包絡檢波電路教學方法改革

馬曉琳，翟功全，楊成全

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包絡檢波電路教學方法改革

馬曉琳[1]，翟功全2，楊成全2

（軍械工程學院 1. 無人機工程系，2. 學員一旅，河北 石家莊 050003）

以二極管包絡檢波電路為例，將問題式教學方法與仿真教學相結合．從如何實現中波信號中聲音解調的實際問題出發，以聲音的接收為主線，將課程內容以問題鏈的形式逐步展開．使電路設計、電路數學分析方法、真實器件的選取、仿真的應用等融合為一體，突破單純的知識點傳授，重點培養學生的思維方式和觀察判斷能力，為課程設計提供新的思路．

包絡檢波電路；問題式教學；教學方法

針對高頻電子技術課程改革，為加深學生對理論知識的理解，培養學生的動手能力和創新能力[1]，以二極管峰值檢波電路為例，探究如何將問題式教學方法與仿真教學相結合，為課程設計提供新的思路．

1 檢波電路傳統教學方法

二極管包絡檢波器主要由二極管和RC低通濾波電路組成，工作在大信號檢波狀態下時，具有理想的線性解調性能，輸出電壓能夠不失真地反映輸入調幅波的包絡變化規律．二極管包絡檢波適合于解調含有較大載波分量的大信號的檢波，具有電路簡單，易于實現的優點[2]．傳統教學方法以基本原理講授為主，介紹檢波電路的工作原理通過二極管的導通和電容的充放電來實現峰值包絡的提取，繼而介紹質量指標計算，包括檢波效率、等效輸入電阻和對失真問題的探討，最后配以實驗驗證[3]．傳統的教學方式往往存在諸多局限性，一是理論較為抽象不利于學生理解，根據以往教學經驗，失真問題一直是本講的難點，即使實驗驗證，學生也往往不知所做究竟為何，不利于學生創新思維和動手能力的培養；二是采用“授之以魚”的教學方法，從電路結構原理分析，再到指標計算和失真分析，過多強調“是什么”，卻沒有充分體現“為什么”．因此，在實際授課過程中，這部分內容學生普遍反映難學，教師感覺難教．

2 以問為主創新教學方法

目前問題式教學法已經被廣泛應用于教學中，問題式教學激勵學生去“疑”、去“問”，將問題貫穿于整個教學過程．學生帶著問題去學習，學習目標明確，事半功倍，有的放矢．本節課的設計圍繞如何實現中波信號中聲音的解調，從電路形成的構思，給出包絡檢波電路結構和原理分析，到電路性能指標的計算．

第二，書簽標記。專家要使用書簽對不同等級能力水平最低者可以正確解答的題目的三分之二進行標記。對專家書簽標記不同等級達標線題目難度的平均程度加以計算。

在性能提升的同時，發現聲音失真問題的出現，繼而對失真問題進行重點的剖析和探討，進一步改進和調整電路．整節課以聲音的接收為主線，把“聲音”貫穿課程的始終．

2.1 開篇設疑

課程伊始，播放一段廣播錄音，引導學生思考這個聲音從哪里來，又是如何從收音機里“飄”出來的．課程就將圍繞這個問題展開，也就是如何從中波廣播信號中解調出聲音信號，實現普通調幅波信號的解調．

2.2 構建分析電路

在超外差式接收機中，檢波技術的好壞，直接影響到信號的分離和提取，決定了最后收聽聲音信號的質量．

從頻譜上看，普通調幅信號即AM波的頻譜，特點是以載波頻率為中心，兩邊對稱調制信號頻率，檢波的過程無外乎是將頻譜進行了線性的搬移，再取出包絡信號．利用所學知識，學生很自然地想到利用非線性元器件來實現頻譜的搬移和選擇，引導學生利用二極管搭建最簡單的檢波電路（見圖1）．學生根據已有知識搭建完成電路之后，他們所關心的問題自然就是“這個檢波電路的性能如何”，即如何來衡量這個檢波電路的質量指標．從而引出檢波效率、輸入內阻等指標的求取．

本發明公開了一種高耐藥性和耐熱性合金銅箔的鍍液和制備方法，鍍液包括氯化鋅、氯化鎳、氯化鉀、緩沖劑、配位劑、表面活性劑和輔助添加劑。配位劑為檸檬酸、酒石酸、磺基水楊酸和/或氨基磺酸及其鹽；表面活性劑為十二烷基磺酸鈉和/或十二烷基硫酸鈉；輔助添加劑為胡椒醛、氯苯甲醛、肉桂醛、抗壞血酸、苯甲酸和煙酸、木質素磺酸鈉、芳香烯酮和/或苯乙基酮；鍍液至少包括7種以上的化合物。用本發明制造的銅箔鍍層細密、平整、光亮的鍍層；銅箔具有較高的熱力學穩定性，鋅鎳合金鍍層還具有良好的耐高溫腐蝕性，可用于高密度、多層化、細線路印制線路板的制造。

2.2.1 課堂實驗驗證聲音信號的變化 將學生實驗中使用到的晶體管超外差式收音機引入課堂，HX108-2七管半導體收音機示意圖見圖2．將其內部檢波部分的電阻替換為一個電位器，可以在一定范圍內調節阻值．將收音機調節在一個實時播放的頻道節目上，用無感改錐旋轉電位器的旋鈕．改變的阻值，按照預先的設想增大電阻，發現收聽的效果非但沒有變好，反而出現音量減小甚至語音的可懂度嚴重降低的現象．此時理論分析和實驗驗證似乎出現了矛盾，學生們迫切地想要尋求答案．

2.2.2 仿真分析，探求失真理論根源 為解決上述問題，可以引導學生快速搭建一個Multisim仿真電路[4]，在檢波電路工作正常的情況下，增大電阻可看到，檢波后的波形出現失真[5]．經過分析這種失真主要分為２種失真，一種是由于提高電阻帶來的充電時常數為增大，放電速度過慢，跟不上輸入調幅波包絡的下降速度，產生的惰性失真；另一種是當考慮到檢波器和下一級連接時，需要通過阻容耦合接入負載電路，由于檢波器的直流負載電阻與交流（音頻）負載電阻不相等，而且調幅度又相當大時，使檢波器音頻輸出電壓負峰被切割[6]，從而產生的負峰切割失真．惰性失真和負峰切割失真仿真結果見圖3、圖4．引導學生推導出不產生這２種失真的條件，惰性失真即為２種速度的對比，電容上電壓變化的速度應比高頻電壓包絡變化速度快；而負峰切割失真是２個電阻的對比，直流負載電阻和交流負載電阻差別越小越不易產生失真．為在聲音信號中體現負峰切割失真，采用Matlab仿真建立聲音調幅與解調系統，從聲音信號的輸入和采樣，經過模擬乘法器調幅，再進行包絡檢波，輸出至喇叭，學生可以真切地聽到輸出的聲音音量變小，并且可懂度降低，與課堂實驗結果完全吻合．利用Matlab搭建的調幅與檢波仿真演示系統見圖5．

2.2.3 電路改進與知識擴展 為了避免負峰切割現象的出現，能否從電路結構上進一步進行調整．可引導學生嘗試采用以下方法：（1）提高交流負載電阻．如在檢波器與下一級低頻放大器之間插入高輸入電阻的射極跟隨器．采用三極管檢波電路，形成射級跟隨檢波器，三極管除有檢波作用外，還具有電流放大的作用，提高了檢波器的輸入阻抗，這種電路在電視接收機的集成電路中常被采用．（2）合理分解負載電阻．將負載電阻分為２部分，并通過隔直電容將后級電路并接在其中一部分的兩端，這樣當負載電阻維持一定時，可保證交直流負載阻值差別較小，因此在實際廣播收音機中檢波器中大多采用這種電路[7]．進而可將問題再深入擴展，是否還有其他原因所產生的失真，二極管和電容真實器件的取值該如何選擇等．

你這不是見外了哈，還拿這些東西來干啥，嬸子可不高興了啊。李老黑的老婆看見我走進院子，笑出一臉褶子來，迎上來從我手上接走了雞，還騰出倆指頭伸進雞屁眼里摸了摸。喲，這個還有蛋哩。她把兩只雞放進了自家尼龍網圍起的雞棚里。

2.3 效果檢驗

將檢波電路中涉及的知識點以聲音信號的接收為主線進行組合，建立起系統的概念，并體現內容的內在聯系性，將知識點與實驗現象緊密聯系，在近２年考試中涉及包絡檢波題目得分率提升了43%．在內容設計方面，整節課以聲音的接收為主線，增強了學習內容的趣味性，在實際授課中明顯感到學生學習的興趣大幅提升了．教學實踐表明，只有將傳統的實驗方法、仿真實驗和多種教學方法相結合，才能更好地實現現代化教學模式，更好地為教學服務[8]．

3 結束語

本文以二極管包絡檢波電路為例的設計從實際需求出發，提出問題，即如何實現中波信號中聲音的解調，建立整體意識，并體現內容的內在聯系性．強調實踐性教學，注重學員擴展性思維的培養，以實際問題為牽引，將內容以問題鏈的形式逐步展開．在這樣一種教學模式下，講授的痕跡逐漸淡化，而變為教員和學員共同學習和探討，收到了良好的效果．

[1] 馬興平，程秀英，侯衛周．基于Multisim10.1的二極管峰值包絡檢波仿真[J]．實驗技術與管理，2012（2）：85-87

[2] 黃培根．用計算機實現二極管包絡檢波的仿真實驗[J]．麗水學院學報，2009（5）：97-100

[3] 吳東升．基于PSPICE的二極管包絡檢波電路的仿真研究[J]．科技信息，2008（24）：353

[4] 唐贛，吳翔．Multisim10&Ultiboard原理圖仿真與設計[M]．北京：電子工業出版社，2008

[5] 黃智偉．基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設計與分析[M]．北京：電子工業出版社，2008

[6] 張肅文．高頻電子線路[M]．北京：高等教育出版社，2006

[7] 常亮．二極管包絡檢波電路原理及失真探究[J]．電子測試，2013（17）：34-36

[8] 孫立輝．Multisim軟件在電路理論教學中的應用[J]．硅谷，2010（19）：159-160

Reform of teaching method of envelope detection circuit

MA Xiao-lin1，ZHAI Gong-quan2，YANG Cheng-quan2

（1. Department of UAV Engineering，2. 1st Brigade of Students，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China）

Based on the diode envelope detection circuit as an example，introduced the teaching method of envelope detection circuit which is the combination of question teaching and simulation．Starting from the practical problems of how to realize the sound wave in signal demodulation，the receiver of voice was taken as the main line，and the course content is gradually expanded in the form of problem chain．So the teaching of simple knowledge points was broken to make the circuit design，circuit mathematics analysis method，the selection of real devices，the application of the simulation and so on with new ones．This teaching method focused on the training of students thinking mode and provided a new idea for course design.

envelope detection circuit；question teaching；teaching method

TN763.1∶G424.1

Ａ

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.03.022

2016-01-15

河北省高等教育學會2014年度高等教育科學研究課題立項（Gjxh2014-03）

馬曉琳（1979-），女，河北石家莊人，講師，碩士，主要從事電子技術研究．E-mail：mxl_linda@163.com