非對稱式多諧振蕩器的M ultisim仿真

馬敬敏

（渤海大學 實驗管理中心，遼寧 錦州 121000）

Multisim10是一種專門用于電路仿真和設計的軟件之一[[1-3]，是NI公司下屬的ElectroNIcsWorkbench Group推出的以Windows為基礎的仿真工具，是目前最為流行的EDA軟件之一。該軟件基于PC平臺，采用圖形操作界面虛擬仿真了一個與實際情況非常相似的電子電路實驗工作臺，用軟件的方法虛擬電子元器件、虛擬電子儀器和儀表，實現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”，幾乎可以完成在實驗室進行的所有電子電路實驗，已被廣泛地應用于電子電路分析、設計、仿真等項工作中。

多諧振蕩器是一種自激振蕩器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài),有兩個暫穩(wěn)態(tài)，不需要外加觸發(fā)信號，工作時自動在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間轉換,產(chǎn)生矩形脈沖。多諧振蕩器的電路有多種構成形式，文中以CMOS非對稱式多諧振蕩器為例，介紹用Multisim10虛擬仿真工作波形的技術。

1 CMOS非對稱式多諧振蕩器的工作原理

用CMOS非門及R、C元件組成的非對稱式多諧振蕩器如圖1所示。電容C為G2門、G1門之間的耦合電容，電阻R為G1門設置了靜態(tài)工作點。

圖1 CMOS非對稱式多諧振蕩器Fig.1 CMOSasymmetricmultivibrator

電路處于暫穩(wěn)態(tài)I時，uO1=VDD、uO≈0 V，電容 C被充電，充電回路為 uO1→R→C→uO，使 uI1上升，當 uI1↑≥UTH時產(chǎn)生

正反饋過程，使電路轉入uO1≈0 V、uO=VDD的暫穩(wěn)態(tài)II。

電路處于暫穩(wěn)態(tài)II時，電容C反充電，充電回路為uO→C→R→uO1，使 uI1下降，當 uI1↓＜UTH時產(chǎn)生

正反饋過程，使電路轉入暫穩(wěn)態(tài)I。

電路在暫穩(wěn)態(tài)I、暫穩(wěn)態(tài)II之間自動轉換，在輸出端得到矩形脈沖波形。

振蕩周期為

2 仿真電路存在的問題

按圖1所示電路構建仿真電路并用示波器顯示uO1、uO2及uO的波形 ，仿真分析電路的工作過程時，出現(xiàn)不能正常工作的現(xiàn)象，仿真波形如圖2所示，由上至下分別為uI1、uO1（uI2）、uO的波形。

圖2 非對稱式多諧振蕩器的錯誤仿真波形Fig.2 The incorrect simulated workingwave of asymmetric multivibrator

由圖2波形可看出，電路沒有正常工作、沒有形成振蕩。

查找分析原因如下。

Multisim10軟件中的設置是，器件從0輸出狀態(tài)開始仿真，因此按圖1所示電路構建仿真電路時，按下仿真開關后，uI1、uO1（uI2）、uO的信號按 000→111→000→111…的規(guī)律循環(huán)變化，解決的方法是，仿真時先使電路脫離系統(tǒng)設置的初始輸出狀態(tài)。

3 仿真方案設計

選擇以波形圖的形式描述CMOS非對稱式多諧振蕩器在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動轉換的工作過程。選擇用四蹤示波器顯示 G1門輸入端信號 uI1、G1門輸出端信號 uO1、G2門輸入端信號uI2、輸出信號uO的波形。

在Multisim10中構建CMOS非對稱式多諧振蕩器工作波形仿真電路如圖3所示。非門4009BD從元件工具欄的CMOS器件庫中找出；電阻、電容從元件工具欄的基本元件庫找出；或使用快捷鍵Ctrl+W調(diào)出選用元件的對話框再找出相應的元件；四蹤示波器XSC1從虛擬儀器欄中找出。

第一個門U1A的輸入端所接入的轉換開關J1，其作用是使電路脫離系統(tǒng)設置的初始輸出狀態(tài)。仿真時先將開關J1置于接地狀態(tài)，電路對輸入的0信號進行處理后便脫離設置的初始輸出狀態(tài)，再將轉換開關J1置于接輸出端構成CMOS非對稱式多諧振蕩器，電路即可正常工作。

圖3 CMOS非對稱式多諧振蕩器的仿真電路Fig.3 The circuit of the CMOSasymmetricmultivibrator in simulation

4 仿真運行及結果

按下仿真開關，將轉換開關J1先接地再接電容C構成CMOS非對稱式多諧振蕩器，雙擊四蹤示波器的圖標打開面板圖顯示波形如圖4所示，在Channel區(qū)通過通道選擇旋鈕調(diào)整各通道波形的位置及顯示幅度，各通道均設置為DC耦合方式，在Time base區(qū)設置Scale的數(shù)值使顯示波形的個數(shù)合適，Y/T顯示方式。

圖4 四蹤示波器顯示的CMOS非對稱式多諧振蕩器仿真波形Fig.4 The simulated wave of the CMOSasymmetricmultibrator in four trace oscilloscope

圖 4 中，由上至下分別為 uI1、uO1（uI2）、uO的波形。 仿真波形反映了電容C充、放電控制多諧振蕩器自動在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間轉換的過程，并可確定振蕩周期T=240.288μs，和按式（1）計算所得理論值基本一致。

5 結束語

用硬件實驗儀器對MOS非對稱式多諧振蕩器工作波形進行測試，無法同時顯示 uI1、uO1（uI2）、uO3 個波形，用 Multisim軟件仿真解決了這一問題。

CMOS非對稱式多諧振蕩器工作波形的Multisim仿真分析，可以直觀、定量描述電路的工作過程，Multisim仿真的問題分析、方案改進，將有利于系統(tǒng)地研究Multisim的有效應用方法。 所述方法具有實際應用意義。

[1]閻石.數(shù)字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]任駿原，騰香，馬敬敏.數(shù)字電子技術實驗[M].沈陽：東北大學出版社，2010.

[3]任駿原.用Multisim仿真軟件分析觸發(fā)器的狀態(tài)變化過程[J].實驗科學與技術，2011，9(1)：53-56.REN Jun-yuan.The state transition analyzing of flip-flop by multisim[J].Experiment Science&Technology，2011，9(1)：53-56.

[4]任駿原.Multisim在觸發(fā)器工作波形分析中的應用[J].現(xiàn)代電子技術，2010，33(15)：184-186.REN Jun-yuan.An application of Multisim to the working wave analyzing of Flip-flop [J].Modern Electronics Technique，2010，33(15)：184-186.

[5]任駿原.74LS161異步置零法構成任意進制計數(shù)器的Multisim仿真[J].電子設計工程，2011,19(14):135-137.REN Jun-yuan.Multisim simulation for modulo-N counter composed by 74LS161with asynchronous reset method[J].Electronic Design Engineering，2011,19(14):135-137.

[6]任駿原.RC橋式正弦波振蕩電路的輸出幅值分析[J].電子設計工程，2013,21(14):107-108.REN Jun-yuan.Study on the amplitude of RC-bridge oscillator[J].Electronic Design Engineering，2013,21(14):107-108.

[7]騰香.二進制譯碼器邏輯功能的Multisim仿真方案[J].現(xiàn)代電子技術，2010，33(20)：11-13.TENG Xiang.Multisim simulation program of Binary decoder logic function[J].Modern Electronics Technique,2010,33(20)：11-13.

[8]馬敬敏.基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)的Multisim仿真[J].電子設計工程，2011,19(17):24-26.MA Jing-min.Multisim simulation of basic RS flip-flop working conditions [J].Electronic Design Engineering，2011,19(14):24-26.