电子通信学科计算机仿真论文

2022-04-22

摘要针对传统式教学中的不足,对应用型本科院校通信电子线路课程教学改革进行详细阐述。实践证明,教学改革效果良好,对教学质量的提高起到很好的促进作用。下面是小编为大家整理的《电子通信学科计算机仿真论文(精选3篇)》仅供参考,希望能够帮助到大家。

电子通信学科计算机仿真论文 篇1:

地方高校通信工程专业培养方案设计

(湖北工业大学 电气与电子工程学院通信工程系,湖北 武汉 430068)

摘 要:专业培养方案,直接决定了相应本科教学的内容,是高等教育中至关重要的一环。以湖北工业大学通信工程专业为例,介绍了培养方案各环节,展示了对各个环节的摸索与思考,旨在相互交流,共同完善专业培养方案。

关键词:省属高校;通信工程;培养方案;系统设计;课程体系

一、介绍

通信工程专业属于工学中的电子信息类,关注的是通信过程中的信号传输和信息处理,该专业是一个基础知识面宽、应用领域广阔的综合性专业。[1,2]

本专业市场大,社会需求多,要根据学生特点及学校发展定位明确人才培养定位及重点发展方向。在课程体系的构建上,从国家经济社会发展对人才的实际需求出发,优化人才培养结构,合理安排学时。一方面,加强基础教育,保证人文社会科学基础、自然科学基础以及各类学科基础课的基本学时,体现人文精神与科学素养的结合,培养学生全面发展,重视学生适应能力与发展潜力的培养,确保教育质量。另一方面,坚持加强实践教育,要确保实践教学在人才培养的整个过程中发挥重要作用。形成体系严谨、模式合理的实验教学体系;设置实践教学内容先进、系统性和综合性强的实验课;推进人才培养与生产劳动和社会实践相结合;探索各种形式的实践活动,切实提高实践教学的质量。另外,明确专业定位,突出专业特色。注重通信中的基础理论与系统知识相结合,强调通信网络体系,覆盖通信技术各个方向,借助科研优势,保证科研和教学互动,专业建设与通信信息行业保持同步发展,不断适应通信行业人才需求的变化。[3-6]

湖北工业大学在2015年整体进入一类招生,生源状况良好。目前,通信专业在岗教师19人,其中,教授3人,副教授5人。从学历上看,博士13人,在读博士4人,教师基本上是信息与通信工程或相关专业毕业。本专业依托湖北工业大学实习实训中心、电工电子实验中心、通信专业实验室,已建成通信原理、数字信号处理、通信电子线路、交换、移动、光纤、微波、视频、通信网、宽带接入等10个通信专业实验室等,信号与系统是校級精品课程,专业挂靠控制理论与工程招收通信与信息系統、信息与信号处理等方向的硕士研究生。已毕业本科生9届600余人,硕士研究生60余人。多个本地重要通信类企业作为学生工程实训的主要培养基地,学生参与生产实习和参观实习,保证学生能够全面加强通信技术的各种设计与实现环节,宽口径培养学生的专业知识和工程实践能力。另外,学生可以参与教师科研,加深学生对专业知识的理解。[7]

二、培养目标及实现路径

本专业培养具有一定自然科学基础和人文科学素养,具有坚实的通信理论和通信技术等方面的基础理论和专门知识,受到较好的通信工程领域软硬件开发、系统与网络的设计与应用等方面实践训练,能在信息工程、通信工程和电子工程等ICT领域及相关领域从事项目开发、工程设计、产品制造、技术开发及工程技术管理等工作的高素质应用型人才。[8-16]

湖北工业大学通信工程专业目前实行的是“大类招生,专业分流”,具体而言,学生入校时按电气类招生,大一、大二时大类培养,是以基础课和专业基础课学习为主的阶段,大二结束后进行专业分流,二年级暑期短学期和三年级秋冬学期为以专业基础课和模块课程学习为主的阶段。提供给学生自主选择的专业有电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、通信工程、电子科学技术5个本科专业。

通信工程专业学生在专业知识方面,应掌握电子电路的基本理论和实践技术,掌握信息的产生、传输、变换和处理的基本理论和技术,了解电子系统和信息系统的基本理论。通信工程专业学生能力应包括学习能力、协作能力、应用能力和创新能力。在专业应用能力方面,应具有使用计算机进行辅助设计、图形文字处理、数值计算和查阅资料的能力;具备分析和设计电子设备的基本能力;具有研究、开发新系统、新技术的初步能力;具有一定的科学研究能力,具有在工程中考虑经济、社会、法律、政策等方面问题的工程综合能力。

通识课程和大类课程体系,开设了充分的数理科学、人文科学和工程科学等方面的课程,培养学生具备较高的综合素质和工程素养。通过对专业知识体系,特别是核心专业知识体系进行了全面的梳理,建立新的专业核心课程体系,新的专业核心课程体系体现了少而精,注重工程应用与设计,同时与时俱进等特点。学生可以根据兴趣和今后职业发展需要,灵活地选择专业课程学习,提倡学生自主学习。着眼提高学生专业知识的应用能力和设计能力,改革现有的实验设计课程,基于CDIO模式开设综合性强、设计性强的实践环节,主要包括通信网与交换、信息处理与多媒体技术类实验设计课程。而学生企业学习计划分为三个环节:参加与企业合作开设的校内课程学习,培育学生的工程意识;参与校企合作建立的暑期实践计划,锻炼学生的实践能力;直接到企业实习,增强学生的工程意识、培养学生的工程能力。[17,18]

三、课程体系及逻辑关系图

本专业主要课程有:电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、单片微型机原理及应用、电磁场与电磁波、数字信号处理、信息论与编码、通信电子线路、通信原理、现代通信网基础、现代交换原理、计算机网络、移动通信、光纤通信、数字语音处理、数字图像处理、数字视频技术、计算机仿真、宽带接入技术、大数据技术、物联网基础、通信新技术讲座等[7]。

在图1课程体系及逻辑关系图中,课程体系按照思政序列、语言序列、计算机序列、数理序列、专业课序列、军体及专业实践序列归类。该图比较清楚地显示了所在学校该专业的层次及衔接关系。课程名后数字为对应学分,斜体字对应课程为选修课,所列选修课,一方面是依据前面几届实际选修,然后是加入新时期热点课程,如大数据技术、博弈论、物联网基础等,以响应学生需求。

在表1本专业各类教学环节学分与学时分配表中,按照通常划分的方式下,显示了各类别中相关课程的学分学时,及各学期学分的分布,该表参照工程教育认证进行了整理。另外,在国内高校压缩学分的大趋势下,我校本专业的校内学分为170,校外学分5,专业总学分为175。

在如表2教学进程表中,列出了在校期间各学期各类教学进程情况,该表表明了各教学周教学类型的安排情况。

符号说明:☆入学教育、毕业教育△军事训练□理论教学:考试●金工实习⊙电子实习?郄电子设计CAD实践Φ实训◎生产、认识实习◇学年论文#测量实习○毕业实习//课程设计/毕业设计¤综合实验﹡素质拓展教育×机动=寒暑假。

四、专业核心课程

本专业核心课程有数字信号处理、信息论与编码、通信电子线路、通信原理、现代通信网基础[7]。

《数字信号处理》是信息与通信工程专业的学科基础课,主要学习数字信号处理的基本理论和基本分析方法,通过本课程的学习,在离散信号与系统、离散傅立叶变换及其快速算法(FFT)和数字滤波器设计方法等方面有较强的分析、设计能力,掌握用数字方法处理确定性信号的原理、通用技术及一般方法,为随机信号、多维信号的分析和处理方法打好坚实理论基础,了解数字信号处理的实现及应用领域。

《信息论与编码》是电子信息与通信工程等相关专业重要的专业基础课,为专业必修课,其应用非常广泛。它是在学习了概率论与随机过程、信号与系统的基础上,以通信系统为研究对象,主要介绍信息的定义、信息论的起源、发展及研究内容;香农信息论的三个基本概念,即信源熵、信道容量和信息率失真函数,以及与这三个概念相对应的三个编码定理;信源编码和信道编码的基本方法等内容,为后期开设的专业课程打下坚实的基础。

《通信电子线路》属于专业基础课,内容涵盖了通信专业及其他相近专业学生从事相关工作所需的基础性内容,是学习后续专业课程《通信原理》、《光纤通信》等课程的基础。

《通信原理》是电子与通信类专业的一门重要的专业基础课程,系统性、理论性强。通信原理的前置课程是信号与系统。该课程的任务是研究怎样用数学的方法分析、设计通信系统和模块。学习本课程的目的是使学生掌握通信系统的基本原理、方法和基本技术以及各种通信系统的抗噪音性能分析和计算,为以后学习更高级的信息与通信课程,研究设计新的通信系统和掌握通信系统的发展方向奠定必要的基础。该课程采用“理论+通信系统仿真实践+实验+课程设计”四维一体的教学模式,在讲清楚通信系统的基本理论和基本技术后,通过系统仿真实践对通信系统的各个模块在通信系统的作用和技术指标有比较初步的认识,再通过硬件实验对仿真模块进一步验证。上述教学环节完成后,须按要求独立设计一个完整的通信系统。

《现代通信网基础》是电子信息与通信工程等相关专业的一门重要的专业必修课。它是在学习了概率论与随机过程、通信原理、数字信号处理的基础上,以现代通信网络为研究对象,介绍通信网络的基本原理。主要内容包括通信网络概论及数学基础、端到端的传输协议、网络时延分析、多址技术、路由算法、流量和拥塞控制、网络结构设计等内容。使学生能掌握有关现代通信网的基本原理,初步掌握图论、排队论,并理解现代网络的性能分析方法。

五、結束语

文章较详细的展示了省属高校湖北工业大学通信工程专业培养方案的摸索设计主要环节,意图是抛砖引玉,改进优化该专业教学管理的培养方案设计,使师生受益,促进专业发展。

参考文献

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[5]徐俊,李吉忠.本科院校通信工程专业课程设置浅析——以麻省理工学院为例对比分析国内外课程设置[J].科技信息,2013(26):10-10.

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[13]刘光灿,张刚林,黄飞江.通信工程专业应用型人才培养方案的研究[J].长沙大学学报,2009,23(2):107-109.

[14]于慧敏,黄爱苹,章献民,等.信息与通信工程特色专业教学改革[J].电气电子教学学报,2010,32(3):96-97.

[15]张洪全,冯进玫,郭继坤.移动互联网时代应用型通信工程专业人才培养的思考[J].中国电力教育,2014(29):33-34.

[16]韩一石,韩国军,孙粤辉,等.应用型通信工程专业培养方案的研究与实践[J].广东工业大学学报(社会科学版),2010(S1):159-161.

[17]张学良,段哲民.通信工程专业卓越工程师人才培养模式的思考与实践[J].2013(32):35-36.

[18]林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案再研究[J].高等工程教育研究,2011(4):10-17.

作者:周先军 侯兴涛 周瑾 熊炜

电子通信学科计算机仿真论文 篇2:

应用型本科院校通信电子线路课程教学改革与探索

摘 要 针对传统式教学中的不足,对应用型本科院校通信电子线路课程教学改革进行详细阐述。实践证明,教学改革效果良好,对教学质量的提高起到很好的促进作用。

关键词 通信电子线路;仿真软件;教学改革

Applied Undergraduate Colleges and Universities Communi-cation Electronic Circuit Course Teaching Reform and Exploration//

XU Jianming, HUANG Tongcheng, XIE Bing, PENG Sen

Key words communication electronic circuit; simulation software; teaching reform

1 前言

通信电子线路课程是教育部专业目录规定的一门重要基础课,既是理论性和实践性相结合,又是工程性非常强的一门学科基础课[1]。其内容以电路分析、模拟电子技术、信号与系统为基础,结合通信基本理论,课程内容涉及电子、通信等多个学科知识。由于通信电子线路课程内容多且抽象、数学推导复杂、实践性强等原因,应用型本科学校电子信息类学生在学习的过程中普遍觉得比较难学,很难完全掌握通信里面的高频电路原理和独立完成综合性的通信电路设计及制作。因此,为了培养电子信息类学生的应用能力,本文在传统的教学方法基础上对教学内容、教学方法、实践教学进行一系列改革,近年来的教学实践中取得了较好的效果。

2 教学内容整合

根据应用型本科院校的人才培养目标要求,理论性很强的内容、数学推导复杂的内容可以适当删减。教学内容满足学生掌握基本的通信电路的基本原理和应用方法,对通信电子线路课程中典型电路进行分模块讲解,通常将不同功能的高频电路分为高频基础电路(如高频基本元器件、谐振回路、阻抗变换等电路)、放大电路(如高频小信号谐振放大器、高频功率谐振放大器等电路)、信号产生电路正弦波振荡等电路、信号变换电路(如调制、解调、混频等电路)。

在讲解谐振放大器时,由于放大器Y参数模型的数学推导过于复杂,可以不讲,只给出结论,有利于学生的理解。谐振回路以讲解并联谐振为主,包括谐振特性曲线及电压、电流、频率、Q值、带宽之间的关系。耦合振荡回路分析较复杂,可以简单讲解。信号变换电路以超外差发射/接收机为对象,以信号流向为主线,以频谱线性搬移为理论基础,对调制、混频、解调进行详细讲解,简略数学分析过程,掌握分析结论。由于模拟电子技术中已学过正弦波振荡电路,在教学中侧重于高频信号的产生。随着技术的发展,教学内容里面增加了通信电路设计的EDA仿真软件[2](如Multisim),对学生完成仿真实验、课程设计、毕业设计等实践操作有很大的帮助。

除课堂讲解内容改革外,还应对讲课内容进行精心组织和安排,教学过程做到由浅入深、循序渐进,教学内容做到内容精炼、重点突出、主次分明。

3 教学方法的改革

EDA仿真软件的应用 随着计算机技术的发展,电子电路的分析和设计方法发生重大变革,一大批各具特色的优秀电子设计自动化(EDA)软件的出现,如PSpice、Multisim,改变了以定量和电路实验为基础的电路设计方法,在现代电子技术教学中也有广泛的应用。而通信电子线路由于内容抽象复杂、信号形式多、电路复杂,学生通过纯粹的课堂讲解是无法完全理解的。在枯燥的电路分析中加入电路的仿真实例,利用仿真软件对书本的电路进行仿真,以图像和动画的形式演示给学生,在视觉上、思维上有一个更为直观的理解。

在教学实践中一般采用Multisim,该仿真软件是基于电路原理图、电路功能参数测试的仿真软件,其界面直观易懂,虚拟仪器的种类齐全,操作方法跟实验室仪器基本一致,元器件种类和样式齐全,能够满足通信电子线路课程的仿真需求。将仿真软件引入课堂,通过仿真电路的创建及参数的设定可以获得各种仿真波形图,对授课的理论内容进行实践性和实时性的验证,能够加深学生对理论知识的理解。

图1是用Multisim仿真软件设计的二极管平衡电路[3],该电路可以实现AM波的调制,改变V4的幅度能够改变调幅系数,同时在虚拟示波器上可以得到输入的调制信号和AM已调波的对比图(图2);调整C2还可以观察输出调幅波的变化。通过仿真可以对AM调制的过程和原理有感官的认识,在此基础上结合数学公式的推导,可使复杂的理论浅显易懂。课后的自学、课程实验的预习、课程设计等都可以采用仿真工具进行电路的设计,提高学习效率和质量。

多媒体与传统教学相结合 传统的教学一般都是采用板书加讲授,由于通信电子线路课程内容多、电路多、信号多,板书没办法在有限的时间里将电路的原理解释清楚。采用多媒体与传统教学相结合的教学手段[4],可节省画图和公式推导的时间,加大课堂的知识量,将真实的电路与原理电路进行对比,加深对原理电路的理解,同时让学生见识各种实际应用电路,逐渐培养学生对整体电路的识图能力和理解。利用动画演示可以加深学生的印象,比如在讲解超外差调幅发射机和接收机的工作原理时,可以通过动画演示形象地描述发射和接收过程中的信号变化,让学生建立更直观、系统的概念。

另外,利用多媒体还可以将仿真软件Multisim引入课堂教学中,相当于在课堂上加入实验内容,利用仿真软件的交互性和丰富的虚拟仪器仪表进行电路的讲解和分析,非常方便地进行电路原理图绘制、电路系统仿真,改变元件的参数,波形和仪表直接将变化显示出来,可以加深对电路原理的理解,教学内容直观明了。

虽然多媒体有很多优点,但是由于通信电子线路课程的复杂性,只是采用多媒体教学,讲解的内容在屏幕上停留时间太短,印象不深刻,有点像看电影。因此必须采用板书加多媒体的教学模式,重要内容还是要边讲边写,学生的思路就会跟着教师的思路走,能够最大程度上调动学生的学习主动性和积极性。总之,多媒体教学应该起辅助教学的作用,并不能去替代传统教学方式或喧宾夺主。课堂教学应以教师的主导为主,加以板书与课件进行教学优化,以使学生掌握每一堂课的所有知识点为教学目标。

模块式的教学 通信电路以发射机和接收机为主要研究对象,发射机包括振荡、调制、高频功率放大等模块,接收机包括高频小信号放大、振荡、混频,中频放大、解调,低频放大等模块。根据信号频率的高低,可以分为低频模块和高频模块;根据器件的特性,分为线性模块和非线性模块。这些电路都是以电路分析、模拟电子线路为基础,在教学过程中,学生很难从低频模拟电路直接跳到高频电路来,对高频电路出现的现象用低频电路的分析思路无法理解。所以在教学中应先对线性放大电路和正弦波振荡电路进行讲解,利用低频电路原理可以分析。在高频电路学习前,应首先掌握LC谐振回路的特性和频谱搬移的原理,因为在后续各个模块电路的输出分析都以谐振特性作为基础,发射和接收机的信号变换都以频率搬移原理为理论依据。讲解到每一个电路原理后,都要求学生在发射机或接收机找到一个对应实际电路,每位学生利用Multisim仿真软件需完成一个模块电路设计与仿真,有助于学生对模块电路功能的理解,为学生通信电路设计能力的提高打下坚实的基础。

4 实践教学的改革

课程实验的多样化 由于通信电子线路实践性很强,只是安排传统的验证性实验达不到应用型人才的培养要求,在实验内容安排上应有验证性实验、设计性实验、综合性实验、独立课程实验、开放性实验等。验证性实验主要是对高频小信号放大、正弦波振荡、模拟乘法器等功能电路进行验证,掌握其基本的功能;设计性实验根据基本的功能电路实现一个具体完整功能的电路,如包络检波与同步检波、自动增益控制电路;综合性实验应完成一个完整功能的系统电路,如调幅波发射机系统、调幅接收系统、对讲机系统等。实验内容从简单到复杂,再从多个知识点应用,减少演示和验证性实验,加强设计和综合性实验内容。

为培养学生的系统电路的设计和调试能力,特开设电子工程基础训练独立实验课,完成调频广播接收机的制作和调试,要求学生完成元器件的焊接,调试好能正常接收广播,培养实践动手能力。为了学生的创新思维和独立自学能力的培养,本校电子工程实践中心提供开放实验室,学生自己组成2~3人团队,独立完成实验内容。实验项目内容主要是自主设计和制作一些通信设备或控制电路,在整个实验过程中先用Multisim仿真软件进行仿真分析和验证,符合要求后再制作成真实的功能电路,培养学生团队合作精神和自主创新的能力。

项目驱动式的课程设计 课程设计的目的主要是对已学的理论知识结合实际应用,提出一个具体功能电路的设计方案及实现过程,培养学生分析问题和解决实际问题的能力。课程设计的题目一般以项目的形式提出,由学生自愿选择,题目一般为调频发射机设计、无线话筒设计、调幅广播接收机设计等。传统教学由教师给方案和电路,学生只是做了一个简单的验证,没有起到锻炼自主学习能力的效果。采用项目驱动的方法,学生结合题目,根据项目的要求,先要提出目标和任务,在规定的时间完成电路的设计与制作;教师在设计过程中只是起到指导的作用,全部任务需学生自己动手完成。在课程设计结束时,教师组织学生进行答辩,针对项目完成情况进行提问、打分,未达到要求的需重新做,这样学生的动手能力和解决实际问题的能力就大幅提高。

经过课程设计改革近两年,学生的电路设计意识得到增强,动手能力得到提高,取得较好的效果。

竞赛内容和课外科技活动相结合 全国大学生电子设计竞赛和湖南省大学生电子设计竞赛立足培养大学生应用模电、数电、单片机技术的综合应用能力,强调基础知识和基本技能的掌握,对低频电子电路、通信电子电路的具体应用,要求学生的工程实践能力较强。每一届电子设计竞赛都有1~2个通信电路类的题目,题目感觉简单,但实际制作达到竞赛指标要求就很难,还要结合微处理器的控制。每年高频类题目选题队数较少,得奖也很难。

针对学校往年电子竞赛的情况,将竞赛内容引入开放实验项目中或申请大学生研究性学习和创新性实验计划项目,由学校或省教育厅资助经费进行电路的设计和制作,教师主要负责宏观指导,学生自己独立完成。2010年以来,学生申请省级创新实验项目2项、校级3项,校级开放实验项目每年2项。经过开展竞赛通信电路类内容跟课外科技活动的结合,在完成基本电路功能基础上,重点放在提高电路指标上,实践证明,学生的动手能力得到很大的提高。学校从2011年开始,每年电子设计竞赛都在选通信电路类题目,且取得省二等奖4项、三等奖2项。特别是2015年的全国大学生电子设计竞赛,电子科学与技术专业两组分别选择“增益可控射频放大器”和“数字频率计”两个高频题目,取得1项省二等奖和1项省三等奖。实践证明,竞赛内容与课外科技活动的结合,非常适合学生的实践能力培养。

5 结束语

以上是对通信电子线路课程从教学内容、教学方法、实践教学三方面进行教学改革的初步研究和探索,教学内容突出应用型人才需要,教学方法采用现代与传统相结合,实践教学全方位锻炼,培养实践能力强、合格的应用型人才。经阶段性尝试,教学效果良好,提高了学生的学习积极性和实践动手能力。■

参考文献

[1]曾兴雯,刘乃安,陈健,等.高频电路原理与分析[M].5版.西安:西安电子科技大学出版社,2013.

[2]聂典,丁伟.Multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].北京:电子工业出版社,2009.

[3]杨倪清.高频电子线路实验及综合设计[M].北京:机械工业出版社,2009.

[4]王俊峰.“通信电子线路”课程教学改革实践[J].玉溪师范学院学报,2012(8):64-66.

作者:许建明 黄同成 谢兵 彭森

电子通信学科计算机仿真论文 篇3:

基于Multisim11软件在通信电子线路实验教学的应用

摘 要: 通信电子线路实验是电子类专业的学科基础实验,由于在教学过程中受到实验设备、课时、经验等因素的影响,实验教学效果总存在一定的不足。针对教学效果不足,在实验中引入Mulitisim11仿真软件,依靠其高效、可重复性、直观等特点,很好地解决传统教学中存在的问题,学生的自主学习能力和探索精神也得到提升,取得较好的教学效果。

关键词: 通信电子线路 Mulitisim11 实验实验

通信电子线路是一门理论性、工程性与实践性都很强的课程,它的内容丰富,应用广泛,新技术、新器件发展迅速。实验内容包括有高频小信号放大器、正弦波振荡器、高频功率放大器、混频、调制、检波、鉴频、无线收发等多个综合性设计性实验[1]。通信电子线路课程实验中的器件一般都是非线性元件,传输和处理信号的都为高频信号,由于噪声、干扰信号、分布参数等因素的影响,使实验结果跟理论分析结果有较大的出入,这就使通信电路的设计和调试格外复杂。为了让学生提高实践动手能力和通信电路的分析与设计能力,在实验前引入Multisim11仿真软件,对每个模块电路单独进行仿真,仿真结果正确后再联合调试,在实验中进行调试做出不同的仿真结果,让学生进一步将理论和实践相结合,提高学生的动手能力和创新性思维。

1.Mulitisim11简介

Multisim11是美国NI公司推出的一个集电路原理图设计和电路功能测试于一体的虚拟仿真软件,是一个优秀的电子线路设计与仿真软件。软件自带一般实验室通用仪器,如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源等,还有一般实验室少有或没有的仪器,如波特图示仪、数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、安捷伦多用表、安捷伦示波器、泰克示波器等。具有较详细的电路分析能力,可以完成电路的瞬态分析、稳态分析,对各种模电、数电、高频和微处理器等电路的设计、测试与仿真[2]。因此,运用Multisim11进行通信电子电路实验仿真分析,符合实践教学的要求,具有较高的应用价值。

2.实验仿真实例

2.1晶体管混频电路

混频的基本功能是保持已调信号的调制规律不变,仅使载波频率升高(上变频)或降低(下变频)。从频谱角度看,混频实质是将已调信号的频谱沿频率轴做线性搬移,因而混频电路必须由具有乘法功能的非线性器件和中频带通滤波器组成[3],如图1所示。

混频器广泛应用在各种电子设备,形式很多,原则上凡是具有相乘功能的器件都可用来构成混频电路,如模拟乘法器、晶体管、二极管、场效应管等。本实验采用晶体管构成混频器,在Multisim11仿真软件中设计电路如图2所示。

图2 晶体管混频实验电路

2.2实验仿真与结果

图2电路中input端接信号频率为1.6MHz的载波,调制信号频率为1KHz的调幅波信号(或AM信号)VS,三极管2N1711的发射极接2.065MHz的本机振荡信号VL,output端为中频带通滤波器输出端,根据理论分析输出中频信号频率为2.065MHz-1.6MHz)=465KHz。调整R5可以改变混频管的静态工作点,可以使电路达到最佳工作状态。

电路连接检查无误后点击电路仿真按钮,用虚拟示波器观察输入与输出信号的波形如图3所示。

图3 输入信号与输出信号对比图

图3中上面的调幅波为输入信号,下面的调幅波为输出中频信号,通过示波器可以观察输入和输出波形包络是相同的,只是相位有一点偏移,说明本电路实现了变频。根据混频器的原理,输出信号频率应为本地振荡信号与输入已调波信号频率差,电路中应用两个频率计进行实时仿真,观察混频电路的输出中频是否正确,观察结果如图4和图5所示,经观察虚拟频率计显示结果正确,符合实验要求。

图4 输入已调波频率 图5 输出中频信号频率

经过调整静态工作点,使输出在不失真的情况下输出最大,可测量出晶体管混频器的混频增益。此时输入已调波信号振幅为29.646mV,输出中频信号振幅为318.239mV,利用增益公式A20.62dB,符合晶体管混频器的设计要求,实验结果完全符合真实实验室的测试要求。在改变输入信号VS和本振信号VL幅度,可以观测输出中频幅度、波形和调制度的变化。

3.结语

在通信电子线路实验教学过程中引入Multisim11软件,利用软件对实验项目电路进行性能测试和仿真结果分析,达到了理论与实践相结合、项目驱动的实验教学目的。通过实验的开展,引导学生课前预习、实验中反复调试、课后总结。采用仿真软件先进的教学方法,具有高效、可重复性、测试结果直观等特点,从而培养学生的学习通信电路的兴趣,提高学生EDA软件仿真能力、电子电路设计和综合分析能力,在通信电子线路的理论和实践知识的教学中,取得良好的教学效果,为应用型人才培养奠定坚实的基础。

参考文献:

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[2]聂典,丁伟.Multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].北京:电子工业出版社,2009.

[3]曾兴雯,刘乃安,陈健,等.高频电路原理与分析[M].第五版.西安:西安电子科技大学出版社,2013.

基金项目:湖南省教育厅教改项目(批文:湘教通[2014]247号)

作者:许建明 黄同成 彭森 李菲

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