杨光义,金伟正 (武汉大学电子信息学院,湖北武汉430079)
《高频电子线路》是电子、信息、通信类等专业本科生的主干技术基础课程。通过该课程的学习,让学生充分了解该课程各单元电路的基本概念、电路组成和工作原理,掌握各种非线性电子线路分析和设计方法,从而为学习后续课程打下坚实基础。该课程强调理论联系实际,因而需要注重培养学生将理论和实际相结合的能力。笔者根据教学实践体会,对 《高频电子线路》课程建设的思考进行阐述。
实验教学是理论教学的延伸,但是又不能完全依附于课堂理论教学。实验教学要有明确的教学目的和鲜明的实践特色,必须注重对学生实验技能的培养。要求学生通过实验课程的学习,能够比较熟练地掌握 《高频电子线路》常用测试仪器的使用方法与基本测试技术,同时具有对实验数据进行初步分析和验算的实践能力。
通过对该课程基础实验的学习,使学生能够掌握基础实验技能和电路参数估算、调试以及技术指标测试方法,从而为今后工作打下坚实基础。因此,在实验教学中应加强基础功能电路的实验教学,具体包括以下内容:①晶体管高频小信号放大实验。包括晶体管小信号调谐放大器特性实验、宽带集成放大电路与选频放大特性实验、双栅场效应管选频放大与增益控制实验和晶体管共射-共基级联选频放大器实验。②正弦波振荡实验。包括电容三点式振荡电路特性实验、并联型晶体振荡电路特性实验、串联型晶体振荡电路特性实验和MC1648集成压控振荡电路特性实验。③振幅调制实验。包括MC1496模拟乘法器调幅电路特性实验、二极管环型调幅电路特性实验和双栅场效应管调幅电路特性实验。④调幅波信号的解调实验。包括二极管大信号检波和小信号检波特性实验、模拟乘法器同步检波特性实验和二极管同步检波特性实验。⑤频率调制实验。包括变容二极管直接调频电路特性实验和集成压控振荡器调频电路特性实验以及调频信号的解调实验。⑥相位鉴频器实验、相移乘法鉴频器实验和双失谐回路鉴频器实验。
在该课程的理论教学中只能进行定性分析,不能让学生直观了解电路参数变化对电路影响的实际效果。另外,课堂实验一般只局限于基础电路的实验,要让学生在课内完成系统电路实验,实际操作难度很大。随着现代电子技术和计算机技术的快速发展,以计算机辅助设计为基础的EDA技术已经渗透到电子系统和集成电路设计的各个环节,利用仿真技术对电路进行设计、分析和调试已经成为电路设计的必要手段。如果在教学中充分利用仿真软件形象地展示元件参数的变化对电路性能的影响,无疑会丰富教学内容,进而提高学生分析问题、解决问题的能力[1]。
Multisim软件具有电路设计、分析和测试等仿真功能,同时具有界面直观、操作方便等特点。另外,该软件为用户提供各种虚拟仪器、元件库、器件库、模拟电路库及数字电路库等[2]。据此学生可以方便地设计出各种实用的模拟电路和数字电路,并且可以利用软件中提供的虚拟仪器对所设计的电路进行仿真测试,因而Multisim是一款较为实用的电路实验仿真软件。如果需要更专业的高频电路仿真,可使用ADS仿真软件。
由于仿真实验毕竟不是真实实验,因而有关仿真实验的实验项目不宜太多,教学学时数也应该有所限制。应当把真实实验不容易实现和综合性较强的系统电路实验用仿真实验代替,充分发挥仿真实验的长处,从而达到最佳实验效果。
《低频电子线路》课程的主要内容包括常用半导体器件、基本放大电路、放大电路的反馈、集成运算放大器及应用、波形发生器和直流稳压电源等。通过该课程的学习,学生能够了解各种半导体器件的性能以及半导体器件组成的各种电路及其应用。《高频电子线路》课程的主要内容包括选频网络、高频小信号放大器、高频功率放大器、正弦波振荡器、振幅调制与解调、角度调制与解调、数字调制与解调、反馈控制电路和频率合成技术等。就实现功能来说,《高频电子线路》包括3部分,即信号的产生(振荡器)、信号的放大 (小信号放大、功率放大)和信号的变换 (各种调制和解调电路)。低频电子线路采用图解法和小信号等效法等方法,以线性的观点讨论电路的输入阻抗、输出阻抗、增益、频率响应等特性。《高频电子线路》绝大部分都属于非线性电路,一般用解析法和折线分析法等非线性电路的分析方法来进行研究。除了需要注意元器件在高频使用时的高频特性外,高频电路中使用的元器件与低频电路中使用的元器件基本相同。因此,学生只有掌握了 《低频电子线路》课程知识,才能真正学好 《高频电子线路》课程。在学习 《高频电子线路》课程之前,教师注重引导学生复习和巩固 《低频电子线路》课程知识是十分必要的。
此外,《信号与系统》、《通信原理》和 《高频电子线路》都涉及调制解调的知识,但侧重点有所不同。《高频电子线路》课程主要讲述调制解调的工作原理和实现电路,《信号与系统》课程主要讲述应用傅里叶变换的性质说明搬移信号频谱的原理,而 《通信原理》则研究不同的调制方式对系统性能的影响。因此,在教学中应根据课程具体内容进行灵活处理。
阐述了 《高频电子线路》课程的内容和特点,对该课程教学提出了相关建议,即应该加强加强实验教学环节和注重 《高频电子线路》课程与相关课程的联系。由于 《高频电子线路》是一门教师难教而学生难学的课程,因而需要教师不断进行探索,寻找具有可行性的教学方法,以便让学生更好地掌握该课程的相关知识,为学习后续课程打下良好基础。
[1]于海勋 .高频电路实验与仿真 [M].北京:科学出版社,2005.
[2]苗澎.SystemView在 “通信电子线路”课程教学中的应用 [J].电气电子教学学报,2007,29(6):34-35.