包络检波电路教学方法改革

马晓琳，翟功全，杨成全



包络检波电路教学方法改革

马晓琳[1]，翟功全2，杨成全2

（军械工程学院 1. 无人机工程系，2. 学员一旅，河北 石家庄 050003）

以二极管包络检波电路为例，将问题式教学方法与仿真教学相结合．从如何实现中波信号中声音解调的实际问题出发，以声音的接收为主线，将课程内容以问题链的形式逐步展开．使电路设计、电路数学分析方法、真实器件的选取、仿真的应用等融合为一体，突破单纯的知识点传授，重点培养学生的思维方式和观察判断能力，为课程设计提供新的思路．

包络检波电路；问题式教学；教学方法

针对高频电子技术课程改革，为加深学生对理论知识的理解，培养学生的动手能力和创新能力[1]，以二极管峰值检波电路为例，探究如何将问题式教学方法与仿真教学相结合，为课程设计提供新的思路．

1 检波电路传统教学方法

二极管包络检波器主要由二极管和RC低通滤波电路组成，工作在大信号检波状态下时，具有理想的线性解调性能，输出电压能够不失真地反映输入调幅波的包络变化规律．二极管包络检波适合于解调含有较大载波分量的大信号的检波，具有电路简单，易于实现的优点[2]．传统教学方法以基本原理讲授为主，介绍检波电路的工作原理通过二极管的导通和电容的充放电来实现峰值包络的提取，继而介绍质量指标计算，包括检波效率、等效输入电阻和对失真问题的探讨，最后配以实验验证[3]．传统的教学方式往往存在诸多局限性，一是理论较为抽象不利于学生理解，根据以往教学经验，失真问题一直是本讲的难点，即使实验验证，学生也往往不知所做究竟为何，不利于学生创新思维和动手能力的培养；二是采用“授之以鱼”的教学方法，从电路结构原理分析，再到指标计算和失真分析，过多强调“是什么”，却没有充分体现“为什么”．因此，在实际授课过程中，这部分内容学生普遍反映难学，教师感觉难教．

2 以问为主创新教学方法

目前问题式教学法已经被广泛应用于教学中，问题式教学激励学生去“疑”、去“问”，将问题贯穿于整个教学过程．学生带着问题去学习，学习目标明确，事半功倍，有的放矢．本节课的设计围绕如何实现中波信号中声音的解调，从电路形成的构思，给出包络检波电路结构和原理分析，到电路性能指标的计算．

第二，书签标记。专家要使用书签对不同等级能力水平最低者可以正确解答的题目的三分之二进行标记。对专家书签标记不同等级达标线题目难度的平均程度加以计算。

在性能提升的同时，发现声音失真问题的出现，继而对失真问题进行重点的剖析和探讨，进一步改进和调整电路．整节课以声音的接收为主线，把“声音”贯穿课程的始终．

2.1 开篇设疑

课程伊始，播放一段广播录音，引导学生思考这个声音从哪里来，又是如何从收音机里“飘”出来的．课程就将围绕这个问题展开，也就是如何从中波广播信号中解调出声音信号，实现普通调幅波信号的解调．

2.2 构建分析电路

在超外差式接收机中，检波技术的好坏，直接影响到信号的分离和提取，决定了最后收听声音信号的质量．

从频谱上看，普通调幅信号即AM波的频谱，特点是以载波频率为中心，两边对称调制信号频率，检波的过程无外乎是将频谱进行了线性的搬移，再取出包络信号．利用所学知识，学生很自然地想到利用非线性元器件来实现频谱的搬移和选择，引导学生利用二极管搭建最简单的检波电路（见图1）．学生根据已有知识搭建完成电路之后，他们所关心的问题自然就是“这个检波电路的性能如何”，即如何来衡量这个检波电路的质量指标．从而引出检波效率、输入内阻等指标的求取．

本发明公开了一种高耐药性和耐热性合金铜箔的镀液和制备方法，镀液包括氯化锌、氯化镍、氯化钾、缓冲剂、配位剂、表面活性剂和辅助添加剂。配位剂为柠檬酸、酒石酸、磺基水杨酸和/或氨基磺酸及其盐；表面活性剂为十二烷基磺酸钠和/或十二烷基硫酸钠；辅助添加剂为胡椒醛、氯苯甲醛、肉桂醛、抗坏血酸、苯甲酸和烟酸、木质素磺酸钠、芳香烯酮和/或苯乙基酮；镀液至少包括7种以上的化合物。用本发明制造的铜箔镀层细密、平整、光亮的镀层；铜箔具有较高的热力学稳定性，锌镍合金镀层还具有良好的耐高温腐蚀性，可用于高密度、多层化、细线路印制线路板的制造。

2.2.1 课堂实验验证声音信号的变化 将学生实验中使用到的晶体管超外差式收音机引入课堂，HX108-2七管半导体收音机示意图见图2．将其内部检波部分的电阻替换为一个电位器，可以在一定范围内调节阻值．将收音机调节在一个实时播放的频道节目上，用无感改锥旋转电位器的旋钮．改变的阻值，按照预先的设想增大电阻，发现收听的效果非但没有变好，反而出现音量减小甚至语音的可懂度严重降低的现象．此时理论分析和实验验证似乎出现了矛盾，学生们迫切地想要寻求答案．

2.2.2 仿真分析，探求失真理论根源 为解决上述问题，可以引导学生快速搭建一个Multisim仿真电路[4]，在检波电路工作正常的情况下，增大电阻可看到，检波后的波形出现失真[5]．经过分析这种失真主要分为２种失真，一种是由于提高电阻带来的充电时常数为增大，放电速度过慢，跟不上输入调幅波包络的下降速度，产生的惰性失真；另一种是当考虑到检波器和下一级连接时，需要通过阻容耦合接入负载电路，由于检波器的直流负载电阻与交流（音频）负载电阻不相等，而且调幅度又相当大时，使检波器音频输出电压负峰被切割[6]，从而产生的负峰切割失真．惰性失真和负峰切割失真仿真结果见图3、图4．引导学生推导出不产生这２种失真的条件，惰性失真即为２种速度的对比，电容上电压变化的速度应比高频电压包络变化速度快；而负峰切割失真是２个电阻的对比，直流负载电阻和交流负载电阻差别越小越不易产生失真．为在声音信号中体现负峰切割失真，采用Matlab仿真建立声音调幅与解调系统，从声音信号的输入和采样，经过模拟乘法器调幅，再进行包络检波，输出至喇叭，学生可以真切地听到输出的声音音量变小，并且可懂度降低，与课堂实验结果完全吻合．利用Matlab搭建的调幅与检波仿真演示系统见图5．

2.2.3 电路改进与知识扩展 为了避免负峰切割现象的出现，能否从电路结构上进一步进行调整．可引导学生尝试采用以下方法：（1）提高交流负载电阻．如在检波器与下一级低频放大器之间插入高输入电阻的射极跟随器．采用三极管检波电路，形成射级跟随检波器，三极管除有检波作用外，还具有电流放大的作用，提高了检波器的输入阻抗，这种电路在电视接收机的集成电路中常被采用．（2）合理分解负载电阻．将负载电阻分为２部分，并通过隔直电容将后级电路并接在其中一部分的两端，这样当负载电阻维持一定时，可保证交直流负载阻值差别较小，因此在实际广播收音机中检波器中大多采用这种电路[7]．进而可将问题再深入扩展，是否还有其他原因所产生的失真，二极管和电容真实器件的取值该如何选择等．

你这不是见外了哈，还拿这些东西来干啥，婶子可不高兴了啊。李老黑的老婆看见我走进院子，笑出一脸褶子来，迎上来从我手上接走了鸡，还腾出俩指头伸进鸡屁眼里摸了摸。哟，这个还有蛋哩。她把两只鸡放进了自家尼龙网围起的鸡棚里。

2.3 效果检验

将检波电路中涉及的知识点以声音信号的接收为主线进行组合，建立起系统的概念，并体现内容的内在联系性，将知识点与实验现象紧密联系，在近２年考试中涉及包络检波题目得分率提升了43%．在内容设计方面，整节课以声音的接收为主线，增强了学习内容的趣味性，在实际授课中明显感到学生学习的兴趣大幅提升了．教学实践表明，只有将传统的实验方法、仿真实验和多种教学方法相结合，才能更好地实现现代化教学模式，更好地为教学服务[8]．

3 结束语

本文以二极管包络检波电路为例的设计从实际需求出发，提出问题，即如何实现中波信号中声音的解调，建立整体意识，并体现内容的内在联系性．强调实践性教学，注重学员扩展性思维的培养，以实际问题为牵引，将内容以问题链的形式逐步展开．在这样一种教学模式下，讲授的痕迹逐渐淡化，而变为教员和学员共同学习和探讨，收到了良好的效果．

[1] 马兴平，程秀英，侯卫周．基于Multisim10.1的二极管峰值包络检波仿真[J]．实验技术与管理，2012（2）：85-87

[2] 黄培根．用计算机实现二极管包络检波的仿真实验[J]．丽水学院学报，2009（5）：97-100

[3] 吴东升．基于PSPICE的二极管包络检波电路的仿真研究[J]．科技信息，2008（24）：353

[4] 唐赣，吴翔．Multisim10&Ultiboard原理图仿真与设计[M]．北京：电子工业出版社，2008

[5] 黄智伟．基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M]．北京：电子工业出版社，2008

[6] 张肃文．高频电子线路[M]．北京：高等教育出版社，2006

[7] 常亮．二极管包络检波电路原理及失真探究[J]．电子测试，2013（17）：34-36

[8] 孙立辉．Multisim软件在电路理论教学中的应用[J]．硅谷，2010（19）：159-160

Reform of teaching method of envelope detection circuit

MA Xiao-lin1，ZHAI Gong-quan2，YANG Cheng-quan2

（1. Department of UAV Engineering，2. 1st Brigade of Students，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China）

Based on the diode envelope detection circuit as an example，introduced the teaching method of envelope detection circuit which is the combination of question teaching and simulation．Starting from the practical problems of how to realize the sound wave in signal demodulation，the receiver of voice was taken as the main line，and the course content is gradually expanded in the form of problem chain．So the teaching of simple knowledge points was broken to make the circuit design，circuit mathematics analysis method，the selection of real devices，the application of the simulation and so on with new ones．This teaching method focused on the training of students thinking mode and provided a new idea for course design.

envelope detection circuit；question teaching；teaching method

TN763.1∶G424.1

Ａ

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.03.022

2016-01-15

河北省高等教育学会2014年度高等教育科学研究课题立项（Gjxh2014-03）

马晓琳（1979-），女，河北石家庄人，讲师，硕士，主要从事电子技术研究．E-mail：mxl_linda@163.com