Multisim仿真在高頻電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用*

陶玉貴

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽蕪湖241006）

Multisim仿真在高頻電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用*

陶玉貴

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，安徽蕪湖241006）

針對(duì)高頻電子技術(shù)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出在教學(xué)過(guò)程中引入Multisim仿真進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)與分析，并以普通調(diào)幅電路、雙邊帶調(diào)幅電路和同步檢波電路仿真分析為例，對(duì)Multisim仿真運(yùn)用于高頻電子技術(shù)課程教學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐探索。

Multisim仿真；高頻電子技術(shù)；振幅調(diào)制；同步檢波

引言

“高頻電子線路”是電子信息工程技術(shù)專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)課程，與“高等數(shù)學(xué)”、“電路基礎(chǔ)”、“低頻電子線路”等前導(dǎo)課程聯(lián)系緊密，涉及內(nèi)容多、概念抽象，公式推導(dǎo)繁瑣，是集理論性、實(shí)踐性和工程性于一體的課程，在分析方法上具有復(fù)雜性，在線路種類和形式上具有多樣性。學(xué)生普遍具有畏難情緒，形成了學(xué)生難學(xué)、實(shí)驗(yàn)難做、教師難教的局面[1]。為改變傳統(tǒng)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，在課堂教學(xué)過(guò)程中引入Multisim仿真是一個(gè)行之有效的方法。

1 虛擬仿真軟件Multisim13簡(jiǎn)介

NI Multisim13是由美國(guó)國(guó)家儀器有限公司研發(fā)的最高版本的電路模擬仿真軟件。它提供種類齊全的虛擬儀器儀表，主要有萬(wàn)用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、波特測(cè)試儀、四通道示波器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等，還有Agilent示波器、Tektronix示波器的專業(yè)測(cè)試儀器，測(cè)試數(shù)值精確可靠。具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成交直流分析、瞬態(tài)分析、噪聲分析、失真分析、零-極點(diǎn)分析、靈敏度分析、蒙特卡羅分析、批處理分析等電路分析方法。NI Multisim13將電路原理圖、功能測(cè)試和仿真結(jié)果匯集到一個(gè)電路窗口，結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。與NI LabⅥEW和Signal Express軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測(cè)量，具有界面直觀、元器件種類多、儀器儀表齊全、參數(shù)修改方便、分析方法多樣等優(yōu)點(diǎn)[2]。

2 Multisim仿真在高頻電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

高頻電子技術(shù)課程內(nèi)容主要包括小信號(hào)選頻放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、振幅調(diào)制與解調(diào)電路、混頻電路、角度調(diào)制與解調(diào)電路、反饋控制電路等[3]。在教學(xué)過(guò)程中可以利用Multisim13軟件中豐富的元器件模型進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，再利用其提供的各種虛擬儀器儀表對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，把理論知識(shí)融入仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)電路仿真加深對(duì)抽象理論知識(shí)的理解，從而改善課堂教學(xué)的效果。下面以振幅調(diào)制和同步檢波電路為例闡述Multisim在高頻電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用。

2.1 普通調(diào)幅電路仿真分析

普通調(diào)幅波Multisim仿真電路如圖1所示。可以推導(dǎo)出輸出普通調(diào)幅波信號(hào)

普通調(diào)幅波仿真波形如圖2所示，從示波器上顯示的波形可以看出，調(diào)幅波的包絡(luò)線與調(diào)制信號(hào)完全一致，調(diào)幅波的中心頻率和載波信號(hào)頻率完全一致，最大振幅為57.287V，最小振幅為9.579V；從頻譜仿真（圖3所示）測(cè)試結(jié)果分析來(lái)看，頻譜測(cè)試結(jié)果為載頻分量（100.003kHz/33.793V）、上邊頻分量（109.920kHz/12.014V）和下邊頻分量（90.085kHz/ 12.017V）。忽略誤差，普通調(diào)幅波振幅、頻譜的理論計(jì)算值和仿真測(cè)量值基本一致。

圖1 普通調(diào)幅波Multisim仿真電路

圖2 普通調(diào)幅電路的仿真波形

圖3 雙邊帶調(diào)幅電路頻譜仿真分析

2.2 雙邊帶調(diào)幅電路仿真分析

雙邊帶調(diào)幅波Multisim仿真電路如圖4所示。可以推導(dǎo)出輸出的雙邊帶調(diào)幅波信號(hào)

其頻譜包含兩個(gè)頻率分量：上邊頻分量（110kHz/ 12V）和下邊頻分量（90kHz/12V）。

圖4 雙邊帶調(diào)幅波Multisim仿真電路

雙邊帶調(diào)幅波仿真波形如圖5所示，從示波器上顯示的波形可以看出，調(diào)幅波的中心頻率和載波信號(hào)頻率完全一致，當(dāng)調(diào)制信號(hào)過(guò)零值變化時(shí)，雙邊帶調(diào)幅信號(hào)均將發(fā)生180°的相位突變；從頻譜仿真（圖6所示）測(cè)試結(jié)果分析來(lái)看，頻譜測(cè)試結(jié)果為上邊頻分量（110.021kHz/11.445V）和下邊頻分量（90.062kHz/11.425V）。忽略誤差，雙邊帶調(diào)幅波頻譜的理論計(jì)算值和仿真測(cè)量值基本一致。

圖5 雙邊帶調(diào)幅電路的仿真波形

圖6 雙邊帶調(diào)幅電路頻譜仿真分析

2.3 同步檢波電路仿真分析

圖7 同步檢波Multisim仿真電路

用四通道示波器分別觀察調(diào)制信號(hào)、雙邊帶調(diào)幅波、同步信號(hào)和檢波輸出信號(hào)波形，如圖8所示，可以看出解調(diào)信號(hào)與調(diào)制信號(hào)基本一致。

圖8 同步檢波電路的仿真波形

3 結(jié)束語(yǔ)

在高頻電子技術(shù)課程教學(xué)中使用Multisim13仿真軟件，一方面在課堂上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)演示，使知識(shí)的學(xué)習(xí)不再枯燥乏味，加深對(duì)理論的理解，使學(xué)生對(duì)高頻電路的功能、工作過(guò)程、信號(hào)變化建立起動(dòng)態(tài)、形象直觀的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率；另一方面，學(xué)生利用Multisim13仿真軟件進(jìn)行電路建模、仿真、調(diào)試，通過(guò)優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)得出最佳的電路設(shè)計(jì)方案，從而提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、分析能力和自學(xué)能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思考的積極性[4]。同時(shí)利用Multisim真實(shí)的仿真平臺(tái)，如同置身于實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)一樣，且不必為損壞儀器和元器件而煩惱，還能彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足問(wèn)題，可以作為實(shí)踐教學(xué)的有力補(bǔ)充。因此，將計(jì)算機(jī)仿真教學(xué)與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，能夠更好地提高教學(xué)質(zhì)量，提升教學(xué)效果。

注釋及參考文獻(xiàn)：

[1]廖永忠．《高頻電子線路》課程教學(xué)改革探索[J]．長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2014，11（22）：116-118．

[2]徐宇寶．基于Multisim的虛擬電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，31（1）：73-75．

[3]胡宴如．高頻電子線路[M]．北京：高等教育出版社，2008．

[4]吳學(xué)軍．基于EDA仿真技術(shù)的《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)[J]．西昌學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，29（1）：157-160．

Application of Multisim Simulation in Teaching of High Frequency Electronic Technology

TAO Yu-gui
（School of Information Engineering,Wuhu Institute of Technology,Wuhu，Anhui 241006）

Aiming at the problems in teaching of high frequency electronic technology,Multisim simulation was put forward in the teaching process to assist design and analysis,takeing AM circuit,double sideband amplitude modulation and synchronous detection circuit simulation analysis as examples,the paper explored the Multisim simulation used in high frequency electronic technology course teaching.

Multisim simulation;high frequency electronic technology;amplitude modulation;synchronous detection

TN70-4；TP391.9

A

1673-1891（2015）03-0150-03

2015-05-11

安徽省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2014zy147）。

陶玉貴(1979-)，男，安徽南陵人，副教授，碩士，主要從事信號(hào)檢測(cè)與處理方面的研究。