高頻電子線路實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)法的探索與實(shí)踐

趙海濤 王卓鵬 逄明祥

（山東科技大學(xué)電子通信與物理學(xué)院通信工程系，山東 青島266590）

“高頻電子線路”課程是電子與通信類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和工程型。在“高頻電子線路”課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生要掌握模擬通信系統(tǒng)各單元電路的工作原理、電路組成和設(shè)計(jì)方法。其任務(wù)是研究高頻電子線路的基本原理與基本分析方法，以單元電路的分析和設(shè)計(jì)為主。學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，不但應(yīng)該掌握必要的基礎(chǔ)理論知識(shí)，而且還應(yīng)在分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和實(shí)際動(dòng)手能力等方面得到鍛煉和提高。而傳統(tǒng)教學(xué)仍然采用先講授理論知識(shí)再集中實(shí)驗(yàn)的模式，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。雖然這種驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生理解和加深課堂所學(xué)的內(nèi)容，但由于高頻實(shí)驗(yàn)典型電路都是設(shè)計(jì)好的，電路連接過(guò)于簡(jiǎn)單，學(xué)生只是對(duì)輸入、輸出信號(hào)做簡(jiǎn)單的分析，學(xué)生能夠動(dòng)手操作、自由發(fā)揮的空間太少，不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。這于當(dāng)今社會(huì)強(qiáng)調(diào)實(shí)用技能，強(qiáng)調(diào)知識(shí)創(chuàng)新等素質(zhì)教育不能同步，因而難以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需要，因此，對(duì)傳統(tǒng)教育模式進(jìn)行的改革迫在眉睫。

為了使學(xué)生更好地掌握高頻電路基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高其理論聯(lián)系實(shí)踐、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)其進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)的實(shí)踐技能，本文將項(xiàng)目教學(xué)法引入高頻電子線路的教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)學(xué)生實(shí)做項(xiàng)目，把傳統(tǒng)教學(xué)和項(xiàng)目教學(xué)有機(jī)融合，有效提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，取得了很好的教學(xué)效果。

1 教學(xué)內(nèi)容模塊化 教學(xué)目標(biāo)項(xiàng)目化

由于無(wú)線通信的飛躍發(fā)展，新理論、新電路、新器件、新工藝層出不窮，日新月異，但與無(wú)線通信相關(guān)的高頻電子線路的基本理論與基本電路并未過(guò)時(shí)，例如，諧振回路與耦合回路仍然是組成高頻電子線路必不可少的部分；放大器、振蕩器、調(diào)制與解調(diào)的原理依然未變。在教學(xué)過(guò)程中，深入研究高頻電子線路課程體系，準(zhǔn)確把握課程重要內(nèi)容，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容。把教學(xué)內(nèi)容分為4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)模塊：放大器、振蕩器、調(diào)幅與解調(diào)、調(diào)頻與解調(diào)。針對(duì)每一教學(xué)模塊，設(shè)置與前沿科學(xué)問(wèn)題密切相關(guān)的科研項(xiàng)目作為教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，將理論知識(shí)用于實(shí)踐，制作實(shí)際電路，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求的各項(xiàng)指標(biāo)。教師在課堂教學(xué)教授新知識(shí)的同時(shí)，注重講解與項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐。

2 項(xiàng)目?jī)?nèi)容實(shí)用化 理論實(shí)踐并重

根據(jù)模塊化教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了接收機(jī)中頻放大器、高頻丙類功率放大器、LC振蕩器、調(diào)幅發(fā)射與接收系統(tǒng)、調(diào)頻發(fā)射與接收系統(tǒng)等5個(gè)項(xiàng)目，給出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，在課堂教學(xué)時(shí)教授各項(xiàng)目的核心理論知識(shí)，并提供實(shí)用的設(shè)計(jì)思路，教會(huì)學(xué)生如何根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)際電路。以高頻小信號(hào)放大器和振蕩器為例，介紹項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)施過(guò)程。

2.1 高頻放大器

在講解放大器模塊內(nèi)容時(shí)，以模擬電子線路中學(xué)過(guò)的小信號(hào)放大器為引子，推出高頻小信號(hào)放大器，比較兩者的異同點(diǎn)。通過(guò)回憶晶體管的混Π模型和Y參數(shù)模型從電路機(jī)理上分析高頻小信號(hào)放大器的性能參數(shù)和造成放大器不穩(wěn)定的原因。在課堂授課的同時(shí)，將接收機(jī)中頻放大器作為項(xiàng)目教學(xué)案例，讓同學(xué)們邊學(xué)理論邊完成。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容：接收機(jī)中頻放大器

主要技術(shù)指標(biāo)：

中心頻率f0=20MHz，電壓增益Au≥35dB，通頻帶2△f0.7=4MHz，負(fù)載電阻RL=1kΩ，電源電壓Vcc=12V。

在課堂授課時(shí)，講解放大器的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)。主要包括（1）選擇晶體管與計(jì)算Y參數(shù)。選擇Yre小且頻率特性好的晶體管，通過(guò)混Π參數(shù)求解Y參數(shù)。（2）選擇電路型式。根據(jù)電壓增益要求，選擇多級(jí)放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了保證電壓增益的要求，采用共射組態(tài)的多級(jí)單調(diào)諧放大器。（3）根據(jù)穩(wěn)定增益確定放大器的級(jí)數(shù)。（4）根據(jù)多級(jí)單調(diào)諧放大器的總通頻帶和單級(jí)通頻帶的關(guān)系，計(jì)算單級(jí)通頻帶。（5）確定電路形式，計(jì)算直流偏置電路參數(shù)和諧振回路參數(shù)。

2.2 LC振蕩器

在進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)，首先給出振蕩器的概念，指出振蕩器的關(guān)鍵是沒(méi)有外接輸入小信號(hào)，對(duì)比其與小信號(hào)放大器的異同，加深對(duì)小信號(hào)放大器和當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的區(qū)別與聯(lián)系。在教授LC振蕩器原理時(shí)，提出項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容，講解LC振蕩器的構(gòu)成原理，講解LC振蕩器從起振過(guò)渡到平衡狀態(tài)的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)振蕩器時(shí)，特別要注意滿足起振條件，并給出設(shè)計(jì)振蕩器起振條件的經(jīng)驗(yàn)值。在講解電容反饋振蕩器時(shí)，指出該類型振蕩器的特點(diǎn)，提出改進(jìn)性能的方法。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容：LC調(diào)頻振蕩器

已知條件：Vcc取12V，晶體管3DG6，變?nèi)荻O管2CC1D。

主要技術(shù)指標(biāo)：中心頻率f0=6.5MHz，頻率穩(wěn)定度（△f/f0）≤10-3/小時(shí)，輸出電壓Uo≥200mV，最大頻偏△fm=±50kHz。調(diào)制頻率（500～10000）Hz。

在學(xué)生理解設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，講解實(shí)際振蕩器的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。主要包括：（1）確定電路形式，設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。采用減弱晶體管與諧振回路耦合的西勒振蕩器，其頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-4～10-5數(shù)量級(jí)，滿足設(shè)計(jì)要求。（2）繪制原理圖，估算決定靜態(tài)工作點(diǎn)的電阻和旁路電容值，估算振蕩回路的元件值。（3）估算射極輸出元件值，估算偏置電路元件值。

上述課堂教學(xué)與項(xiàng)目教學(xué)的結(jié)合，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到了理論知識(shí)對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用。通過(guò)學(xué)習(xí)理論知識(shí)，通過(guò)項(xiàng)目分解，電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算，變成自己能夠參與設(shè)計(jì)的內(nèi)容，有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。

3 項(xiàng)目成果電路化 仿真實(shí)做結(jié)合

設(shè)計(jì)電路要轉(zhuǎn)化為應(yīng)用電路，還需培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)仿真分析、電路安裝調(diào)試的能力。

在首個(gè)項(xiàng)目理論設(shè)計(jì)完成后，將電子線路EDA技術(shù)引入課堂教學(xué)，以高頻小信號(hào)放大器為例介紹PSpice電路模擬軟件的功能及應(yīng)用。通過(guò)實(shí)例講解，讓學(xué)生深刻體會(huì)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)可改變放大器的增益，調(diào)節(jié)諧振回路的諧振阻抗可以改變放大器的通頻帶，調(diào)節(jié)L、C值可以改變放大器的中心頻率等知識(shí)。通過(guò)EDA仿真分析，修正理論計(jì)算參數(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)性能。

在EDA仿真結(jié)束后，講解高頻印制電路板的設(shè)計(jì)方法。掌握選用元器件及各種接線端子的規(guī)格、尺寸，合理安排各部件的位置，按照電路圖連接引腳，完成布線。講授Protel軟件在高頻電路中的布線技巧，如高速電路管腳間的引線最好采用全直線、45度折線或圓弧轉(zhuǎn)折，對(duì)特別重要的信號(hào)線或局部單元可實(shí)施地線包圍措施，模擬地線、數(shù)字地線分開(kāi)等。讓學(xué)生自己動(dòng)手，繪制印制板，通過(guò)裝配、調(diào)試等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生真正能夠把理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際項(xiàng)目產(chǎn)品。通過(guò)“真刀真槍”的訓(xùn)練，有效培養(yǎng)了學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力，增強(qiáng)了其學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的認(rèn)可度。

4 項(xiàng)目考核報(bào)告化 演示答辯結(jié)合

在項(xiàng)目完成后，教師給出項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)寫(xiě)規(guī)范。學(xué)生撰寫(xiě)項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告，從項(xiàng)目方案論證、電路選型、參數(shù)計(jì)算、電路仿真、電路調(diào)試裝配等方面著手，將設(shè)計(jì)思想和理論實(shí)踐結(jié)合的過(guò)程通過(guò)文字呈現(xiàn)出來(lái)。在項(xiàng)目報(bào)告提交后，分組進(jìn)行答辯演示環(huán)節(jié)，學(xué)生演示自己的項(xiàng)目成果，并重點(diǎn)講述如何分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的。根據(jù)學(xué)生平時(shí)參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況，結(jié)合成果演示和報(bào)告給出項(xiàng)目考核成績(jī)。項(xiàng)目考核成績(jī)納入課程考評(píng)成績(jī)，每個(gè)項(xiàng)目占10%分?jǐn)?shù)，期末考試占總成績(jī)的50%。

高頻電子線路是培養(yǎng)電子信息、通信類人才的的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是鞏固前續(xù)電路相關(guān)課程、進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的橋梁，在學(xué)科體系中起承上啟下的作用。教師不僅教授理論知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生理論實(shí)踐相結(jié)合、提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。作者結(jié)合多年的教學(xué)科研經(jīng)驗(yàn)，突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，將項(xiàng)目教學(xué)法引入課堂教學(xué)，設(shè)置模塊化教學(xué)內(nèi)容和項(xiàng)目化教學(xué)目標(biāo)，有機(jī)融合課堂教學(xué)和項(xiàng)目教學(xué)，學(xué)生通過(guò)理論學(xué)習(xí)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、電路調(diào)試等環(huán)節(jié)真正體會(huì)到所學(xué)課程的實(shí)用性。項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、思考的主動(dòng)性，使學(xué)生更加深刻地理解所學(xué)知識(shí)，真正做到學(xué)有所用、學(xué)能所用，為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

［1］曾興雯.高頻電子線路[M].2版.北京:高等教育出版社,2009.

［2］張肅文.高頻電子線路[M].5版.北京:高等教育出版社,2009.

［3］胡宴如.高頻電子線路[M].4版.北京:高等教育出版社,2008.

［4］陽(yáng)昌漢.高頻電子線路[M].3版.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2012.