Multisim在以工程實踐能力為導向的高頻電子線路教學中的應用

黃勇 朱昌洪

摘 要：高頻電子線路課程具有實踐性和理論性較強的特點，傳統教學注重理論而忽視學生工程實踐能力的培養。為了更好地培養學生的工程實踐能力，將電路設計仿真軟件Multisim與高頻電子線路的課堂教學、實驗和課程設計緊密結合，依托其強大的交互式仿真分析能力，實現教學做的統一，從而培養和提高學生的工程調試能力、工程測試能力和工程設計能力。現以高頻典型電路單調諧回路諧振放大器為例，探討Multisim在以工程實踐能力為導向的高頻電子線路教學中的應用。

關鍵詞：Multisim 高頻電子線路 單調諧回路諧振放大器 工程實踐能力

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（b）-0251-03

Abstract：The course of high frequency electronic circuit has the characteristics of strong practicality and theory，the traditional teaching theory and the cultivation of studentsengineering practice ability.In order to better cultivate studentsability of engineering practice， closely integrated circuit design and Simulation Software Multisim and high frequency electronic circuit teaching， experiment and course design，relying on its powerful interactive simulation analysis ability， to realize the unity of teaching， learning and doing， in order to cultivate and improve studentsengineering commissioning ability， ability of engineering test and engineering design capabilities. The application of Multisim in the teaching of high frequency electronic circuit based on engineering practice ability is discussed by taking the single tuned circuit resonant amplifier as an example.

Key Words：Multisim；High Frequency Electronic Circuit；Single Tuned Circuit Resonant Amplifier；Engineering Practice Ability

高頻電子線路是高校工科電子通信類實踐性和理論性較強的專業基礎課。該課程通過高頻信號各種功能電路的學習，掌握非線性電路的分析方法，培養學生對射頻電路與系統的分析、工程設計及其實踐動手能力。

該校作為培養應用型本科院校，應注重學生工程實踐能力的培養，采用傳統的教學方法已不能適應學校的發展定位。因此，在課堂教學、實驗和課程設計中引入Multisim仿真軟件，依托其強大的仿真分析能力實現教學做的統一，從而培養學生的工程實踐能力。

下面以高頻典型電路單調諧回路諧振放大器為例，探討Multisim11仿真軟件在以工程實踐能力為導向的高頻電子線路教學中的應用。

1 該校高頻電子線路教學中存在的問題

（1）該校高頻電子線路教學多采用傳統的教學方法，先由教師課堂講授理論知識，再做實驗，由于高頻電子線路功能電路多且都是非線性電路，大都采用工程近似分析法，學生普遍反映比較難學，缺乏興趣，大部分學生的工程實踐能力很差。

（2）實驗時采用傳統的實驗箱，由于實驗模塊功能電路元器件的參數不可調，學生只是按照實驗步驟機械做實驗，整個實驗中學生缺乏獨立思考的過程。同時由于高頻實驗易受分布參數和外部電磁干擾的影響以及使用頻繁造成元器件的損壞等原因，學生又缺乏經驗，需要耗費大量的時間進行排查故障，而實驗時間有限，通常實驗不能達到預期的效果。因此，學生的工程實踐能力也不能得到很好的培養。

2 Multisim11仿真軟件在高頻教學中的應用

2.1 引入Multisim仿真軟件后的教學設計

傳統教學都是先理論后實驗，現在引入Multisim仿真軟件后，課堂教學可采取先做仿真實驗，學生討論后再進入理論講解的過程，學生的主動性和積極性大增。課后學生再用仿真軟件進行仿真和做作業，實現學生的做中學。課堂的仿真實驗與實驗箱實驗高度一致，學生通過仿真實驗熟悉實驗原理，按照工程調試的步驟可以快捷更改元器件參數，理論與實踐緊密結合。實際實驗時，由于已在仿真實驗中做過，遇到問題就能及時排查故障，從而大大提高了實驗的成功率和效果，學生興趣大增，提高了學生的自信心、主動性和積極性。因此，能夠有效培養學生的工程實踐能力。

2.2 Multisim11仿真應用實例

高頻小信號放大器是高頻的典型電路，其教學主要講授單調諧諧振放大器的原理。現以其為例，探討Multisim11仿真軟件在高頻教學改革中的應用。

2.2.1 單調諧回路諧振放大器工作原理

高頻小信號放大器的主要質量指標有增益、通頻帶、選擇性等，其電路主要由輸入回路、晶體管、輸出回路組成，為了與RZ8653型高頻實驗箱相結合，采用實驗箱電路原理圖，如圖1所示。R1、R2、R4、R6為偏置電阻，提供靜態工作點，C1是R4的旁路電容；由R3、C4、C5、T1（回路電感L=4uH）構成的諧振回路，作為輸出回路；Q2、R9、R10構成射極跟隨器以提高帶負載能力。由于Multisim11元件庫沒有晶體管9018，查參數后可用2N2369替換。

2.2.2 工程調試的仿真過程

（1）晶體管靜態工作點的調整。

放大器在小信號狀態下的ICQ一般取0.8～2 mA，依據相關理論計算可得靜態工作點UCQ=1.5～3.5V。在輸入信號為0的情況下，調整R1、R2、R6，使Q1的基極直流電壓約為2.5 V，此時用multisim的直流分析如圖2所示，基極電流IB=15.136 15 mA，ICQ=1.220 12 mA，IEQ=-1.235 26 mA，與理論值基本相符，此時放大器工作在甲類。

（2）諧振頻率的調整。

調整可調電容C5，可通過波特圖示儀XBP1觀測，此時諧振頻率為6.154 MHz，增益為18.234 262，見圖3，也可從頻率計XFC1讀出，此時與波特圖示儀的測試數據相比會有誤差。用示波器觀測見圖4，A通道為輸出，B通道為輸入。當輸入信號頻率為5 MHz時，其輸出信號波形與圖4相比，輸出信號會減小，因此，高頻小信號放大器具有選頻和放大的作用。

2.2.3 工程測試的仿真分析

（1）靜態工作點對單調諧諧振放大器幅頻特性相頻特性的影響

改變靜態工作點電壓，可以發現，晶體管Q1基極電壓減小時，ICQ減小，幅頻特性幅值會減小，曲線變“瘦”，帶寬減小；Q1基極電壓增大時，ICQ增大，幅頻特性幅值會增大，曲線變“胖”，帶寬加大。

（2）集電極負載對單調諧諧振放大器幅頻特性相頻特性的影響改變集電極負載R3，可以發現，集電極負載增大時，幅頻特性幅值會增大，曲線變“瘦”，Q增大，帶寬減少；集電極負載減小時，幅頻特性幅值會減小，曲線變“胖”，Q減小，帶寬加大，與理論計算相符。

（3）當輸入信號較強時，會造成輸出波形失真，此時應減小輸入信號，也可以增大電阻R8或在Q1的發射極串聯一個小電阻（幾十歐）做負反饋，用來控制和調整增益，提高電路的穩定性。

（4）對比在T1的次級直接接負載和通過射極跟隨器接負載，可以發現采用射極跟隨器后大大提高了電路的帶負載能力。

在整個仿真過程中還可以設置器件故障，培訓學生排查故障的能力，也可用虛擬的3D面包板實驗電路和3D元件庫搭建電路進行實驗，完成老師布置的高頻設計任務，從而培養和提高學生的工程測試和工程設計能力。

3 結語

實踐證明，將multisim仿真軟件與高頻電子線路的教學緊密結合，學生學習興趣大增，主動性和積極性很高，能有效完成和實現教學做的統一，進而提高學生的工程測試能力、工程設計能力和課程的教學質量。

參考文獻

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