基于频谱研究高频电子实验教学探究

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1、基于频谱研究高频电子实验教学探究　　摘要：高频电子线路课程需要对多种信号进行频率分析，为了增强学生感性认识，提高教学效果，利用频谱分析仪对“高频电子线路”实验课程的教学内容进行了设计，首先优化了实验步骤，加入频谱分析内容，然后修改了实验考核要求，激励学生思考实验现象。根据课堂效果得知，基于频谱分析的实验教学方法能够帮助学生理解高频信号频域特点，提高实验教学水平。关键词：频谱分析；高频电子线路；实验教学作者简介：于效宇（1980-），男，黑龙江肇东人，电子科技大学中山学院，讲师；刘艳（1980-），女，锡伯族，辽宁沈阳人，电子科技大学中山学院，讲师。（广东中山528

2、400）基金项目：本文系2011年电子科技大学中山学院质量工程建设（教学团队）项目的研究成果。中图分类号：G642.423文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）19-0141-027“高频电子线路”课程作为通信专业的专业基础课，具有一定的难度和特殊性，[1，2]在课程讲授过程需要对各种信号进行频谱分析，如在调幅部分需要分析FM、DSB、SSB三种信号的频谱区别，在丙类功率放大器需要分析失真信号的频率成分等。而频谱分析是信号与系统课程知识的应用和延伸，基础一般的学生通过课堂讲授和公式较难理解信号频谱分析的目的意义。[3]因此为了提高学生对于高频信号频

3、谱特点的感性认识，在实验课程中增加了频谱分析的教学内容，与理论内容相呼应，帮助学生回溯信号与系统的知识，掌握高频电子线路典型信号的频谱特点，从而提高教学效果。一、实验课程内容整合和频谱分析要求为了提高实验教学水平，更有效地帮助学生理解实验内容，掌握高频信号的频谱特点，本学期的“高频电子线路”实验设备增加了频谱分析仪，并根据实验内容的改变修改了实验大纲和实验要求，具体情况如表1所示，与之前的实验内容相比[4]，本学期实验主要对以下两个方面进行了修改：第一，对“高频电子线路”实验课程内容进行整合，将原实验2正弦波振荡器和实验3集电极调幅与大信号检波合并为振荡电路与调幅

4、检波，原实验4环形混频器和实验5变容二极管调频合并为环形混频与直接调频，原实验1和实验6保留。实验整合的主要原因在于，原实验2、3，原实验4、5采用的实验板和实验设备基本相同，且实验内容相关性较强。如原实验2搭建的振荡器可作为原实验3集电极调幅电路的载波信号。为了提高学生对于实验的整体性理解和认识，将实验进行了整合。7第二，整合实验并不是简单地把实验名称和实验内容合并，在实验内容上也进行了梳理，在整个实验过程中都增加了对信号频谱的分析和解释，帮助学生理解实验。表1实验内容及频谱分析要求序号题目实验内容频谱分析要求一小信号放大器调整晶体管的静态工作点；测量放大器的谐

5、振曲线；计算谐振频率处的电压放大倍数，通频带BW0.7、BW0.1、矩形系数Kr0.1了解频谱仪扫频原理，观测扫频图即信号放大器谐振曲线；对输入输出信号进行频谱测量，分析测量中的谐波失真现象二振荡电路与调幅检波观察振荡状态与晶体管工作状态的关系；观察反馈系数对振荡器性能的影响；比较LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度；调试集电极功率放大电路及调幅电路，测试动态调制特性，记下不同的V?时的调幅系数ma，观察检波器的输出波形测量并分析振荡信号频谱；测量并分析调幅波信号频谱；测量功率放大电路各级信号频谱，根据频谱调试电路三环形混频与直接调频观察混频器的输出信号，观察混频器的

6、镜像干扰；7调试变容二极管调频电路实验，调频信号解调实验在示波器和频谱分析仪上观测镜像干扰信号特点；利用频谱观测调频信号频谱，分析与调幅信号频谱的区别；改变调制信号幅度、频率，观测调频信号的频谱变化；观测解调信号的频谱，分析失真度四模拟乘法器的应用AM，DSB调幅信号的产生；同步检波实验；鉴频实验；混频实验观测实验中各输入输出信号的频谱特点二、教学方法改进1.实验现象的频谱分析“高频电子线路”课程知识点较为分散，不利于学生学习理解，但是对高频信号的分析却贯穿课程始终。如果学生能够掌握高频典型信号的频谱特点，能够分析信号的频谱构成，会给学习“高频电子线路”课程带来直

7、接帮助。针对此问题，设计了上述表1的频谱分析要求。在实验课程示范操作和讲解过程中，注意对信号频谱进行分析。以调幅信号AM和DSB为例，AM信号展开式如如式（1）所示，可见AM信号包含ωc、ωc+Ω和ωc+Ω三种频率分量，为了能够降低功耗，提高通信效率，可以去掉ωc即载波频率，生成DSB调幅信号，如式（2）所示。7在理论授课过程中，学生可以掌握这两种信号的推导过程，也了解AM和DSB调幅信号的频谱构成，但是仍然对于AM、DSB的信号特点及根据信号特点的相关领域应用不清楚。通过实验4模拟乘法器的应用可以调制和解调AM、DSB信号，通过频谱仪对调制信号、载波信号、AM和

8、DSB信号