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摘要:Multisim8软件是专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件,运用Multisim8对高频电路进行分析,分析调幅、检波等特性。通过实例证明,将Multisim8引入高频电路实验教学中,能帮助学生理解高频电路的工作原理,理解有关特性的测试方法,为电子电路的设计制作打下良好的基础。该仿真软件对高频电路实验教学改革起到了积极的作用。
关键词:仿真分析;高频电路;调幅;检波
作者简介:王新(1983-),男,河南安阳人,空军第一航空学院基础部,助教,主要研究方向:电子技术、单片机教学;彭建华(1983-),男,河南信阳人,空军第一航空学院基础部,助教,主要研究方向:电子技术学。(河南 信阳 464000)
“高频电子线路”是电子类专业的专业基础课,“高频电子线路”课程教学由理论课教学、课程实验和课程设计等教学环节构成。它不仅要求学生掌握电路的基本原理和计算方法,更重要的是通过电路实验培养学生对电路的分析、设计和创新能力。在高频电路实验教学环节中常对一些典型的电路,如高频小信号放大电路的分析、谐振功率放大器性能的分析、调幅、检波、混频、调频和鉴频电路等进行验证分析,但是由于传统实验教学条件的限制,不仅实验种类数目有限,而且因实验设备的陈旧,实验效果往往不是很理想。为了配合“高频电子线路”的课程教学改革,加深学生对理论知识的理解、提高学生的动手能力和培养学生的创新能力,从而提高学生的综合能力素质,我们探讨了如何将Multisim8软件应用于高频电路实验教学中。
一、Multisim8软件简介
Multisim8是加拿大Interactivde Image Technologies Ltd公司推出Multisim2001、Multisim7之后的最新版本。它提供了全面集成化的设计环境,可以完成原理图的设计、电路仿真分析和电路功能测试等工作,当电路参数改变时,能清楚地从仿真的数值和波形观察电路性能的变化。Multisim8电路仿真软件具有诸多的特点:系统高度集成,界面直观,操作方便,简单易学;建立了各类元件设计数据模板;具有高频电路的仿真能力;界面上提供了丰富的真实仪器仪表和虚拟仪器仪表;具有完善的电路分析手段,通过这些分析,可以了解电路的基本状况,测量和分析电路的各种响应,其结果比实际仪器测量的精度更高、范围更广。
正因具有以上的优点,学生可以在课余时间利用一台电脑随时随地通过电路的仿真及仿真分析,检验电路设计方案在功能方面的正确性和可行性,以达到熟悉电路、掌握工作原理、进行实验创新的目的,为今后高效率的实际实验打好基础。
二、Multisim8的仿真应用
以下利用Multisim8仿真软件,以普通调幅电路、同步检波电路为例,介绍Multisim8仿真软件在高频电子线路实验教学中的应用。
1.普通调幅电路的仿真分析
(1)原理图创建。创建单频调幅电路,启动Multisim8软件,在元件库中选择合适的元器件,在仪器仪表栏中选择相关的测试仪器,合理摆放位置,然后进行电路连接,得到图1所示的单频调幅电路。
电路中V1为载波信号,频率为20kHZ,幅值为1V(有效值);V2为调制信号,频率为1kHZ,幅值为1V;A1为模拟乘法器;示波器XSC1用来观察载波信号、调制信号;示波器XSC2用来观察调幅信号。
(2)仿真分析。图2所示的波形为输入的载波信号和调制信号的波形,单击运行按钮(simulate\run)或F5,双击示波器图标XSC1、XSC2,得到单频调幅电路的仿真结果。如图3所示。
(3)调幅波的傅里叶分析。按照调制理论,调幅波由3个频率分量构成,第一个频率载波频率fc(20kHZ);第二个频率为上边频fc+F:第三个频率为下边频fc-F(F为调制信号的频率,1kHZ)。
选择菜单命令Simulate\Analyses\Fourier Analysis,弹出Fourier Analysis对话框,如图4所示。
设置frequency resolution(频率分辨率)为1000HZ,Number of(分析数量)为30,在output选项卡中选择节点4作为输出节点。
在图4中,单击Simulate按钮,得到单频调幅电路的傅里叶分析结果,如图5所示。从结果来看,调幅波含有3个频率分量,包括载波(20kHZ)、上边频(21kHZ)和下边频(19kHZ)信号。
2.检波电路的仿真分析
从高频调幅信号中检出原调制信号的过程,称为检波,完成检波功能的电路称为检波器。检波是调幅的逆过程,其频谱与调幅相反,即把调幅波的频谱由高频不失真搬移到低频。
(1)原理图(见图6)创建。电路中,V1、V2、V3和乘法器A1构成单频调幅电路;C1、C2和R3组成低通滤波器;乘法器A2和低通滤波器构成同步检波电路。
(2)仿真分析。单击运行按钮,双击示波器XSC1、XSC2,得到同步检波的输入输出波形,如图7所示。从输出波形可以看出,普通调幅波和载波信号相乘以后的输出信号频率更高,但包络只含由调幅波的上半部分。经低通滤波滤除高频信号后,得到低频的正弦信号,该信号和原调制信号同频、同相。
(3)同步检波信号的傅里叶分析。同步检波信号的傅里叶分析结果如图8所示。从输出信号的频谱图可以看出,信号中只含1kHZ的正弦信号,完成了检出原调制信号的功能。
三、结束语
应用仿真软件进行电路设计,可以通过改变电路的参数,观察不同参数对电路性能的影响,并可反复多次选择最佳的元器件参数设计方案;仿真软件可以把电路测试数据、曲线图全部集中显示到一个设计窗口,可直观观察到图形和数据的变化,得到的曲线图也比较整洁和光滑,这是硬件电路实验测试中无法达到的;同时,由于虚拟仪器调试方便,信号几乎没有干扰,使得测试数据准确,读数误差小。而在硬件实验测试中由于电源信号的干扰,实验仪器和元器件陈旧、老化造成测量数据不准确。仿真软件具有丰富的元件库和仪器库,可充分地发挥学生的想象力和创造力,学生能大胆进行电路的设计尝试,教师不必担心仪器的损坏。
总之,将Multisim8仿真软件引入到高频电路试验中是可行的,可得到良好的教学效果。它可以弥补实验仪器、元器件数量的不足。学生也可以不受试验时间和实验场所的限制,比较自由地支配实验时间,适合大学生“课堂教学、课后巩固”的特点。
参考文献:
[1]张肃文.高频电子线路(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2004.
[2]王冠华,王伊娜.Multisim8电路设计及应用[M].北京:国防工业出版社,2006.
[3]从宏寿,李绍铭.Multisim在电子电路与单片机中的应用[M].北京:清华大学出版社,2008.
(责任编辑:苏宇嵬)
关键词:仿真分析;高频电路;调幅;检波
作者简介:王新(1983-),男,河南安阳人,空军第一航空学院基础部,助教,主要研究方向:电子技术、单片机教学;彭建华(1983-),男,河南信阳人,空军第一航空学院基础部,助教,主要研究方向:电子技术学。(河南 信阳 464000)
“高频电子线路”是电子类专业的专业基础课,“高频电子线路”课程教学由理论课教学、课程实验和课程设计等教学环节构成。它不仅要求学生掌握电路的基本原理和计算方法,更重要的是通过电路实验培养学生对电路的分析、设计和创新能力。在高频电路实验教学环节中常对一些典型的电路,如高频小信号放大电路的分析、谐振功率放大器性能的分析、调幅、检波、混频、调频和鉴频电路等进行验证分析,但是由于传统实验教学条件的限制,不仅实验种类数目有限,而且因实验设备的陈旧,实验效果往往不是很理想。为了配合“高频电子线路”的课程教学改革,加深学生对理论知识的理解、提高学生的动手能力和培养学生的创新能力,从而提高学生的综合能力素质,我们探讨了如何将Multisim8软件应用于高频电路实验教学中。
一、Multisim8软件简介
Multisim8是加拿大Interactivde Image Technologies Ltd公司推出Multisim2001、Multisim7之后的最新版本。它提供了全面集成化的设计环境,可以完成原理图的设计、电路仿真分析和电路功能测试等工作,当电路参数改变时,能清楚地从仿真的数值和波形观察电路性能的变化。Multisim8电路仿真软件具有诸多的特点:系统高度集成,界面直观,操作方便,简单易学;建立了各类元件设计数据模板;具有高频电路的仿真能力;界面上提供了丰富的真实仪器仪表和虚拟仪器仪表;具有完善的电路分析手段,通过这些分析,可以了解电路的基本状况,测量和分析电路的各种响应,其结果比实际仪器测量的精度更高、范围更广。
正因具有以上的优点,学生可以在课余时间利用一台电脑随时随地通过电路的仿真及仿真分析,检验电路设计方案在功能方面的正确性和可行性,以达到熟悉电路、掌握工作原理、进行实验创新的目的,为今后高效率的实际实验打好基础。
二、Multisim8的仿真应用
以下利用Multisim8仿真软件,以普通调幅电路、同步检波电路为例,介绍Multisim8仿真软件在高频电子线路实验教学中的应用。
1.普通调幅电路的仿真分析
(1)原理图创建。创建单频调幅电路,启动Multisim8软件,在元件库中选择合适的元器件,在仪器仪表栏中选择相关的测试仪器,合理摆放位置,然后进行电路连接,得到图1所示的单频调幅电路。
电路中V1为载波信号,频率为20kHZ,幅值为1V(有效值);V2为调制信号,频率为1kHZ,幅值为1V;A1为模拟乘法器;示波器XSC1用来观察载波信号、调制信号;示波器XSC2用来观察调幅信号。
(2)仿真分析。图2所示的波形为输入的载波信号和调制信号的波形,单击运行按钮(simulate\run)或F5,双击示波器图标XSC1、XSC2,得到单频调幅电路的仿真结果。如图3所示。
(3)调幅波的傅里叶分析。按照调制理论,调幅波由3个频率分量构成,第一个频率载波频率fc(20kHZ);第二个频率为上边频fc+F:第三个频率为下边频fc-F(F为调制信号的频率,1kHZ)。
选择菜单命令Simulate\Analyses\Fourier Analysis,弹出Fourier Analysis对话框,如图4所示。
设置frequency resolution(频率分辨率)为1000HZ,Number of(分析数量)为30,在output选项卡中选择节点4作为输出节点。
在图4中,单击Simulate按钮,得到单频调幅电路的傅里叶分析结果,如图5所示。从结果来看,调幅波含有3个频率分量,包括载波(20kHZ)、上边频(21kHZ)和下边频(19kHZ)信号。
2.检波电路的仿真分析
从高频调幅信号中检出原调制信号的过程,称为检波,完成检波功能的电路称为检波器。检波是调幅的逆过程,其频谱与调幅相反,即把调幅波的频谱由高频不失真搬移到低频。
(1)原理图(见图6)创建。电路中,V1、V2、V3和乘法器A1构成单频调幅电路;C1、C2和R3组成低通滤波器;乘法器A2和低通滤波器构成同步检波电路。
(2)仿真分析。单击运行按钮,双击示波器XSC1、XSC2,得到同步检波的输入输出波形,如图7所示。从输出波形可以看出,普通调幅波和载波信号相乘以后的输出信号频率更高,但包络只含由调幅波的上半部分。经低通滤波滤除高频信号后,得到低频的正弦信号,该信号和原调制信号同频、同相。
(3)同步检波信号的傅里叶分析。同步检波信号的傅里叶分析结果如图8所示。从输出信号的频谱图可以看出,信号中只含1kHZ的正弦信号,完成了检出原调制信号的功能。
三、结束语
应用仿真软件进行电路设计,可以通过改变电路的参数,观察不同参数对电路性能的影响,并可反复多次选择最佳的元器件参数设计方案;仿真软件可以把电路测试数据、曲线图全部集中显示到一个设计窗口,可直观观察到图形和数据的变化,得到的曲线图也比较整洁和光滑,这是硬件电路实验测试中无法达到的;同时,由于虚拟仪器调试方便,信号几乎没有干扰,使得测试数据准确,读数误差小。而在硬件实验测试中由于电源信号的干扰,实验仪器和元器件陈旧、老化造成测量数据不准确。仿真软件具有丰富的元件库和仪器库,可充分地发挥学生的想象力和创造力,学生能大胆进行电路的设计尝试,教师不必担心仪器的损坏。
总之,将Multisim8仿真软件引入到高频电路试验中是可行的,可得到良好的教学效果。它可以弥补实验仪器、元器件数量的不足。学生也可以不受试验时间和实验场所的限制,比较自由地支配实验时间,适合大学生“课堂教学、课后巩固”的特点。
参考文献:
[1]张肃文.高频电子线路(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2004.
[2]王冠华,王伊娜.Multisim8电路设计及应用[M].北京:国防工业出版社,2006.
[3]从宏寿,李绍铭.Multisim在电子电路与单片机中的应用[M].北京:清华大学出版社,2008.
(责任编辑:苏宇嵬)