中国现代教育装备
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 实验室建设  
虚拟仪器平台下的幅度调制实验案例设计
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2025-9-28 16:37:41
  [导读]高频电子线路课程在电子信息类专业课程体系中起着承上启下的作用,要求学员具备较强的电路分析、理论推导和工程实践能力。在原有的课程教学中,数学理论的推导与分立元件组成的电路相对独立且关联性不大,实验电路与幅度调制公式之间也未能建立直接的联系。将虚拟仪器平台引入高频电子线路课程教学中,发挥其集成性和模块化的优势,使抽象的公式通过功能模块具象化,并能够实时交互,提升教学效果,发挥学员学习的主观能动性。

  模拟幅度调制的原理是高频电子线路课程的核心内容之一。课程教学普遍采用的方法是从单一频率的正弦信号入手,根据幅度调制的数学原理完成各种幅度调制信号的分析,从而建立幅度调制的基本概念,引出乘法器。后续的电路实现是以常见的二极管、三极管器件的分析模型为基础,研究如何通过该器件实现乘法功能,并利用这些器件的乘法功能实现幅度调制电路,最终完成高频电子线路幅度调制的理论到实践转化过程[1-7]。这一学习过程理论推导清晰,但存在一个知识衔接的问题,即幅度调制的数学原理讲述完毕之后,直接进入器件的实现,如二极管的平衡电路和三极管双差分对的电路。这些电路与前面的数学原理联系不够紧密,即便采用数学仿真软件对公式推导进行简单绘制,也很难让学生对后面的幅度调制电路建立直观的印象。

  随着可编程器件性能的飞速发展,以FPGA为核心的虚拟仪器平台为高频电子线路教学提供了一种新的方法和思路[8-9]。将虚拟仪器平台与课堂理论教学相结合,具有以下优势:一是模块化的电路对应高频电子线路中常用的功能模块,在有限的体积下提供了丰富的虚拟仪器,通过计算机即可任意调用所需的仪器;二是将抽象的理论公式和原理框图具象化,学员通过虚拟仪器可以生成常见的信号,采用类似搭积木的方式,完成对数学原理的电路级复现,而且信号参数可调,有助于建立直观的感性认识。

  本文针对高频电子线路课程教学存在的不足,使用虚拟仪器ELVIS平台及配套子板组成的虚拟仪器平台,构建了以幅度调制的数学原理为基础的硬件实现案例。该案例既可以在课堂上实时演示,又可以课下在实验室中进行拓展实验,实现了理论教学与实践教学的有机统一。

  1 幅度调制的数学原理

  2 幅度调制的实验案例设计

  3 结语

  在高频电子线路课程中幅度调制实验教学,结合虚拟仪器平台,将原理框图与硬件电路一一对应起来,实现了教学中的“所见即所得”。学员可以更好理解幅度调制的数学原理,从理论知识的建立到原理框图的绘制,再到模块电路的搭建,将理论知识与实践紧密结合,有效提高教学质量。这种教学模式可以推广到后续的调角电路教学中,在课堂上讲解基本原理及其简单实现,课下进行拓展和提升,使学员的逻辑思维和动手能力得到充分锻炼。

  参考文献

  [1] 冷文.“高频电子线路”仿真式案例教学的设计[J].电气电子教学学报,2023,45(6):146-150.

  [2] 王建华.“高频电子线路”课程思政的教学探索[J].电气电子教学学报,2024,46(1):111-114.

  [3] 宗桂林,单巍,张亚萍.Multisim在高频电子线路教学中的应用[J].淮北师范大学学报(自然科学版),2023,44(1):88-92.

  [4] 唐万伟.虚拟仪器技术在高频电子线路教学中的应用[J].中国新通信,2015,17(8):82.

  [5] 翟文强.学习迁移理论在《高频电子线路》教学中的应用[J].中国电力教育,2022(12):67-68.

  [6] 王玮,孙鹏,崔建华.以问题为导向的“通信电子线路”课程教学探讨[J].教育教学论坛,2020(5):259-260.

  [7] 何小莲,覃光锋,黄伟铭,等.工程认证背景下“高频电子线路”课程改革探析[J].科技风,2024(14):139-141.

  [8] 刘艳芳,杨文荣,商建锋.基于NI ELVIS Ⅱ+的电路实验虚实结合开展教学实践[J].科技视界,2021(18):58-61.

  [9] 何颖子.基于NI ELVIS Ⅲ平台的模拟电路课程仿真教学系统设计[J].信息与电脑(理论版),2023,35(11):23-25.

  [10] 曾兴雯,刘乃安,付卫红.高频电子线路[M].3版.北京:高等教育出版社,2016.

张海波1 孙艳丽1 胡昊1 董恩廷2

1.海军航空大学航空基础学院 2.菏泽职业学院基础教学部


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