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1、Multisim在通信电子线路教学中的作用原理电路的实现与仿真摘要 本文结合通信电子线路的理论教学，对Multisim10 软件应用于教学过程进行了探讨。根据具体的教学内容，在多媒体教学中，对一些学生不容易理解的内容进行课堂仿真实验，如晶体振荡器、变容二极管调频等等，使具体电路的实现、中间过程及输出动态显示。加深对理论的理解，提高教学质量。提高学生的学习兴趣与效率。关键词 通信电子线路 Multisim仿真 晶体振荡器 变容二极管调频1. 引言通信电子线路是一门原理性和实践性很强的专业基础课程，该课程理论与实验并重，其实践性环节对于培养学生的实际操作能力及以后更深入的学习将产生很大的影响。传统
2、的教学和实验是分离的。教学仅仅是在课堂上的讲授原理，相应的实现电路要留在实验课来验证和分析。而电路仿真软件可将实验带入课堂，Multisim提供了这样一种虚拟仪器。Multisim的应用大大方便了我们的实验学习，使得实验与教学紧密联系在一起，便于学生理解，提高教学的效率。ElectronicsWorkbenchGroup发布的Multisim10这是交互式SPICE仿真和电路分析软件的最新版本，专用于原理图捕获、交互式仿真、电路板设计和集成测试。新软件Multisim10的应用大大方便了通信电子线路教材中集成电路的模拟及设计，和各种功能的演示实验。学生能够很容易地在动手做原型的过程中把理论知识
3、转换到实践经验中去，从而对电路设计有更深入的认识和理解。2. 原理电路的实现和仿真这部分我们以部分原理电路为例，说明Multisim的仿真过程和演示结果。2.1晶体振荡器石英晶体(二氧化硅SiO2)是具有压电效应的材料，即把受压机械变形转变为电压，反之亦然。晶体振荡器实际上是压电效应振荡器。在一般应用中，用压电陶瓷可达到10MHz，这种材料品质因数和温度稳定性相对较差，而用石英晶体做谐振材料可以满足温度系数小和低噪声的要求。石英晶体振荡器的频稳定度可达到10-5数量级以上，具有很高的品质因数，产生几十kHz几万MHz的振荡频率。串联型晶振利用晶体振荡器在其串联谐振条件fs处呈现低阻，一旦偏离f
4、s，等效电阻急剧增大的特点，把它接在反馈支路中。因此，当fosc = fs时，反馈支路近似短接线，反馈电压信号最大，振荡的相位条件和幅度条件才得以满足。也就是说，串联型晶体的振荡频率就是晶体谐振器的串联谐振频率。图1实际上是一个电感三点式的振荡器，只是在谐振回路与三极管之间的反馈支路中接入了一个具有选频能力的晶体。在晶体的串联谐振频率fs上反馈最强，电路就能在该频率上形成振荡。图1 Multisim界面上的石英振荡器的电路图其中三极管和晶体都是采用了软件提供的虚拟器件。如图2所示。图2 选择虚拟晶体管双击示波器，点击开始仿真，图形如图3所示。其中图3(a)显示的波形包括振荡器起振过程的波形，图
5、3(b)为振荡器稳定之后输出的波形。 图3(a) 振荡器的起振过程 图3(b) 稳定后的输出波形由晶体参数，先忽略rq的影响，可得到近似的晶体串联谐振频率fs和并联谐振频率fp的理论计算结果。图4 频谱分析仪相应的显示结果利用Multisim10提供的频谱仪，得到图4所示的显示。从频谱分析仪图上来看，理论分析结果和实际晶振输出的频率是一致的。同时解释了为什么晶振的输出波形是非常规范的正弦波：晶振对于谐振频率的选择性非常良好，从而在输出上最大程度的减少了谐振频率之外频率的干扰。2.2 变容二极管直接调频电路变容二极管是一种电压控制的可变可控电抗元件。利用它的结电容随反向电压而变化这一特性，可以很
6、好地实现调频。变容二极管调频电路在移动通信和自动频率微调系统中广泛应用，其优点是工作频率高，固有损耗小且线路简单，能获得较大地频偏，其缺点是中心频率稳定度较低。图5 Multisim界面上的变容二极管直接调频电路图5给出了变容二极管直接调频实现电路。图中V1为变容二极管直接调频电路直流电源；V2为调制信号；V4为变容二极管的直流偏置电源。D1为变容二极管。结合课堂上原理的分析，得到输出的调频波。实际电路输出波形通过multisim10软件提供的示波器，如图6所示。图6 FM波的波形（红色）与调制信号（蓝色）的波形调频波的瞬时频率的变化也可显示出来，如图7所示。其他的调频或鉴频电路也可仿真。图7
7、 FM调制中频率变化图3. 结论高校为了加强实验和教学的密切联系，改革实验方法，更新实验教学内容，把仿真软件引入课堂教学已成为一种必然的趋势。很好地帮助高校教师深入浅出地讲解电路理论。通过Multisim和虚拟仪器技术结合，电子学教育工作者更可以完成从理论到原理图捕获与仿真这样一个完整的验证实验计流程。我们开发了Multisim10在通信电子线路课程教学中的应用，使得系统电路的仿真实验走进课堂，与理论相结合，使学生可以更直观的看到信号的发生、变化，更加利于同学们对教材内容的理解，激发学习高频电子线路的热情。促进学生动手能力和创新意识，有利于学生综合素质的培养。参考文献1. 王希成，程永进，陈远
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