面向工程教育的通信電子線路實(shí)踐教學(xué)改革

董延　彭榮群

【摘 要】為了適應(yīng)社會的需要，各高校的理工類學(xué)科專業(yè)都在逐步實(shí)施面向工程教育的教學(xué)改革，而實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革則是其中最重要的一個環(huán)節(jié)。為了加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，我們對通信電子線路的課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革，使其更具有可擴(kuò)充性，提高了綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΓY(jié)合電子電路EDA工具的使用，對教材的理論知識與實(shí)際實(shí)驗(yàn)電路之間差距進(jìn)行了彌補(bǔ)，一方面能夠充分利用課余的時間，另一方面也發(fā)揮了學(xué)生的主動性，提高了學(xué)習(xí)興趣。

【關(guān)鍵詞】通信電子線路；實(shí)驗(yàn)改革；課程設(shè)計(jì)；EDA

隨著我國高等教育的不斷普及和提高，如何解決傳統(tǒng)的教育模式與社會需求之間的脫節(jié)愈來愈引起重視，國家為此提出了面向工程教育的改革方針，要求培養(yǎng)不僅具有扎實(shí)的理論知識，更要具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力、具有良好的綜合素質(zhì)的工程人才。我們在教學(xué)實(shí)踐中也嘗試以此為目標(biāo)，對通信工程專業(yè)的課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革，從鍛煉工程實(shí)踐能力角度出發(fā)，最關(guān)鍵的就是課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革。

通信電子線路是通信工程專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的理論性，同樣具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。而且面向工程教育的改革方案以縮短理論學(xué)時，加強(qiáng)實(shí)踐鍛煉為手段，這就要求實(shí)踐環(huán)節(jié)不僅能夠完成驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，而且還要能夠鍛煉學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，達(dá)成對課堂教學(xué)的延伸和補(bǔ)充。通信電子線路實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革從以下三個方面來入手。

1 完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時是教學(xué)計(jì)劃限定的，如何提高這個時間的效率是首要問題，也即希望學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時間內(nèi)除了完成計(jì)劃安排的實(shí)驗(yàn)以外，還可以自己完成多個知識點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為此，我們事先必須準(zhǔn)備好充分的實(shí)驗(yàn)電路模塊和資料，把通信電子線路各個知識點(diǎn)都作為一個具有獨(dú)立功能的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來處理，準(zhǔn)備許多單元電路供實(shí)驗(yàn)使用。

比如，選頻電路模塊包括LC串并聯(lián)諧振電路、常用低通濾波器和帶通濾波器、集總參數(shù)選頻濾波器等；正弦波振蕩器模塊包含LC電感反饋式振蕩器和各種三端式振蕩器、以及晶體振蕩器等；小信號諧振放大模塊包含單調(diào)諧放大器、雙調(diào)諧放大器及其自動增益控制電路；混頻器依據(jù)原理包含二極管平衡乘法器、二極管雙平衡乘法器、三極管混頻器和模擬IC乘法電路；功率放大器含有丙類諧振功率放大器、寬帶功率放大器等；通信系統(tǒng)中最重要的調(diào)制與解調(diào)也是實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn)內(nèi)容，線性調(diào)制系統(tǒng)的AM調(diào)制、DSB調(diào)制、SSB調(diào)制，線性解調(diào)的相干解調(diào)（模擬乘法器同步檢波）與非相干解調(diào)（二極管峰值包絡(luò)檢波器），非線性調(diào)制系統(tǒng)的FM信號發(fā)生器、FM疊加型相位鑒頻器、FM乘積型相位鑒頻器、雙失諧回路斜率鑒頻器等。這些獨(dú)立的電路模塊通過合理的組合可以完成許多不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，允許學(xué)生發(fā)揮想象自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

對于部分典型的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上予以詳細(xì)的講解，這些實(shí)驗(yàn)有高頻小信號放大器實(shí)驗(yàn)、二極管平衡式混頻器實(shí)驗(yàn)、三極管變頻實(shí)驗(yàn)、三端式正弦波振蕩器實(shí)驗(yàn)、晶體振蕩器實(shí)驗(yàn)、功率放大器實(shí)驗(yàn)、AM調(diào)制與解調(diào)、FM調(diào)制與解調(diào)等。除此以外，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書還提供了綜合性的實(shí)驗(yàn)方案供參考，如幅度調(diào)制發(fā)射機(jī)實(shí)驗(yàn)、超外差式無線電接收機(jī)實(shí)驗(yàn)、調(diào)頻無線對講機(jī)實(shí)驗(yàn)和鎖相環(huán)頻率合成器實(shí)驗(yàn)等。

2 仿真結(jié)合實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在教學(xué)和實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，電子電路EDA工具有許多，最經(jīng)典的是Spice[1]，它于1972年誕生在美國加州大學(xué)伯克利分校，經(jīng)過多年的演進(jìn)優(yōu)化，現(xiàn)在的主要版本是Cadence公司的OrCAD PSpice，許多EDA工具中的仿真部分如Multisim、Tina Pro都是基于Spice的再開發(fā)。

如圖所示是通信電子線路實(shí)驗(yàn)基本模塊里的二極管單平衡乘法器與二極管雙平衡乘法器的PSpice仿真電路及輸出，而觀測各個節(jié)點(diǎn)的波形可以使學(xué)生更好的掌握其工作原理。

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在一個問題，由于教材中的原理性電路與實(shí)驗(yàn)的實(shí)際電路之間差別較大，通常為了講解這些實(shí)際電路的原理要占用很多的實(shí)驗(yàn)時間并且學(xué)生還不得要領(lǐng)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐過程中，我們認(rèn)為這個工作交給EDA來完成是非常有效的，在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)對實(shí)際電路的進(jìn)行簡單講解，由學(xué)生在課余時間完成實(shí)驗(yàn)電路的仿真工作，一方面對電路的工作原理有了更深的認(rèn)識，另一方面在做實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)的過程中對于電路的各種可能現(xiàn)象有了預(yù)判，這種改進(jìn)措施不僅可以提高實(shí)驗(yàn)的效率，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)

通信電子線路實(shí)踐教學(xué)改革的另一個環(huán)節(jié)是課程設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)的目的是為了使學(xué)生加深對所學(xué)的通信電路知識的理解，使學(xué)生能比較扎實(shí)地掌握通信電子線路課程的基礎(chǔ)知識和基本理論，掌握通信系統(tǒng)及有關(guān)設(shè)備的分析、開發(fā)等基本技能，受到必要工程訓(xùn)練、初步的科學(xué)研究方法訓(xùn)練和實(shí)踐鍛練，增強(qiáng)分析問題和解決問題的能力。

課程設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量發(fā)揮學(xué)生的主動性，自行設(shè)計(jì)電路，自擬實(shí)驗(yàn)方案，部分單元電路可以采用實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)?zāi)K電路。結(jié)合前面所述的綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與電路仿真分析，課程設(shè)計(jì)的題目是以完成一個小型的具備發(fā)射和接收能力通信系統(tǒng)為目標(biāo)[2]。

（1）調(diào)幅發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生掌握調(diào)幅發(fā)射機(jī)的原理，AM信號的產(chǎn)生方式，要求具有功率放大能力。如果學(xué)生具有較強(qiáng)的能力，可以繼續(xù)完成SSB信號的發(fā)射機(jī)，具體可以參考業(yè)余無線電臺的技術(shù)資料。

（2）調(diào)幅接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生掌握超外差式接收的原理，掌握AM信號解調(diào)的方法，可以在此基礎(chǔ)之上添加自動增益控制等電路以實(shí)現(xiàn)更好的接收效果。

（3）調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能夠掌握FM發(fā)射機(jī)原理，F(xiàn)M信號的產(chǎn)生方式，可以采用直接調(diào)頻，亦可采用間接調(diào)頻，同樣要求具備功率放大的能力。

（4）調(diào)頻接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生掌握接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)M信號的不同的解調(diào)方式。在此基礎(chǔ)上可以采用調(diào)頻負(fù)反饋等改進(jìn)電路形式以提高接收機(jī)的性能。

以上系統(tǒng)僅提出粗略的指標(biāo)要求，并不限制學(xué)生采用的電路形式，可以采用分立元件，亦可采用集成電路。

麻雀雖小、五臟俱全，通過發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)具體電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，基本覆蓋了通信電子線路課程的主要教學(xué)內(nèi)容，如正弦波振蕩器、高頻小信號放大器、高頻功率放大器、混頻電路、幅度調(diào)制信號的產(chǎn)生與解調(diào)方法、頻率調(diào)制信號的產(chǎn)生與解調(diào)方法和反饋控制電路等，由于課程設(shè)計(jì)的時間限制，課程設(shè)計(jì)的題目在學(xué)期中間就布置下去，讓學(xué)生帶著課題去學(xué)習(xí)、去研究，最后以仿真電路的形式提交課程設(shè)計(jì)成果。

通過對通信電子線路的課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革，提高了學(xué)生知識獲取的效率，取得了較好的效果。

【參考資料】

[1]李永平.PSpice電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].北京.國防工業(yè)出版社.2005：12-13.

[2]楊翠娥.高頻電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].哈爾濱.哈爾濱工程大學(xué)出版社.2001：53-60.endprint