基于Multisim的单调谐放大电路教学研究
时间：2020-05-26 07:58:49 来源：达达文档网 本文已影响 人 
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摘 要：“高频电子线路”是一门内容繁多、理论性强、知识抽象的课程，针对单调谐放大电路在传统讲授过程中理论性强、缺乏直观性，教学效果不理想的问题，在教学过程中，采用电路仿真软件Multisim对单调谐放大电路的电路结构、放大特性和频率特性进行分析，从而使学生理解各元器件参数变化对电路带来的影响和作用。实践证明，此方法不但加深了学生对电路的认识和理解，提高了电路的分析和设计能力，而且解决了理论教学缺乏直观性，效果不理想的问题。
关键词：单调谐放大电路;Multisim;仿真分析
中图分类号：TN721-4;TP391.9 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）16-0038-03
Abstract：“High Frequency Electronic Circuit” is a course with many contents，strong theory and abstract knowledge. Aiming at the problems of strong theory，lack of intuition and unsatisfactory teaching effect of monotonic amplifier circuit in traditional teaching process，circuit simulation software Multisim is used to analyze the circuit structure，amplification characteristics and frequency characteristics of monotonic amplifier circuit，so that students can understand the influence and effect of the change of component parameters on the circuit. Practice has proved that this method not only deepens the students’understanding of the circuit，improves the ability of circuit analysis and design，but also solves the problem of lack of intuition and unsatisfactory effect in theory teaching.
Keywords：single resonant amplifier;Multisim;simulated analysis
0 引 言
“高频电子线路”是工科通信专业以及信号专业开设的一门专业课程，这门课程的主要任务是使学校的电子信息工程专业、通信工程以及相关专业的学员获得高频电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，为学生在专业方向进一步的学习奠定基础，因此，本门课程强调从实际应用出发，着重使学生养成善于观察，主动发现问题和解决问题的能力，使学生能够具有本专业坚实的基础知识和分析掌握知识的能力，为学生在以后的专业方向的发展奠定基础。
高频电子线路是以电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术课程为基础，培养学生学习现代电子技术理论和实践知识的入门性课程，具有较强的理论性、实践性和工程应用性。本门课程主要通过采用“电路分析”的各种基本方法以及基本估算方法来分析各个部分单元电路的功率放大、正弦振荡、频谱线性搬移的各種特性，在这个过程中，还研究了单元电路的构成、特点以及基本的工作原理，逐步培养学生对高频电路的抽象分析，使学生逐步学会科学的思维方法。通过这个过程的实施，使学生能够具备独立分析电路以及解决电路问题的能力，并且能够使用最新的器件以及软件来帮助自己分析电路，从而具备分析解决电路中一些问题的能力。
然而，由于在传统的教学过程中，单讲理论会造成学习知识的过程枯燥、缺乏直观性，致使学生对抽象的电子元器件以及组成的电子电路理论难以理解，不能理论联系实际。针对这种情况，本文采用Multisim12电路仿真软件来对高频单调谐放大电路进行仿真分析，在这个过程中，使学生不局限于枯燥的理论学习，能够直观地看到高频信号在整个电路中的一个变化过程以及结果，使学生能够更好地理解单调谐放大电路对信号的处理情况，使学生能够更好地理解单调谐放大电路的放大特性以及频率特性，从而更好地解决了高频电子线路在传统课程讲授过程中理论性强、缺乏直观性，教学效果不理想的问题。
Multisim12这个软件具有非常直观快速的动态画面捕捉能力以及非常强大的电路仿真能力，他运用自己简单直观的电路图形输入以及简单易懂的电路描述语言来对各种电路进行快速高效不失真的仿真验证。相比于其他仿真软件，Multisim12软件具有完备的数据库（包含了以前没有的AC/DC电源转换器、开关模式电源等等），这使他的应用更为广泛;同时，Multisim12还有效地提升了仿真速度，节省了实验的时间;最后，它直观、快速、高效、准确的仿真特性使得它的应用更为基础和广泛。
1 实验原理
调谐放大电路分为单级调谐放大电路和多级调谐放大电路，本文分析的是单调谐放大电路。调谐放大电路首先是一个放大电路，衡量一个放大电路好坏的性能指标主要有两个，放大倍数和负载阻抗，而调谐放大电路是以电感和电容为负载，这就使得这个电路的性能指标跟电路的频率有很大的关系，通过理论计算以及实验验证我们发现，放大器在某一个频率附近具有很大的电压增益和负载阻抗，这个频率我们称之为谐振频率，而如果放大电路的频率偏离这个谐振频率很大，则回路阻抗和电压增益都会迅速减小。
单调谐放大电路通常用来放大高频小信号，如超外差式接收机的高放和中放电路，其主要功能是从所接收的众多电信号中，选出有用的信号并加以放大，而对其他无用信号、干扰与噪声进行抑制，以提高信号的质量和抗干扰的能力，因此对其功能的基本要求是必须兼有放大和选频双重作用，这分别由放大电路和选频网络两部分实现。调谐放大器的基本组成如图1所示。
在实际的高频电子线路的应用中，并联谐振回路的应用比串联谐振回路的应用要广泛得多，因此，本文采用并联谐振回路来研究分析单调谐放大电路的特性。通过之前的学习以及实验我们知道，只有当电路的耦合电容处在临界耦合状态的时候，电路的输出电压幅值才能达到最大值，其他时候不管耦合电容是偏大还是偏小，对输出电压的幅值和波形都有没有很大的影响，因此，本实验的条件为电路耦合电容处于临界耦合状态。
2 原理图绘制以及仿真分析
2.1 原理图绘制
在Multisim工作区创建单调谐放大电路的电路图，如图2所示，并添加虚拟示波器和信号源，仿真电路图如图2所示。其中输入信号是幅度为1mV频率为1MHz的余弦信号，通过微调VBB，VCC，Vb，R2，使电路工作处在临界状态，提高能量的利用率，用示波器来观察三极管（BF570）集电极电流波形，以此判断电路的工作状态。
2.2 研究电路的放大特性
设放大器的输入电压为 ，输出电压为 ，则电压增益为=，下面我们用Multisim12软件对不同输入频率的单调谐放大电路进行仿真分析，分别观察计算在不同输入频率的输出波形以及其电压放大倍数，观察单调谐放大电路的放大特性与输入信号的频率有无直接关系。
设置输入信号的频率为1MHz，双击示波器图标，打开仿真开关，可以观察到电路的输入、输出信号波形，如图3所示。观察图3可以看到，输出信号与输入信号基本上是反相的，同时电路的放大倍数约为50，这说明电路工作处在谐振放大状态。
设置输入信号的频率为1kHz，再观察输入、输出信号波形，如图4所示，可以看到此时的输出信号很小，电路工作处于失谐状态。
设置输入信号的频率为10MHz，再次观察输入、输出信号波形，如图5所示，可以看到此时的输出信号也很小，电路同样处于失谐状态。
由此可见，由于谐振回路的选频作用，只有当电路工作处于谐振状态时，电路对信号才有放大作用，当输入信号频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，当输入信号频率严重偏离谐振频率时，放大电路对输入信号几乎没有放大能力，因此说电路具有选频放大的能力。
2.3 研究电路的频率特性
接下来采用Multisim交流分析的方法得到电路的频率特性曲线。在主菜单“仿真”中启动分析菜单中的“交流分析……”命令，在交流分析中设置频率参数为1kHz到1MHz，在输出参数中选中V（3）（即节点3），点击仿真按钮，进行仿真分析，最终得到如图6所示的频率曲线。
观察图6所示曲线，上面的曲线是电路的幅频曲线，下面的曲线是电路的相频曲线。从幅频曲线可以看出，在频率为1MHz时，电路的输出是最大的，输出约为输入的50倍;同时从相频曲线可以看出，此时输出与输入的相位差基本上为180°，即输出与输入反相。
3 结 论
本文采用Multisim12软件对单调谐放大电路进行了仿真分析，克服了传统教学过程中知识枯燥无味、深奥难解的特点，通过仿真分析，使学生能够更直观的理解单调谐放大电路对输出信号的影响，能够更好地理解单调谐放大电路的频率特性以及放大特性，加深了对高频电子线路部分知识的理解，同时，培养了学生发现问题、思考问题、解决问题的能力以及创新能力，给学生今后在专业领域的学习发展打下坚实的基础。
参考文献：
[1] 张肃文.高频电子线路 [M].第5版.北京：高等教育出版社，2009.
[2] 胡昭华，吴佑林.基于Multisim的“高频电子线路”教学研究 [J].电气电子教学学报，2010，32（6）：116-117+120.
[3] 王海梅.基于Multisim的高频小信号谐振放大器仿真研究 [J].新技术新工艺，2015（2）：68-71.
[4] 董在望.通信电路原理 [M].第2版.北京：高等教育出版社，2002：225-227.
作者简介：高捷（1990-），女，汉族，陕西西安人，助教，硕士研究生，研究方向：电工基础理论、電子技术应用、军事物联网。
