Several Links in Teaching of "Frequency Electronic Circuit" Program
Jin Lijun
（西安铁路职业技术学院，西安 710004）
（Shaanxi Railway Institution，Xi"an 710004，China）
摘要： 《高频电子线路》课程是工程电子、通信类专业的一门重要专业基础课程，该课程主要学习通信系统中构成发射机、接收机的单元电路。文章针对学生学习高频电路困难的现状进行分析，从而探讨了在教学中如何从五个方面使学生对该课程产生兴趣并以清晰地思路学好本课程。
Abstract： "Frequency Electronic Circuit" program is one of the important basic professional courses of engineered electronic, communications majors; the course studies the transmitter and receiver unit circuit of communication systems. Article analyzes the difficulties for students to learn high-frequency circuit, and explores how to teach from the five aspects of teaching so that students are interested in this course and to learn this course.
关键词： 高频电子 非线性电路 频率变换 乘法器
Key words： high frequency electronic; nonlinear circuit; frequency conversion; multiplier
中图分类号：G42 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）15-0247-02
0引言
《高频电子线路》是工程电子、通信类专业的一门重要专业基础课程，以电路基础、模拟电子线路及高等数学部分知识为基础，主要介绍通信系统中构成发射机、接收机的单元电路。而高职高专通信类专业的学生普遍认为电路及电子线路的分析本身就比较难，分析高频电路其难度更是可想而知。笔者在担任《移动通信》等课程教学时在讲到基站、移动台的组成及移动通信系统的干扰等知识点时，发现学生对高频电路的功能及特性，发射机、接收机的组成很模糊，给专业课的教学带来很大困难，而通信终端设备和很多集成电子产品的组成又离不开高频电路，所以该课程基础的好坏对后续专业课程有很大影响。那么如何使学生更好的掌握《高频电子线路》这门课程就成为值得探讨的一个课题。笔者通过多年从事通信高职学生的高频及其他无线通信专业课的教学体会，浅谈关于讲好高频课程中的几个重要环节。
1认识课程的重要性，培养学习兴趣
初学高频电子线路的学生翻开教材，看到复杂的电路图，波形图，数学推导等，均感到望而生畏。因此如何使学生对本课程产生兴趣、认识到课程的重要性尤为重要。
那么，如何吸引学生呢？可以通过讨论的形式，让学生了解通信在现代生活中不可替代的作用和无线通信在通信领域中的重要地位。通过对日常生活中一些实例和学生进行探讨，比如收音机、手机、电视机等无线通信工具为什么与外界设备没有任何连接，却能收到广播信号、与其它人通信、收看电视节目等，来引起学生的兴趣，从而导入《高频电子线路》课程的学习。若有条件，学完该课程还可以在课程综练中自己组装并调试好一台收音机。这样无疑会使学生兴奋，进而对该课程产生浓厚的兴趣。
2牢固建立发射及接收机的组成方框图
利用学生刚对高频课程产生兴趣之际，给学生解答无线通信的原理，这样就引出无线通信系统的组成。无线通信系统离不开三部分：发射机，接收机和传输媒质。进而给学生建立发射机和接收机的组成方框图和工作原理。在原理的讲解中，笔者认为，一定要使学生清楚为什么低频信号不能直接传播到远处，怎样才能传到远处？引出调制的必要性，调制前后的频率变换关系。为了让引发学生的兴趣，我们不妨用一个简单的例子说明发射和接收的过程，让电路名称和作用形象化和简单化。
在授课中我用一件物品通过列车从甲地运送到乙地的过程，来说明发射和接收的原理：需要运送的物品首先在甲地包装进箱子（相当于要传送的语音信号通过声电转换电路把声音变成对应的低频调制信号）；箱子不能自己到达远处的目的地（如同低频的信号不能传播很远），那么可以选择高速行驶的列车作为运载工具（如同调制信号需要接近光速传播的高频信号，即载波来携带，载波如何产生呢？就引出了振荡器电路）；接着箱子需要装载到列车上（如同调制信号需要调制到振荡器所产生的高频载波上，从而引出调制电路，根据调制信号携带在载波信号的不同参量上，可分为调幅、调频、调相三种）；装载了箱子的列车需要一定的速度（能量）来行驶（相当于已调信号需要功率放大的电路来提供足够的发射功率），列车到达目的地后，接收者需要从多个列车中选择携带自己箱子的列车（就如同接收天线把电磁波转化成高频电信号后，需要高频放大电路来放大和选择有用信号），选择到对应列车后，需要把箱子从列车上卸下来，此过程与装载过程相反（接收机要从已调波中恢复出调制信号，此过程称为解调，它与调制过程相反。有三种调制方式，则对应三种解调方式，即检波、鉴频和鉴相）；箱子取下来后，打开箱子还原出物品（相当于接收机末端的电声转换电路把低频电信号变换成声音），这样一个普通的发射机和接收机的模型就建立起来了。
通过这样的类比讲解，学生就更容易理解和记忆发射及接收的过程，对于方框图中的单元电路及其作用也有了一定程度的理解，从而为后续讲解单元电路的原理及作用打下坚实的基础。
3建立非线性分析方法
大部分学生认为高频电路比低频电路更难的主要原因在于高频电路的分析方法采用非线性分析方法，那么如何使学生建立起非线性的概念？用非线性方法分析高频电路呢？
通过画出三极管输入输出特性曲线，可以看出其曲线是非线性的（不是一条直线），设非线性器件特性为：i=a0＋a1u＋a2u2＋a3u3＋…（其中 a0，a1，a2，a3…为常数），若输入信号用u=cos2πft来表达，则通过数学推导不难得出输出信号频率有直流分量，由a1u 可得到频率为f的基波分量，由 a2u2 可分别得到频率为2f的二次谐波分量，由 a3u3 可分别得到频率为3f的三次谐波分量。说明信号通过三极管发生了频率变化，那么这么多信号怎么办？到底哪些是有用的？哪些是无用的？如何选出有用频率而滤除无用的频率信号呢？这与电路需要完成的功能有关，比如高放电路，电路就需要从多个频率输入信号中选择所需信号频率并加以放大，选频功能是依靠三极管输出端的谐振回路谐振于f来完成的；若需要得到2f频率，则需要选出a2u2 所产生的二次谐波，在输出端用谐振于2f 的选频回路选择2f 即可，这样就完成了倍频。
当然，这样的分析方法进而可以举一反三，如把信号频率为fc 的信号（载频信号）及频率为F 的信号（调制信号）同时输入，通过数学分析可由一次方项得到 fc和F； 二次方项得到2fc和2F和fc±F ，若输出端选频回路谐振于fc带宽大于2F，则可从输出众多频率中选出fc 及fc±F 频率分量，这就完成了幅度调制，不难发现非线性项中我们重点利用的就是平方项的变换。
通过以上分析，可以使学生清楚认识到高频电路需要频率变换，这就离不开三极管，利用其非线性变换产生了新的频率，而要从多个输出频率中选出所需要的频率，则需要谐振于该频率的谐振回路来选择，所以，非线性分析方法及选频回路在高频电路分析中尤为重要，学生理解和掌握了非线性对频率的变化规律，在发射接收图中，清楚了电路的输入信号，电路功能，及输出信号，从而可以判断选频回路选择有用频率，滤除无用频率。或根据输入及输出频率判断电路功能及作用，有了清晰的思路及方法，自然给学习单元电路增加了兴趣。
4注意对比电路之间的相互关系
尽管学习初始学生对高频课程产生了学习兴趣，可是一旦到了分析单元电路中，如果学生学习思路很乱，或盲无目地跟老师分析电路，只能使学生产生厌倦心理，从而失去学习兴趣。那么如何使学生思路清晰呢？
4.1 发射机、接收机中前后位置电路的对比发射机，接收机中前后位置电路的对比，对频率在电路中的变化规律及作用的分析有很大帮助。回顾发射或接收机组成图，使学生进一步掌握该单元电路在框图中的位置，前后是什么电路？对信号产生了怎样变换？本电路又需要对输入信号如何变换？清楚电路作用，输入输出频率的关系，从而利用非线性分析分析方法及选频回路达到其对信号处理的目的。
4.2 电路组成及原理相关的电路对比各单元电路尽管不同，但有很多共性，比如三极管的非线性变换、输出端的选频回路、偏置电路、电路中高频旁路电容、隔直电容、高频扼流圈等元件作用，以及画高频等效电路时对元件的处理方法都是一致的。如丙类倍频器可以对比谐振功率放大器讲解，调幅电路中的基极调幅，集电极调幅可以对比谐振功率放大器的调制特性讲解，直接调频电路和压控振荡器可以对比振荡器进行讲解，乘法器的应用可以与混频，抑制载波的双边带调幅、检波、倍频等具有频率变换功能的电路对比讲解。这样学生不仅能容易分析电路，而且复习了已学的电路。
因此电路的对比讲解不仅使学生的思路是清晰的、开放的，而且可以举一反三。
5强调乘法器在频率变换中的应用
目前的通信设备及相关电子产品中，已用大量的集成电路代替了分立元件电路。高频电路中的频率变换电路一般可用乘法器来完成，因此要比分立元件电路分析更简单，而且杂波成分少。
在学习乘法器的应用中，要使学生自如地应用乘法器代替非线性电路，首先要清楚输入端对两信号相乘，用三角函数推导可以得到：输出端信号的频率是输入两信号频率的和频及差频。例如输入f1及f2两个频率的信号，经过乘法器可以得到f1+f2以及f1-f2两个频率分量的信号。
清楚了乘法器的频率变换规律以及调幅、检波、混频等频率变换过程，就可以在乘法器的应用中举一反三的列举如下应用：调幅电路目的是把调制信号频率F 携带在载频 fc上，那么乘法器对载波及调制信号相乘，得到fc±F频率分量，这就是抑制载波的双边带调幅信号。相反，若想检波，即需要从fc±F上恢复出F ，那么就只需要把调幅波和载波fc输入到乘法器中，经过二者频率的加和减中，就有频率F的原调制信号，只需在乘法器之后加一低通滤波器选出低频调制信号即可，当然要完成混频只需要把高频fc和本振fL信号相成，得到 fc±fL，选择回路可以选择出差频fc-fL，即中频信号。从而完成混频。
可见掌握了用乘法器完成频率变换，学生会对频率变换有更进一步理解，从而对集成电路的内部组成、功能及作用也能很好掌握。
6小结
以上论述中，联系无线通信的现象，建立学生学习高频课程的兴趣，通过形象的类比及单元电路的多次回顾，牢固建立起发射接收机的组成框图，利用非线性分析方法及电路之间的对比熟悉电路工作原理、电路作用，使单元电路的分析简单化，最后用乘法器完成对频率的相加减，可以代替分立元件电路的频率变换，从而为集成电路代替分立元件电路的过渡奠定了理论基础。因此对于如何学好高频电子课程，培养学习兴趣、掌握分析思路和方法非常重要。
参考文献：
[1]胡宴如.高频电子线路.第二版.北京:高等教育出版社，2001，9.
[2]李福勤，杨建平.高频电子线路.北京:北京大学出版社，2008，1.
[3]陈琦等.当代教育心理学.北京:北京师范大学出版社，1997，4.