嚴(yán)小黑

摘? 要 通信電子電路實(shí)驗(yàn)是通信電子電路課程非常重要的環(huán)節(jié)，能讓學(xué)生更好地理解通信電子電路課程中涉及的各種電路原理、設(shè)計(jì)思想、調(diào)試及作用。針對(duì)目前通信電子電路實(shí)驗(yàn)采用集成模塊電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)存在的學(xué)生只知如何進(jìn)行調(diào)試，不知電路的具體構(gòu)成，且缺乏對(duì)電路的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)等問(wèn)題，提出將仿真電路實(shí)驗(yàn)與實(shí)物電路實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合同步操作的教學(xué)模式。采用Proteus作為電路實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)，高頻電路實(shí)驗(yàn)箱作為實(shí)物電路實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)仿真與實(shí)物實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，兩種實(shí)驗(yàn)可同步進(jìn)行。學(xué)生在仿真實(shí)驗(yàn)中先可探索實(shí)驗(yàn)，然后做實(shí)物實(shí)驗(yàn)，可一定程度上解決單純的實(shí)物實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，效果良好。

關(guān)鍵詞 通信電子電路實(shí)驗(yàn);Proteus;仿真實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)箱;電路設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.9? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）22-0114-03

Experiment Teaching of Communication Electronic Circuit Com-

bined by Virtual Circuit and Physical Circuit based on Proteus//YAN Xiaohei

Abstract Communication electronic circuit experiment is a very important part of the course of communication electronic circuit. It can help students better understand the various circuit principles， design ideas， debugging and functions involved in the course of

communication electronic circuit. Aiming at the problems that stu-

dents only know how to debug， do not know the specific composition

of the circuit， and lack the design link of the circuit in the current experiment of communication electronic circuit using integrated module circuit， this paper puts forward a teaching mode that com-bines the simulation circuit experiment with the physical circuit experiment in an organic way. Proteus is used as the simulation plat-form of circuit experiment， high frequency circuit experiment box is used as the hardware platform of physical circuit experiment. The combination of simulation and physical experiment is realized. The two experiments can be carried out synchronously. In the simulation experiment， students can first explore the experiment， and then do

the physical experiment. To a certain extent， it can solve the problems

existing in the simple physical experiment， and the effect is good.

Key words communication electronic circuit experiment; Proteus; simulation experiment; experimental box; circuit design

1 前言

通信電子電路實(shí)驗(yàn)是通信電子電路課程非常重要的環(huán)節(jié)，是通信工程專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)課程。在該課程中，學(xué)生通過(guò)對(duì)相關(guān)的電子器件、常用通信電子電路及通信電子電路系統(tǒng)的研究，逐步掌握通信電子電路的基本知識(shí)、基本理論和基本技能，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單通信電子電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試，并能使用常用電子儀器進(jìn)行測(cè)試和分析調(diào)整[1]。課程主要包含兩大通信電子電路系統(tǒng)，分別是無(wú)線電廣播發(fā)射調(diào)幅系統(tǒng)和超外差接收機(jī)系統(tǒng)，涉及調(diào)諧放大器、功率放大器、正弦波振蕩器、調(diào)幅解調(diào)電路、調(diào)頻解調(diào)電路等十多種電路。

2 通信電子電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

目前，各高校的通信電子電路實(shí)驗(yàn)課程大部分采用相應(yīng)公司生產(chǎn)的高頻電路實(shí)驗(yàn)箱開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)箱包含十多個(gè)集成電路模塊，每個(gè)模塊可以做2～3個(gè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給電路輸入指定頻率和電壓的信號(hào)，通過(guò)調(diào)整電路板上的中周（即調(diào)LC諧振回路的電感或電容）、可調(diào)電阻器等可調(diào)器件，來(lái)獲得所需的輸出信號(hào)。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作可以初步掌握電路的調(diào)試方法，通過(guò)對(duì)輸入、輸出信號(hào)的對(duì)比可以獲知電路的功能。但存在的問(wèn)題也是非常明顯的：

1）學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏對(duì)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，雖然知道如何去調(diào)試電路來(lái)得到想要的輸出，但是停留在“知其然，不知其所以然”的層面上;

2）學(xué)生在電路調(diào)試過(guò)程中可能存在操作不當(dāng)?shù)男袨椋ㄈ巛斎胄盘?hào)過(guò)大、中周調(diào)節(jié)力度過(guò)大等問(wèn)題），會(huì)使得電路板損壞甚至燒毀，從歷年的設(shè)備損壞率來(lái)看，每年的電路板平均損壞率達(dá)到30%，設(shè)備的維護(hù)成本較高。

基于此，探索一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式勢(shì)在必行。

3 虛實(shí)結(jié)合通信電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

虛實(shí)結(jié)合通信電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是指在原有實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)，虛實(shí)結(jié)合，互為補(bǔ)充。為滿足虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式開(kāi)展，在原有實(shí)驗(yàn)箱的基礎(chǔ)上，硬件上需要增加一臺(tái)性能適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)，并需要安裝Proteus軟件平臺(tái)。虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式具體流程為：首先，學(xué)生根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)電路，利用Proteus軟件進(jìn)行電路搭建，在此過(guò)程中需要掌握電路的組成及各元件的作用;然后，給電路輸入指定的信號(hào)，利用軟件自帶的虛擬儀器對(duì)電路的相應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)電路進(jìn)行虛擬調(diào)試，觀察測(cè)試結(jié)果，若得不到所要的結(jié)果，則需檢測(cè)電路的正確性，反復(fù)修改調(diào)試，直到得到想要的結(jié)果;最后，在實(shí)驗(yàn)箱上利用實(shí)際電路開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證虛擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，若虛擬和實(shí)際差別較大，可進(jìn)一步對(duì)電路進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化，進(jìn)而使得電路更符合實(shí)際需要。具體實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

采用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）增加了電路設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在掌握電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上更好地理解電路的工作原理，也可以讓學(xué)生了解一個(gè)具體實(shí)用電路的設(shè)計(jì)思想;

2）先讓學(xué)生在仿真軟件上進(jìn)行調(diào)試，可以減少其在實(shí)際電路調(diào)試時(shí)的誤操作，降低設(shè)備損壞率;

3）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，能讓學(xué)生了解電路可能存在的各種問(wèn)題，讓學(xué)生反復(fù)查找問(wèn)題并自行修正，對(duì)電路的理解更加深刻;

4）可以滿足學(xué)生對(duì)電路創(chuàng)新設(shè)計(jì)的需求，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)。

4 模擬乘法器調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)案例

模擬乘法器調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)是通信電子電路實(shí)驗(yàn)的重要核心實(shí)驗(yàn)，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握無(wú)線通信過(guò)程中的信息轉(zhuǎn)換機(jī)制，其實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓學(xué)生先利用Proteus軟件搭建出該實(shí)驗(yàn)電路，在此過(guò)程中，學(xué)生可以了解電路的結(jié)構(gòu)組成及各部分的作用。具體而言，實(shí)驗(yàn)電路主要由四個(gè)模塊組成：

第一部分是由U1模擬乘法器和電容C1、C2構(gòu)成的DSB（抑制載波雙邊帶調(diào)幅波）調(diào)制電路，其作用是實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)的相乘，從而輸出DSB信號(hào);

第二部分是由U2模擬乘法器和電容C3、C4構(gòu)成的同步解調(diào)電路，其作用是實(shí)現(xiàn)DSB信號(hào)與同步載波信號(hào)的相乘，其輸出中包含低頻信號(hào)分量;

第三部分是由R2、C5構(gòu)成的低通濾波器，其作用是從U2模擬乘法器的輸出中濾出低頻信號(hào);

第四部分是由U3集成運(yùn)放和R3、R4構(gòu)成的同相比例電路，其作用是對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行放大，以便于示波器的觀察。

電路搭建完成后，需要給電路輸入信號(hào)，提供直流電源。輸入的調(diào)制信號(hào)電壓為5 V、頻率為50 Hz，用UI表示;輸入的載波信號(hào)電壓為5 V、頻率為5 kHz，用UC表示。示波器用于觀察兩輸入信號(hào)與兩乘法器的輸出信號(hào)（即DSB信號(hào)和解調(diào)出來(lái)的低頻信號(hào)），觀察到的圖形如圖3所示。學(xué)生通過(guò)對(duì)四個(gè)信號(hào)頻率、振幅、波形等參數(shù)的比較，能夠很直觀地理解相應(yīng)輸入、輸出的關(guān)系，更能深刻地理解調(diào)制、解調(diào)的機(jī)理。由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)電路輸入信號(hào)不好，電路存在各種噪聲，實(shí)際實(shí)驗(yàn)電路中往往觀察不到這么穩(wěn)定的波形，會(huì)在一定程度上影響學(xué)生對(duì)電路的理解，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)正好可以彌補(bǔ)實(shí)際實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)存在的這一缺陷。

學(xué)生完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)后，就利用實(shí)際實(shí)驗(yàn)電路開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。由于有了前一步虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的鋪墊，學(xué)生會(huì)上手很快，相關(guān)細(xì)節(jié)也會(huì)特別注意，誤操作減少，對(duì)設(shè)備的損壞也大大降低。同時(shí)，由于學(xué)生對(duì)輸入、輸出信號(hào)的波形有了一定的認(rèn)識(shí)，能較快調(diào)試出實(shí)際電路的輸出信號(hào)。實(shí)際輸出肯定會(huì)和虛擬仿真理想的輸出有一定差距，這會(huì)引起學(xué)生反思：如何改進(jìn)電路以獲得更加穩(wěn)定的輸出，并把自己的想法在虛擬實(shí)驗(yàn)電路中實(shí)現(xiàn)？在學(xué)生把要求的基本實(shí)驗(yàn)步驟完成后，教師還可以啟發(fā)學(xué)生如何實(shí)現(xiàn)普通調(diào)幅波的調(diào)制與解調(diào)以及SSB（抑制載波單邊帶調(diào)幅波）的調(diào)制與解調(diào)，由學(xué)生先在虛擬電路上設(shè)計(jì)，然后在實(shí)驗(yàn)電路上調(diào)整實(shí)現(xiàn)。以上均可以在一定程度上激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力，這是以往僅采用單純的實(shí)際實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所做不到的。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)通信電子電路實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)實(shí)際情況及存在的問(wèn)題，進(jìn)行了相應(yīng)的虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)的探索實(shí)踐。虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式增加了電路設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，能讓學(xué)生在掌握電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，更好地理解電路的工作原理及電路的設(shè)計(jì)思想;能減少學(xué)生在實(shí)際電路調(diào)試時(shí)的誤操作，降低設(shè)備損壞率;能讓學(xué)生了解電路可能存在的各種問(wèn)題，讓學(xué)生反復(fù)查找問(wèn)題自行修正，對(duì)電路的理解更加深刻;可以滿足學(xué)生對(duì)電路創(chuàng)新設(shè)計(jì)的需求，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)。

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