基于Multisim11软件在通信电子线路实验教学的应用

许建明 黄同成 彭森 李菲

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：

[1]耿艳香，朱根生，等.基于Multisim高频电子线路实验平台设计的探讨[J].实验室科学，2012，15（3）：117-119.

[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）