，15（3）：117-119.

[2]聶典，丁偉.Multisim10計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3]曾興雯，劉乃安，陳健，等.高頻電路原理與分析[M].第五版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2013.

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳教改項(xiàng)目（批文：湘教通[2014]247號(hào)）