通信電子線路中倍頻電路教學(xué)的改革

摘要： 在通信電子線路課的倍頻電路的理論教學(xué)中，筆者運(yùn)用Multisim8仿真軟件，通過對電路和波形的仿真，將抽象難懂的理論和概念，形象、易懂地展示出來，取得不錯(cuò)的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 倍頻電路 Multisim8 仿真波形

引言

《通信電子線路》課程是通信技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)內(nèi)容理論性較強(qiáng)，概念抽象，學(xué)生感到學(xué)習(xí)過程枯燥無味，學(xué)習(xí)內(nèi)容難懂。為幫助職業(yè)學(xué)校學(xué)生克服學(xué)習(xí)困難，提高學(xué)習(xí)信心和樂趣，筆者借助EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具輔助教學(xué)，模擬實(shí)驗(yàn)，使教學(xué)過程生動(dòng)形象、直觀，提高了學(xué)習(xí)效率。

1.Multisi8的優(yōu)點(diǎn)

Multisi8是繼Multisim2001、Multisim7后，由加拿大的IIT公司于2005年推出的升級版。Multisim8是一個(gè)能進(jìn)行電路原理設(shè)計(jì)、對電路功能進(jìn)行測試分析的仿真軟件。它的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供仿真選用，提供的虛擬測試儀器儀表種類齊全，還有較為詳細(xì)的電路分析功能，仿真速度更快。它將實(shí)驗(yàn)過程中創(chuàng)建的電路原理圖、使用到的儀器、電路測試分析后結(jié)果的顯示圖表等全部集成到同一個(gè)電路窗口中，具有直觀、方便、實(shí)用和安全的優(yōu)點(diǎn)。

2.倍頻器的作用、基本原理和分類

倍頻器是《通信電子線路》課程學(xué)習(xí)內(nèi)容中的一個(gè)重要單元電路。倍頻器廣泛應(yīng)用于無線電通信發(fā)射機(jī)或其它電子設(shè)備的中間級。倍頻器的作用是將輸入信號(hào)頻率值成整數(shù)倍（2倍、3倍…n倍）增加的電路。若輸入頻率為fi，則輸出頻率為f0=nfi，其中系數(shù)n為任意正整數(shù)，稱倍頻次數(shù)。

倍頻器是非線性電路，按工作原理的不同，晶體管倍頻器分為兩大類：一類是利用丙類放大器電流脈沖中的諧波經(jīng)選頻回路獲得倍頻，稱為丙類倍頻器；另一種是利用晶體管的結(jié)電容隨電壓變化的非線性來獲得倍頻，叫做參量倍頻器（即變?nèi)荻O管、階躍二極管倍頻）。當(dāng)工作頻率不超過MHz時(shí)，主要采用丙類倍頻器；當(dāng)工作頻率超過100MHz時(shí)，主要采用參量倍頻器。

3.丙類倍頻器的工作原理和仿真

丙類倍頻器的工作原理是利用晶體管的非線性電阻效應(yīng)，將正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)檎颐}波，正弦脈波含有豐富的諧波分量，然后用選頻回路將它的某次諧波選出，完成倍頻的作用。

晶體管諧振放大器工作在丙類時(shí)，其集電極電流脈沖中含有豐富的諧波分量，若將集電極諧振回路調(diào)諧在二次諧波或三次諧波頻率上，放大器的輸出只有二次諧波電壓或三次諧波電壓。這樣丙類放大器就變成為二倍頻器或三倍頻器。

倍頻器的輸入正弦波電壓瞬時(shí)值可寫為ui（t）=Uim sinωt，輸出電壓瞬時(shí)值可寫為uo（t）=Uonm sin（nω）t，其中Uonm為輸出電壓的n次諧波電壓振幅。

為教好倍頻器電路部分的教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)職業(yè)學(xué)校學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)需求，筆者嘗試采用Multisim8仿真軟件進(jìn)行教學(xué)。

用Multisim8進(jìn)行仿真分析的一般步驟為：（1）根據(jù)原理電路，創(chuàng)建仿真電路；（2）設(shè)置電路圖中各元器件的參數(shù)和有關(guān)選項(xiàng)；（3）調(diào)用仿真儀器，設(shè)定仿真分析方法（4）打開仿真開關(guān)，啟動(dòng)Multisim8仿真，仿真結(jié)果將展示在計(jì)算機(jī)的窗口中。

下面是丙類二倍頻器和三倍頻器的仿真教學(xué)過程。

3.1丙類二倍頻器的仿真

（1）在Multisim8中創(chuàng)建仿真電路如下圖1所示。電路中為使晶體管工作在丙類采用了0.4v小的正偏壓，圖中V1為正弦波信號(hào)，其參數(shù)設(shè)置為電壓振幅為1V，頻率為1MHz；電感L1和電容C1組成諧振回路，具有選頻作用，其調(diào)諧在信號(hào)的二次諧波頻率上，參數(shù)設(shè)置完畢后，保存該電路。另外，圖中示波器XSC1用于觀察輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形。

（2）打開仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，在示波器Timebase區(qū)設(shè)置X軸合適的時(shí)基掃描時(shí)間，在Channel A和Channel B區(qū)分別設(shè)置A、B通道輸入信號(hào)在Y軸適當(dāng)?shù)娘@示刻度，可得仿真波形如圖2所示。比較兩個(gè)游標(biāo)之間的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形可見：輸出信號(hào)周期為輸入信號(hào)的1/2，根據(jù)頻率與周期成反比的關(guān)系，可知輸出頻率為輸入頻率的2倍，即實(shí)現(xiàn)了二倍頻。

3.2丙類三倍頻器的仿真

（1）在Multisim8中創(chuàng)建仿真電路如圖1所示，不同的是諧振回路L1C1的數(shù)值有改變（L1=22nH，C1=0.125μH），使其調(diào)諧在信號(hào)的三次諧波頻率上。

（2）啟動(dòng)仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)，給示波器設(shè)置合適的狀態(tài)，仿真波形如圖3所示。

同樣比較兩個(gè)游標(biāo)之間的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的波形可見：輸出信號(hào)周期為輸入信號(hào)的1/3，即輸出頻率為輸入頻率的3倍，即實(shí)現(xiàn)了三倍頻。

另外從圖2和圖3可見：在同樣的輸入信號(hào)幅度時(shí)，三倍頻器的輸出電壓明顯減小。

為了提高輸出功率和效率，單級丙類倍頻器一般只作為二倍頻器或三倍頻器使用。若要提高倍頻次數(shù)，可以采用多級丙類倍頻器來實(shí)現(xiàn)。例如，要獲得六次倍頻可將一個(gè)二倍頻器和一個(gè)三倍頻器級聯(lián)起來使用。

通過仿真教學(xué)，將倍頻電路原理和波形直觀的展現(xiàn)出來，使抽象的理論和概念形象化，有助于學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高課堂教學(xué)效果。

結(jié)語

現(xiàn)在職業(yè)學(xué)校的學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差，而現(xiàn)代社會(huì)對職業(yè)工作者要求卻不斷提高，學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間應(yīng)掌握好專業(yè)理論基本知識(shí)，為將來踏入工作崗位打下扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法顯然已不適應(yīng)時(shí)代需求了。教師可以嘗試在專業(yè)課程的理論教學(xué)中采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真的教學(xué)方法，將抽象難懂的理論和概念直觀、易懂、清晰明了地展示出來，讓學(xué)生在課堂上就能感受到實(shí)驗(yàn)才有的測量效果，克服傳統(tǒng)理論教學(xué)的不足。教學(xué)實(shí)踐表明，在專業(yè)課程的理論教學(xué)中，借助Multisim仿真軟件輔助教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，學(xué)習(xí)效率提高了。教無定法，學(xué)無止境。為適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知需求，教師必須采用不同的教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量和效果，達(dá)到教學(xué)目的。

參考文獻(xiàn)：

［1］王冠華等.Multisim8電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2006.

［2］謝沅清等.通信電子線路［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2000.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。”