基于Multisim11軟件在通信電子線路實驗教學(xué)的應(yīng)用

許建明 黃同成 彭森 李菲

摘 要： 通信電子線路實驗是電子類專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)實驗，由于在教學(xué)過程中受到實驗設(shè)備、課時、經(jīng)驗等因素的影響，實驗教學(xué)效果總存在一定的不足。針對教學(xué)效果不足，在實驗中引入Mulitisim11仿真軟件，依靠其高效、可重復(fù)性、直觀等特點，很好地解決傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探索精神也得到提升，取得較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 通信電子線路 Mulitisim11 實驗實驗

通信電子線路是一門理論性、工程性與實踐性都很強的課程，它的內(nèi)容豐富，應(yīng)用廣泛，新技術(shù)、新器件發(fā)展迅速。實驗內(nèi)容包括有高頻小信號放大器、正弦波振蕩器、高頻功率放大器、混頻、調(diào)制、檢波、鑒頻、無線收發(fā)等多個綜合性設(shè)計性實驗[1]。通信電子線路課程實驗中的器件一般都是非線性元件，傳輸和處理信號的都為高頻信號，由于噪聲、干擾信號、分布參數(shù)等因素的影響，使實驗結(jié)果跟理論分析結(jié)果有較大的出入，這就使通信電路的設(shè)計和調(diào)試格外復(fù)雜。為了讓學(xué)生提高實踐動手能力和通信電路的分析與設(shè)計能力，在實驗前引入Multisim11仿真軟件，對每個模塊電路單獨進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果正確后再聯(lián)合調(diào)試，在實驗中進(jìn)行調(diào)試做出不同的仿真結(jié)果，讓學(xué)生進(jìn)一步將理論和實踐相結(jié)合，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新性思維。

1.Mulitisim11簡介

Multisim11是美國NI公司推出的一個集電路原理圖設(shè)計和電路功能測試于一體的虛擬仿真軟件，是一個優(yōu)秀的電子線路設(shè)計與仿真軟件。軟件自帶一般實驗室通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源等，還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖示儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、安捷倫多用表、安捷倫示波器、泰克示波器等。具有較詳細(xì)的電路分析能力，可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析，對各種模電、數(shù)電、高頻和微處理器等電路的設(shè)計、測試與仿真[2]。因此，運用Multisim11進(jìn)行通信電子電路實驗仿真分析，符合實踐教學(xué)的要求，具有較高的應(yīng)用價值。

2.實驗仿真實例

2.1晶體管混頻電路

混頻的基本功能是保持已調(diào)信號的調(diào)制規(guī)律不變，僅使載波頻率升高（上變頻）或降低（下變頻）。從頻譜角度看，混頻實質(zhì)是將已調(diào)信號的頻譜沿頻率軸做線性搬移，因而混頻電路必須由具有乘法功能的非線性器件和中頻帶通濾波器組成[3]，如圖1所示。

混頻器廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備，形式很多，原則上凡是具有相乘功能的器件都可用來構(gòu)成混頻電路，如模擬乘法器、晶體管、二極管、場效應(yīng)管等。本實驗采用晶體管構(gòu)成混頻器，在Multisim11仿真軟件中設(shè)計電路如圖2所示。

圖2 晶體管混頻實驗電路

2.2實驗仿真與結(jié)果

圖2電路中input端接信號頻率為1.6MHz的載波，調(diào)制信號頻率為1KHz的調(diào)幅波信號（或AM信號）VS，三極管2N1711的發(fā)射極接2.065MHz的本機振蕩信號VL，output端為中頻帶通濾波器輸出端，根據(jù)理論分析輸出中頻信號頻率為2.065MHz-1.6MHz）=465KHz。調(diào)整R5可以改變混頻管的靜態(tài)工作點，可以使電路達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

電路連接檢查無誤后點擊電路仿真按鈕，用虛擬示波器觀察輸入與輸出信號的波形如圖3所示。

圖3 輸入信號與輸出信號對比圖

圖3中上面的調(diào)幅波為輸入信號，下面的調(diào)幅波為輸出中頻信號，通過示波器可以觀察輸入和輸出波形包絡(luò)是相同的，只是相位有一點偏移，說明本電路實現(xiàn)了變頻。根據(jù)混頻器的原理，輸出信號頻率應(yīng)為本地振蕩信號與輸入已調(diào)波信號頻率差，電路中應(yīng)用兩個頻率計進(jìn)行實時仿真，觀察混頻電路的輸出中頻是否正確，觀察結(jié)果如圖4和圖5所示，經(jīng)觀察虛擬頻率計顯示結(jié)果正確，符合實驗要求。

圖4 輸入已調(diào)波頻率 圖5 輸出中頻信號頻率

經(jīng)過調(diào)整靜態(tài)工作點，使輸出在不失真的情況下輸出最大，可測量出晶體管混頻器的混頻增益。此時輸入已調(diào)波信號振幅為29.646mV，輸出中頻信號振幅為318.239mV，利用增益公式A20.62dB，符合晶體管混頻器的設(shè)計要求，實驗結(jié)果完全符合真實實驗室的測試要求。在改變輸入信號VS和本振信號VL幅度，可以觀測輸出中頻幅度、波形和調(diào)制度的變化。

3.結(jié)語

在通信電子線路實驗教學(xué)過程中引入Multisim11軟件，利用軟件對實驗項目電路進(jìn)行性能測試和仿真結(jié)果分析，達(dá)到了理論與實踐相結(jié)合、項目驅(qū)動的實驗教學(xué)目的。通過實驗的開展，引導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)、實驗中反復(fù)調(diào)試、課后總結(jié)。采用仿真軟件先進(jìn)的教學(xué)方法，具有高效、可重復(fù)性、測試結(jié)果直觀等特點，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)通信電路的興趣，提高學(xué)生EDA軟件仿真能力、電子電路設(shè)計和綜合分析能力，在通信電子線路的理論和實踐知識的教學(xué)中，取得良好的教學(xué)效果，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿艷香，朱根生，等.基于Multisim高頻電子線路實驗平臺設(shè)計的探討[J].實驗室科學(xué)，2012，15（3）：117-119.

[2]聶典，丁偉.Multisim10計算機仿真在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3]曾興雯，劉乃安，陳健，等.高頻電路原理與分析[M].第五版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2013.

基金項目：湖南省教育廳教改項目（批文：湘教通[2014]247號）