徐佳

(大連科技學(xué)院，遼寧 大連116052)

1 概述

隨著高校教育理念不斷從知識(shí)教育轉(zhuǎn)變?yōu)樗刭|(zhì)教育，實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑。傳統(tǒng)的高頻電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在許多的弊端，比如，學(xué)生人數(shù)多但實(shí)驗(yàn)場地和儀器設(shè)備數(shù)量有限；學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器的功能不熟悉，在操作中會(huì)造成儀器損壞，干擾實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行，降低實(shí)驗(yàn)效率；在仿真過程中對電容電感的精度調(diào)試比較困難；隨著電子技術(shù)的推陳出新，實(shí)驗(yàn)室原有的儀器設(shè)備不能適應(yīng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)等。而將美國國家儀器NI 有限公司推出的Multisim 引入高頻電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)能很好的解決這些問題[1]。

基于Multisim 的高頻電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真主要是通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)仿真軟件完成的。它不受時(shí)間地點(diǎn)的限制，隨時(shí)隨地都能仿真；實(shí)驗(yàn)環(huán)境是在虛擬條件下進(jìn)行的，使用的元器件和虛擬儀器設(shè)備也不會(huì)損壞，而且仿真結(jié)果能準(zhǔn)確、真實(shí)、形象地體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)；由于軟件可以隨時(shí)更新到最新版本，其中的元器件庫和虛擬儀器設(shè)備都能適應(yīng)最新的仿真[2]。所以，設(shè)計(jì)研究基于Multisim 的高頻電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真有著一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

2 Multisim13 軟件簡介

Multisim 13 擁有一個(gè)非常大的虛擬元件數(shù)據(jù)庫，能根據(jù)原理圖仿真出一些實(shí)際實(shí)驗(yàn)的效果，具有豐富的仿真分析能力。具有如下特點(diǎn)[3]：

（1）直觀的圖形界面；（2）豐富的元器件：根據(jù)種類型號的不同可以分為26000 多種，也可以用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中的元器件去建立封裝一些新的元器件；（3）豐富的測試儀器：比如高頻電路測試中常用的函數(shù)發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀、波特圖示儀、失真度分析儀等等；（4）詳細(xì)的電路分析功能：不僅能夠提供時(shí)域的分析、而且還能提供頻譜特性和失真度的分析以及元器件線性和非線性的分析等；（5）強(qiáng)大的MCU 模塊：具有很好的編程調(diào)試仿真功能；（6）完善的后處理：可以對分析的結(jié)果進(jìn)行多種數(shù)學(xué)運(yùn)算；（7）詳細(xì)的報(bào)告；（8）兼容性好的信息轉(zhuǎn)換：可以將仿真結(jié)果輸出到LabVIEW 中去，可以通過互聯(lián)網(wǎng)共享文件，可以將輸出原理圖到PCB 布線等。

3 基于Multisim13 的高頻電子線路實(shí)驗(yàn)研究實(shí)例

3.1 基于Multisim13 的基礎(chǔ)性高頻實(shí)驗(yàn)仿真- 模擬乘法器AM調(diào)幅電路

3.1.1 調(diào)幅原理

調(diào)幅是用需傳送的信息（調(diào)制信號） 去控制高頻載波 的振幅，使其隨調(diào)制信號 的規(guī)律而變化。若載波信號為 = ，調(diào)制信號為 。則普通調(diào)幅波的振幅為： 式中，ka是一個(gè)與調(diào)幅電路有關(guān)的比例常數(shù)。 稱為包絡(luò)函數(shù)，它反映了 的變化規(guī)律。因此，調(diào)幅波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

3.1.2 設(shè)計(jì)思路及仿真電路

a. 在sources 組中的power-sources 系列下選擇兩個(gè)信號源V1、V2，其中，V1 作為載波信號，V2 作為調(diào)制信號；在sources 組中的control-function-blocks 系列下選擇乘法器；在虛擬儀表中選擇示波器；在確定完所有元器件后，在Multisim 13 仿真電路窗口建立模擬乘法器實(shí)現(xiàn)信號調(diào)幅原理電路圖如圖1 所示。畫完電路圖后設(shè)置參數(shù)，載波信號V1 的電壓幅值設(shè)置為1V，頻率設(shè)置為20KHz；調(diào)制信號V2 的電壓幅值設(shè)置為1V，頻率設(shè)置為1000Hz；電壓源VCC 設(shè)置為2V，此時(shí)調(diào)幅指數(shù)就為0.5。仿真輸出調(diào)幅波形如圖2 所示。

圖1 VCC 為2V 的模擬乘法器AM 調(diào)幅電路

b. 最后將電路中的輸入V1 和乘法器的輸出連接到頻譜分析儀的輸入端和輸出端，然后雙擊頻譜分析儀圖標(biāo)并設(shè)置參數(shù)，最終得到如圖3 的仿真結(jié)果。

3.1.3 仿真分析

a.由圖2 調(diào)幅電路輸出波形可以看出，高頻載波信號的振幅變化規(guī)律是隨著調(diào)制信號變化的。

圖2 VCC 為2V 的模擬乘法器AM 調(diào)幅電路的輸出波形

圖3 接入頻譜分析儀的輸出頻譜

b.由圖3 調(diào)幅電路輸出頻譜可以看出，此時(shí)中心頻率的幅度為1.004V，在頻率為20KHz 時(shí)載波分量幅值最大。在頻率為19KHz 和21KHz 時(shí)有兩個(gè)上下邊頻分量，幅度為0.5V，很直觀的觀察到AM波的頻譜分量及線性搬移效果。

3.2 基于Multisim13 的綜合性高頻實(shí)驗(yàn)仿真- 簡易調(diào)幅發(fā)射機(jī)

3.2.1 設(shè)計(jì)思路及仿真電路

簡易調(diào)幅發(fā)射機(jī)主要由低電平調(diào)幅電路和高頻功率放大器組成，在Multisim 13 仿真電路窗口建立調(diào)幅發(fā)射機(jī)電路如圖4所示。在創(chuàng)建完電路圖后設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，調(diào)幅發(fā)射機(jī)仿真波形圖如圖5 所示。

圖4 V2 為300mV 的調(diào)幅發(fā)射機(jī)電路

圖5 調(diào)幅發(fā)射機(jī)仿真波形

3.2.2 調(diào)幅發(fā)射機(jī)仿真分析

觀察圖6 調(diào)幅發(fā)射機(jī)仿真波形，可以看出，輸出的信號仍然是一個(gè)普通的調(diào)幅波，調(diào)制信號雖然規(guī)律不變，但是在信號幅度上出現(xiàn)了增大的情況，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅發(fā)射機(jī)高頻放大的作用。

4 結(jié)論

本文以高頻電子線路課程中基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)綜合類實(shí)驗(yàn)為例，利用Multisim 13 軟件設(shè)計(jì)仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)踐證明，將Multisim 仿真軟件引入高頻電子線路的教學(xué)中，可以達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的良好效果。