基于虛擬仿真的高頻電子技術教學方法改革與實踐

錢穎

[摘要]高頻電子技術是電子類專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，該課程學習內(nèi)容抽象，對高職學生而言學習難度較大。為提升學習效果，將電子仿真技術應用于高頻電子技術的教學方法改革中，這樣能實現(xiàn)理論講解和實踐同步進行，增強了教學的直觀性與靈活性，加深學生對理論知識的理解，提高授課效率。

[關鍵詞]仿真：高頻電子技術：Multisim

1 引言

高頻電子技術課程是高職院校電子技術專業(yè)重要的一門專業(yè)課程。在電子類專業(yè)知識體系結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。一方面，該課程以電路、模電、數(shù)電為基礎，介紹高頻電子線路方面的基本理論、基本電路、基本分析方法及基本技能，著重培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。另一方面，高頻電子技術的學習為后續(xù)專業(yè)課程的學習打好基礎，同時也是電子類學生參加大學生電子設計競賽的必備基礎，是提升學生畢業(yè)設計、課外科技活動技術水平和科技含量的重要課程。

由于高頻電子技術相對于前期課程概念更加抽象，學習難度較大，同時該課程有著很強的實踐性，在以往教學中采用的先理論后實驗的教學方式教學效果不理想：加之原有的收音機制作等實驗教學內(nèi)容也相對單一，實驗方式靈活性不夠，因此采用計算機虛擬仿真軟件進行輔助教學，把理論教學和仿真技術有機結(jié)合，通過仿真平臺把抽象的概念分析簡單化、形象化，可實現(xiàn)理論講解與實驗的同步，使得課程教學生動直觀，能有效激發(fā)學生的學習興趣。在眾多的電子仿真軟件中，Multisim軟件是一種非常適合高頻電子線路課堂教學和實踐教學的工具。

2 仿真軟件介紹

NI Multisim是美國國家儀器公司開發(fā)的電子線路仿真軟件，提供了虛擬電子元器件、虛擬儀器和儀表。Multisim的元器件庫提供了數(shù)千種電路元件供實驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫。Multisim的虛擬測試儀器，有實驗室用的通用儀器，如萬用表、示波器，還有實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、頻譜分析儀。Multisim還具有仿真分析功能，如交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析等，供使用者分析電路的性能。在無錫科技職業(yè)學院的高頻電子技術教學方法改革中，使用了較高版本的Multisim12。

3 仿真教學內(nèi)容的組織與安排

高頻電子技術的教學內(nèi)容有六部分：高頻小信號放大器、高頻功率放大器、正弦波振蕩器、頻率變換與集成模擬乘法器、調(diào)幅檢波及混頻電路、調(diào)角與解調(diào)。對于每一部分的重點與難點，需要輔以仿真教學，使學生來理解吸收這些抽象化的知識點。仿真工作任務的設置應科學合理，既考慮到與理論知識點的匹配性，又要考慮到電路的可操作性，并且要對理論、實驗教學內(nèi)容進行整合，經(jīng)統(tǒng)籌后的各部分仿真工作任務如表1所示。

4 仿真教學的開展

為了調(diào)動學生的學習積極性和主動性，仿真教學的開展采用“教、學、做”一體化的模式，既可以進行理論教學又可以同步實踐，最大限度地激發(fā)學生的學習興趣和思維。為使得仿真教學順利進行，將課堂搬至高頻電子技術實驗機房，教師在課前準備好仿真電路文件。

4.1 教師的教

教師先講解包絡檢測器的構(gòu)成及原理，在Multisim軟件中介紹實際的二極管包絡檢波電路如圖1所示，然后說明電路中各個器件的作用，再利用軟件中的虛擬示波器顯示電路輸入、輸出波形，波形圖如圖2所示。改變電路中檢波負載電容、電阻RLCL的取值，改變負載電阻取值，輸出波形波形的變化如圖3、圖4所示。

4.2 學生的學

學生學習教師講授的包絡檢波器原理。觀察教師在Multisim中的仿真操作以及示波器上波形的顯示。

在這過程中，學生能很直觀地理解包絡檢波器的構(gòu)成和功能，以及“惰性失真”和“負峰切割失真”這兩種失真現(xiàn)象，并且了解哪些參數(shù)的改變會造成失真的出現(xiàn)。通過這樣的學習，學生就能消化“惰性失真是由于檢波負載電容、電阻RLCL取值過大，出現(xiàn)二極管截止期間電容CL對RL放電速度太慢，這樣檢波器的輸出電壓就不能跟隨包絡線變化：負峰切割失真是由于檢波電路的交、直流負載電阻不等和調(diào)幅系數(shù)較大引起的”這樣抽象的理論知識。

4.3 學生的做

“教、學、做”是以學生為主體的教學方式，因此在教學活動中，要安排學生的動手實踐環(huán)節(jié)，讓學生自己在電腦上搭建包絡檢波器電路、仿真電路性能、改變參數(shù)引起失真，這樣學生對包絡檢波器的構(gòu)成、功能、兩種失真的理解在課堂上就能從感性認識上升到理性認識。

在教學實施中，對高頻電路進行理論講解的同時，輔以仿真教學，能實現(xiàn)理論講解和實踐同步進行，不僅增強了教學的直觀性與靈活性，而且最大限度地利用有限的授課學時，加深學生對理論知識的理解，提高授課效率。

教學實踐證明，將仿真應用到高頻電子技術的教學中，有利于學生高頻電路的原理理解，有利于學生對高頻電路的過程掌握，有助于學生對高頻電路進行性能分析。在高頻課程中結(jié)合仿真教學。能實現(xiàn)教學改革目標，達到預期成效，學生反饋情況較好。