射頻技術課程中的仿真教學

摘要： 電路仿真作為一種設計技術，已廣泛應用到現代電子設計領域。本文通過舉例，介紹了PSpice電路仿真軟件在射頻技術課程教學中的應用。將仿真教學引入課堂，豐富了教學手段，突進教學改革，培養學生自我學習的能力。

關鍵詞： PSpice 仿真教學 射頻技術 教學改革

1.引言

射頻技術課程是電子、信息、通信類等專業重要的技術基礎課，也是一門工程性和實踐性很強的課程，主要講述通信功能電路的基本原理及實現方法。在已往的教學中普遍注重基礎理論的學習，需要學生掌握通信電路的原理、特點和使用。但由于本課程理論性強，原理抽象，學生很難掌握。

為了促進此課程的改革，滿足培養實用性人才的要求，達到實踐教學設計性、綜合性、創新性要求，在教學過程中我們引入PSpice電路仿真軟件。PSpice（Personal Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）軟件是EDA領域最負盛名的公司OrCAD所開發的通用電路模擬仿真軟件，它可對電路進行直流分析、交流分析、瞬態分析、傅里葉分析、環境溫度分析、靈敏度分析等，對射頻技術課程中學生較難理解的電路特性都會有相應的仿真結果，可直觀電路的各種響應。這種形象的教學，不僅激發了學生的學習熱情，而且培養了他們分析電路、修改電路、最終能夠設計電路的能力。

2.在教學中融入仿真

2.1教學內容總體歸化

射頻技術課程傳統的教學以章節劃分，教師按章節講授電路的工作原理，講解參數，分析電路性能，并得到相應的結論。在理論教學中，對于射頻電路經常出現的阻抗、頻率、功率等重要參量都會有繁瑣的推導，得出復雜的公式，學生很難理解，教學過程也很枯燥。針對這一現象，我們將課程內容整合，以案例形式展開，采用案例形式教學。課程主要包括高頻小信號放大器、高頻功率放大器、寬頻帶放大器、調幅和檢波、調頻和鑒頻、鎖相環電路六個具體案例，每個案例都有實際可用的電路圖，學生根據直觀的仿真結果，驗證理論的內容、理解調制、頻率、通頻帶等通信概念。每個案例既獨立完整，彼此間又相互關聯，綜合在一起就是簡單的通信系統。

2.2實例分析

信號的放大和頻譜的搬移是射頻技術課程中的重要內容，怎樣使學生能正確理解這兩種電路也是學好這門課程的關鍵。下面我們分別進行說明。

2.2.1案例一：高頻小信號諧振放大器。

采用PSpice軟件中的原理圖制作窗口，繪制電路圖如圖1，此過程都是由教師完成。依據傳統教學，教師會對電路器件和原理進行講解，在由公式推導出電路的增益、帶寬、選擇性等。在此教學中，我們采用全新的方式，除了用仿真驗證電路的靜態參數和固定頻率的增益外，我們在教學中重點講解電路的選擇性，即放大器的幅頻特性曲線，先讓學生看到電路仿真的結果（如圖2），根據曲線讓學生自己找到諧振頻率，再引入通頻帶概念，引導學生讀出電路的帶寬。對于電路選擇性的好壞，可以將仿真電路的負載更改為雙調諧，觀察仿真結果（如圖3），比較兩種結果，形象地說明電路性能。

2.2.2案例二：調幅電路。

調制和解調電路是射頻技術課程的重點，但它們都屬于非線性電路，如果采用嚴密的理論方式講解，必定使學生陷入繁瑣的推導中，課堂接受效果不好。在教學方法上，我們采用先仿真知結果、結果反映原理、再由參數改變結果的過程，將電路器件的作用和電路原理生動、形象地呈現在學生面前。

（1）采用PSpice軟件中的原理圖制作窗口，繪制電路圖，如圖4。簡要說明各器件的功能，重點強調V8和V9是輸入信號、V是輸出電壓。

（2）設置V8和V9（PartName VSIN）主要參數：

V8：DC=0.2V，VOFF=0，VAMPL=0.14V，FREQ=60KHz；

V9：DC=0.12V，VOFF=0，VAMPL=0.08V，FREQ=3KHz。

（3）設置仿真transient（瞬態分析），如圖5。

（4）由Probe窗口輸出仿真結果，如圖6。

（5）學生可將V8和V9兩個輸入信號與結果相互比較，得到調幅電路的特點，事實證明非線性電路的合成。教師再詳細講解電路的工作原理，但要避免推導公式，將仿真波形與調幅波表達式中的各參數代表的物理量對照著說明。讓學生自己改變電路中的參數，觀察對輸出的影響。

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

（7）通過改變V8和V9參數的數值，根據仿真結果掌握調幅系數M和調幅波的功耗情況。

3.在實驗中對照仿真

射頻技術課程畢竟是理論與實際緊密結合的課程。本課程的工程性和實踐性很強，在實驗室的配備上對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。這些昂貴的設備制約著實驗室的發展。計算機的仿真可部分取代實驗設備，彌補設備不足的缺陷，讓學生完整掌握本課程的內容。但是，仿真并不能真正代替實驗，射頻實際電路經常會受到電路器件的批次、電路制造工藝、使用環境等的影響。因此，在實驗教學中，我們要求學生在實驗之前，先對實驗內容進行仿真預習，實驗結束后，再將仿真結果與實驗結果相互對照、比較，掌握電路。這樣既培養了學生掌握獨立分析電路、理解電路、消化電路的能力，又使學生深刻體會了實際生產和設計之間的關聯和差異，培養了學生的實際操作意識，適應企業的需求。

4.在課程設計和畢業項目中應用仿真

課程設計是射頻技術課程必不可少的環節，也是培養學生綜合運用知識、提高技能和培養團隊合作精神的最佳方式。在以往的教學中，課程設計受到實驗設備條件的限制，往往學生所設計的電路無法驗證其功能，從而大大降低了學生的學習興趣。再有課程設計一般只有2周左右的時間，在短時間內制作電路板，裝配和調試電路是很困難的，這些弊端使高頻的課程設計達不到預期的效果，PSpice仿真的應用及時解決了這一問題。在課程設計和畢業項目中應用仿真的好處如下：

課程設計和畢業項目本身就是一個項目的實施過程，通過項目計劃，學生養成了查找資料、識別電路圖的能力。再由PSpice的電路檢查功能，學生在仿真制圖中，對電路就不是空洞的仿照，而是直接的了解。電路的參數決定電路的性能，通過對仿真器件參數的設定，學生了解了實際電路中器件參數的重要性，并對器件的廠家和型號都有更深的了解，工作后能更快地適應崗位。仿真的結果多樣化，可以多角度、多方位地了解電路的性能。

5.結論

隨著電子技術的發展，當今企業對人才的需求也在不斷調高，這就迫切要求學校對課程內容進行改革。將EDA這種設計技術引入到教學中，使教學課程從內容到手段都發生了根本性的變化。我們在將PSpice軟件應用到射頻技術課程的教學過程中，發現學生對這門課的興趣增強，開闊了他們的視野，拓寬了學習的內容，使學生掌握了現代電子設計的方法和手段，為其將來的發展打下了堅實的基礎。

參考文獻：

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