Multisim在以工程实践能力为导向的高频电子线路教学中的应用

黄勇 朱昌洪

摘 要：高频电子线路课程具有实践性和理论性较强的特点，传统教学注重理论而忽视学生工程实践能力的培养。为了更好地培养学生的工程实践能力，将电路设计仿真软件Multisim与高频电子线路的课堂教学、实验和课程设计紧密结合，依托其强大的交互式仿真分析能力，实现教学做的统一，从而培养和提高学生的工程调试能力、工程测试能力和工程设计能力。现以高频典型电路单调谐回路谐振放大器为例，探讨Multisim在以工程实践能力为导向的高频电子线路教学中的应用。

关键词：Multisim 高频电子线路 单调谐回路谐振放大器 工程实践能力

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（b）-0251-03

Abstract：The course of high frequency electronic circuit has the characteristics of strong practicality and theory，the traditional teaching theory and the cultivation of studentsengineering practice ability.In order to better cultivate studentsability of engineering practice， closely integrated circuit design and Simulation Software Multisim and high frequency electronic circuit teaching， experiment and course design，relying on its powerful interactive simulation analysis ability， to realize the unity of teaching， learning and doing， in order to cultivate and improve studentsengineering commissioning ability， ability of engineering test and engineering design capabilities. The application of Multisim in the teaching of high frequency electronic circuit based on engineering practice ability is discussed by taking the single tuned circuit resonant amplifier as an example.

Key Words：Multisim；High Frequency Electronic Circuit；Single Tuned Circuit Resonant Amplifier；Engineering Practice Ability

高频电子线路是高校工科电子通信类实践性和理论性较强的专业基础课。该课程通过高频信号各种功能电路的学习，掌握非线性电路的分析方法，培养学生对射频电路与系统的分析、工程设计及其实践动手能力。

该校作为培养应用型本科院校，应注重学生工程实践能力的培养，采用传统的教学方法已不能适应学校的发展定位。因此，在课堂教学、实验和课程设计中引入Multisim仿真软件，依托其强大的仿真分析能力实现教学做的统一，从而培养学生的工程实践能力。

下面以高频典型电路单调谐回路谐振放大器为例，探讨Multisim11仿真软件在以工程实践能力为导向的高频电子线路教学中的应用。

1 该校高频电子线路教学中存在的问题

（1）该校高频电子线路教学多采用传统的教学方法，先由教师课堂讲授理论知识，再做实验，由于高频电子线路功能电路多且都是非线性电路，大都采用工程近似分析法，学生普遍反映比较难学，缺乏兴趣，大部分学生的工程实践能力很差。

（2）实验时采用传统的实验箱，由于实验模块功能电路元器件的参数不可调，学生只是按照实验步骤机械做实验，整个实验中学生缺乏独立思考的过程。同时由于高频实验易受分布参数和外部电磁干扰的影响以及使用频繁造成元器件的损坏等原因，学生又缺乏经验，需要耗费大量的时间进行排查故障，而实验时间有限，通常实验不能达到预期的效果。因此，学生的工程实践能力也不能得到很好的培养。

2 Multisim11仿真软件在高频教学中的应用

2.1 引入Multisim仿真软件后的教学设计

传统教学都是先理论后实验，现在引入Multisim仿真软件后，课堂教学可采取先做仿真实验，学生讨论后再进入理论讲解的过程，学生的主动性和积极性大增。课后学生再用仿真软件进行仿真和做作业，实现学生的做中学。课堂的仿真实验与实验箱实验高度一致，学生通过仿真实验熟悉实验原理，按照工程调试的步骤可以快捷更改元器件参数，理论与实践紧密结合。实际实验时，由于已在仿真实验中做过，遇到问题就能及时排查故障，从而大大提高了实验的成功率和效果，学生兴趣大增，提高了学生的自信心、主动性和积极性。因此，能够有效培养学生的工程实践能力。

2.2 Multisim11仿真应用实例

高频小信号放大器是高频的典型电路，其教学主要讲授单调谐谐振放大器的原理。现以其为例，探讨Multisim11仿真软件在高频教学改革中的应用。

2.2.1 单调谐回路谐振放大器工作原理

高频小信号放大器的主要质量指标有增益、通频带、选择性等，其电路主要由输入回路、晶体管、输出回路组成，为了与RZ8653型高频实验箱相结合，采用实验箱电路原理图，如图1所示。R1、R2、R4、R6为偏置电阻，提供静态工作点，C1是R4的旁路电容；由R3、C4、C5、T1（回路电感L=4uH）构成的谐振回路，作为输出回路；Q2、R9、R10构成射极跟随器以提高带负载能力。由于Multisim11元件库没有晶体管9018，查参数后可用2N2369替换。

2.2.2 工程调试的仿真过程

（1）晶体管静态工作点的调整。

放大器在小信号状态下的ICQ一般取0.8～2 mA，依据相关理论计算可得静态工作点UCQ=1.5～3.5V。在输入信号为0的情况下，调整R1、R2、R6，使Q1的基极直流电压约为2.5 V，此时用multisim的直流分析如图2所示，基极电流IB=15.136 15 mA，ICQ=1.220 12 mA，IEQ=-1.235 26 mA，与理论值基本相符，此时放大器工作在甲类。

（2）谐振频率的调整。

调整可调电容C5，可通过波特图示仪XBP1观测，此时谐振频率为6.154 MHz，增益为18.234 262，见图3，也可从频率计XFC1读出，此时与波特图示仪的测试数据相比会有误差。用示波器观测见图4，A通道为输出，B通道为输入。当输入信号频率为5 MHz时，其输出信号波形与图4相比，输出信号会减小，因此，高频小信号放大器具有选频和放大的作用。

2.2.3 工程测试的仿真分析

（1）静态工作点对单调谐谐振放大器幅频特性相频特性的影响

改变静态工作点电压，可以发现，晶体管Q1基极电压减小时，ICQ减小，幅频特性幅值会减小，曲线变“瘦”，带宽减小；Q1基极电压增大时，ICQ增大，幅频特性幅值会增大，曲线变“胖”，带宽加大。

（2）集电极负载对单调谐谐振放大器幅频特性相频特性的影响改变集电极负载R3，可以发现，集电极负载增大时，幅频特性幅值会增大，曲线变“瘦”，Q增大，带宽减少；集电极负载减小时，幅频特性幅值会减小，曲线变“胖”，Q减小，带宽加大，与理论计算相符。

（3）当输入信号较强时，会造成输出波形失真，此时应减小输入信号，也可以增大电阻R8或在Q1的发射极串联一个小电阻（几十欧）做负反馈，用来控制和调整增益，提高电路的稳定性。

（4）对比在T1的次级直接接负载和通过射极跟随器接负载，可以发现采用射极跟随器后大大提高了电路的带负载能力。

在整个仿真过程中还可以设置器件故障，培训学生排查故障的能力，也可用虚拟的3D面包板实验电路和3D元件库搭建电路进行实验，完成老师布置的高频设计任务，从而培养和提高学生的工程测试和工程设计能力。

3 结语

实践证明，将multisim仿真软件与高频电子线路的教学紧密结合，学生学习兴趣大增，主动性和积极性很高，能有效完成和实现教学做的统一，进而提高学生的工程测试能力、工程设计能力和课程的教学质量。

参考文献

[1]蒋卓勤.Multisim及其在电子设计中的应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.

[2]高磊.Multisim变压器参数分析与应用[J].微型机与应用，2014（14）：85-87.

[3]张肃文.高频电子线路[M].5版.北京：高等教育出版社，2009.