晶体管混频电路 通信电子线路实验【通信电子线路中倍频电路教学的改革】
时间：2018-12-25 03:28:47 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要： 在通信电子线路课的倍频电路的理论教学中，笔者运用Multisim8仿真软件，通过对电路和波形的仿真，将抽象难懂的理论和概念，形象、易懂地展示出来，取得不错的教学效果。
关键词： 倍频电路 Multisim8 仿真波形
引言
《通信电子线路》课程是通信技术专业的专业基础课，其教学内容理论性较强，概念抽象，学生感到学习过程枯燥无味，学习内容难懂。为帮助职业学校学生克服学习困难，提高学习信心和乐趣，笔者借助EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）工具辅助教学，模拟实验，使教学过程生动形象、直观，提高了学习效率。
1.Multisi8的优点
Multisi8是继Multisim2001、Multisim7后，由加拿大的IIT公司于2005年推出的升级版。Multisim8是一个能进行电路原理设计、对电路功能进行测试分析的仿真软件。它的元器件库提供数千种电路元器件供仿真选用，提供的虚拟测试仪器仪表种类齐全，还有较为详细的电路分析功能，仿真速度更快。它将实验过程中创建的电路原理图、使用到的仪器、电路测试分析后结果的显示图表等全部集成到同一个电路窗口中，具有直观、方便、实用和安全的优点。
2.倍频器的作用、基本原理和分类
倍频器是《通信电子线路》课程学习内容中的一个重要单元电路。倍频器广泛应用于无线电通信发射机或其它电子设备的中间级。倍频器的作用是将输入信号频率值成整数倍（2倍、3倍…n倍）增加的电路。若输入频率为fi，则输出频率为f0=nfi，其中系数n为任意正整数，称倍频次数。
倍频器是非线性电路，按工作原理的不同，晶体管倍频器分为两大类：一类是利用丙类放大器电流脉冲中的谐波经选频回路获得倍频，称为丙类倍频器；另一种是利用晶体管的结电容随电压变化的非线性来获得倍频，叫做参量倍频器（即变容二极管、阶跃二极管倍频）。当工作频率不超过MHz时，主要采用丙类倍频器；当工作频率超过100MHz时，主要采用参量倍频器。
3.丙类倍频器的工作原理和仿真
丙类倍频器的工作原理是利用晶体管的非线性电阻效应，将正弦波转变为正弦脉波，正弦脉波含有丰富的谐波分量，然后用选频回路将它的某次谐波选出，完成倍频的作用。
晶体管谐振放大器工作在丙类时，其集电极电流脉冲中含有丰富的谐波分量，若将集电极谐振回路调谐在二次谐波或三次谐波频率上，放大器的输出只有二次谐波电压或三次谐波电压。这样丙类放大器就变成为二倍频器或三倍频器。
倍频器的输入正弦波电压瞬时值可写为ui（t）=Uim sinωt，输出电压瞬时值可写为uo（t）=Uonm sin（nω）t，其中Uonm为输出电压的n次谐波电压振幅。
为教好倍频器电路部分的教学内容，适应职业学校学生的认知特点和学习需求，笔者尝试采用Multisim8仿真软件进行教学。
用Multisim8进行仿真分析的一般步骤为：（1）根据原理电路，创建仿真电路；（2）设置电路图中各元器件的参数和有关选项；（3）调用仿真仪器，设定仿真分析方法（4）打开仿真开关，启动Multisim8仿真，仿真结果将展示在计算机的窗口中。
下面是丙类二倍频器和三倍频器的仿真教学过程。
3.1丙类二倍频器的仿真
（1）在Multisim8中创建仿真电路如下图1所示。电路中为使晶体管工作在丙类采用了0.4v小的正偏压，图中V1为正弦波信号，其参数设置为电压振幅为1V，频率为1MHz；电感L1和电容C1组成谐振回路，具有选频作用，其调谐在信号的二次谐波频率上，参数设置完毕后，保存该电路。另外，图中示波器XSC1用于观察输入信号和输出信号的波形。
（2）打开仿真开关，双击示波器图标，在示波器Timebase区设置X轴合适的时基扫描时间，在Channel A和Channel B区分别设置A、B通道输入信号在Y轴适当的显示刻度，可得仿真波形如图2所示。比较两个游标之间的输入信号和输出信号的波形可见：输出信号周期为输入信号的1/2，根据频率与周期成反比的关系，可知输出频率为输入频率的2倍，即实现了二倍频。
3.2丙类三倍频器的仿真
（1）在Multisim8中创建仿真电路如图1所示，不同的是谐振回路L1C1的数值有改变（L1=22nH，C1=0.125μH），使其调谐在信号的三次谐波频率上。
（2）启动仿真开关，双击示波器图标，给示波器设置合适的状态，仿真波形如图3所示。
同样比较两个游标之间的输入信号和输出信号的波形可见：输出信号周期为输入信号的1/3，即输出频率为输入频率的3倍，即实现了三倍频。
另外从图2和图3可见：在同样的输入信号幅度时，三倍频器的输出电压明显减小。
为了提高输出功率和效率，单级丙类倍频器一般只作为二倍频器或三倍频器使用。若要提高倍频次数，可以采用多级丙类倍频器来实现。例如，要获得六次倍频可将一个二倍频器和一个三倍频器级联起来使用。
通过仿真教学，将倍频电路原理和波形直观的展现出来，使抽象的理论和概念形象化，有助于学生提高学习兴趣和积极性，提高课堂教学效果。
结语
现在职业学校的学生学习基础较差，而现代社会对职业工作者要求却不断提高，学生在校学习期间应掌握好专业理论基本知识，为将来踏入工作岗位打下扎实的专业基础。传统的教学方法显然已不适应时代需求了。教师可以尝试在专业课程的理论教学中采用计算机软件进行仿真的教学方法，将抽象难懂的理论和概念直观、易懂、清晰明了地展示出来，让学生在课堂上就能感受到实验才有的测量效果，克服传统理论教学的不足。教学实践表明，在专业课程的理论教学中，借助Multisim仿真软件辅助教学，激发了学生的学习兴趣和热情，学习效率提高了。教无定法，学无止境。为适应学生的认知需求，教师必须采用不同的教学方法，提高教学质量和效果，达到教学目的。
参考文献：
［1］王冠华等.Multisim8电路设计及应用［M］.北京：国防工业出版社，2006.
［2］谢沅清等.通信电子线路［M］.北京：北京邮电大学出版社，2000.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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