基于Multisim的方波-三角波發(fā)生電路的仿真實(shí)驗(yàn)

姚雪妍　郭瓊（華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院　廈門　360）（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院　無錫　4）

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基于Multisim的方波-三角波發(fā)生電路的仿真實(shí)驗(yàn)

姚雪妍1郭瓊2
（華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院廈門361021）1（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院無錫214121）2

摘要本文通過使用Multisim仿真軟件對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，以及相關(guān)的驗(yàn)證和計算；研究了方波、三角波發(fā)生電路，通過改變電路元件參數(shù)，對輸出波形進(jìn)行對比觀測，得到了該振蕩電路的相關(guān)電路特性，虛擬仿真結(jié)論與理論分析和實(shí)際計算結(jié)果相一致。表明利用Multsim仿真軟件可將理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐緊密地結(jié)合起來，利于加深對所學(xué)知識的理解和掌握。

關(guān)鍵詞Multisim方波-三角波仿真實(shí)驗(yàn)電路分析

一、引言

在模擬電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)中，會涉及到正弦波、方波、三角波、鋸齒波等多種波形及其發(fā)生電路，這類波形及其發(fā)生電路作為常用的信號源，在生產(chǎn)、科研及教學(xué)實(shí)驗(yàn)中都具有廣泛的應(yīng)用［1］。因此，在學(xué)習(xí)過程中，對這類信號源波形及其發(fā)生電路的深入理解與掌握，是十分必要的。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式大多采用實(shí)物搭接電路，用儀器、設(shè)備觀察結(jié)果得出結(jié)論后進(jìn)行分析，這樣不僅需要耗費(fèi)大量的時間，且增加了耗材成本，還可能因器件質(zhì)量或更換困難、參數(shù)不易調(diào)整等原因使觀察結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，在課程的學(xué)習(xí)過程中，我們可以借助各類仿真軟件來進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)。通過采用軟件提供的元器件和儀器實(shí)現(xiàn)電路，并對電路運(yùn)行情況進(jìn)行觀測分析，使實(shí)驗(yàn)過程更為靈活和方便；在軟件虛擬的“電路實(shí)驗(yàn)室”中，通過快速的搭接電路并進(jìn)行仿真，完成電路的驗(yàn)證和輔助設(shè)計，從而使學(xué)生加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握，進(jìn)一步提高分析設(shè)計能力和綜合應(yīng)用能力。

二、NI Multisim 13.0仿真軟件介紹

NI Multisim 13.0是美國國家儀器有限公司（National Instruments，簡稱NI）最新發(fā)布的一款以Windows為基礎(chǔ)的漢化仿真軟件。它包含了電路原理圖的輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。其主要特點(diǎn)如下［2］［3］：

1、直觀的圖形界面

軟件的操作界面就像一個實(shí)際的電子實(shí)驗(yàn)臺，仿真所需的元器件和測試儀器均可從器件庫中選用，并可用導(dǎo)線進(jìn)行連接，與實(shí)物極為相似，仿真運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)、波形和特性曲線也可直接在相關(guān)虛擬儀器中實(shí)時展現(xiàn)。

2、豐富的元器件庫

Multisim 13.0提供了包含兩萬多個元件的元器件庫，同時能方便的對元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，還可創(chuàng)建自己的元器件。

3、強(qiáng)大的仿真能力

Multisim 13.0可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路；可以在仿真電路中人為設(shè)置各種元器件故障，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況；并可對仿真過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)、波形等進(jìn)行存儲，利于仿真后的數(shù)據(jù)分析。

4、豐富的測試儀器

Multisim 13.0的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、信號發(fā)生器、示波器等；還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀等。

5、完備的分析手段

Multisim 13.0提供了詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、線性和非線性分析離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。

三、方波電路仿真

打開Multisim 13.0仿真軟件，按照繪制好的方波發(fā)生電路圖，在編輯區(qū)中依次選擇所需的電子元件和測量儀表，并用連線搭接，設(shè)置各元器件參數(shù)，完成后電路如圖1所示。

圖中的方波發(fā)生電路主要由運(yùn)放U1A、R1、R2組成的遲滯比較器和由Rf、C1組成的積分電路兩部分構(gòu)成。其中積分環(huán)節(jié)將輸出電壓反饋到比較器的反向端，通過對電容的充、放電實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并在輸出端引入了限流電阻R0，以及兩個背靠背的穩(wěn)壓管D1、D2以起到雙向限幅的作用。

電路中，選擇雙蹤示波器分別觀測電容電壓Vc（A通道）和輸出電壓Vo（B通道）波形變化；并在輸出端選擇一個探針，主要觀測輸出方波頻率和電壓值實(shí)時變化情況。仿真運(yùn)行后，示波器波形如圖2所示。

同樣，還可以通過調(diào)整相應(yīng)的器件參數(shù)，改變方波周期。已知方波周期計算公式為：

如例圖中，我們可以將參數(shù)代入通過計算進(jìn)行驗(yàn)證；計算出周期T為1.1ms，頻率為909Hz；探針實(shí)測周期1.195ms，實(shí)測頻率為837Hz；偏差7.7%左右。

以上搭接的電路產(chǎn)生的是占空比為50%的方波，如需改變占空比，只需調(diào)整電容C的正反向充電時間常數(shù)即可。這時可利用二極管單向?qū)щ娦苑謩e設(shè)置正反向充電回路電阻，電路如圖3所示。所仿真的波形如圖4所示。

此時，電路中正反向充放電時間常數(shù)分別Rf2C、Rf1C，通過調(diào)整Rf2和Rf1的阻值即可改變方波占空比。其對應(yīng)的周期（忽略二極管的正向電阻），可通過以下公式計算［4］：

四、三角波電路仿真

在方波電路的基礎(chǔ)上，只需增加積分環(huán)節(jié)，就可得到三角波發(fā)生電路。三角波電路由同向輸入的遲滯比較器U1A和積分器U2B兩部分組成，比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，構(gòu)成能自動產(chǎn)生方波、三角波的發(fā)生器［5］。電路如圖5所示。

在三角波發(fā)生電路中，我們同樣選擇雙蹤示波器分別觀測運(yùn)放U1A的輸出（A通道，方波）和運(yùn)放U1B的輸出（B通道，三角波）的波形變化；并在兩個輸出端分別設(shè)置一個探針，主要觀測輸出波形頻率和瞬時電壓。仿真運(yùn)行后，示波器波形如圖6所示。

同方波電路一樣，如果改變電容C正、反向充電時間常數(shù)，也可將三角波電路改變?yōu)殇忼X波電路。

五、結(jié)語

通過以上對方波、三角波電路進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用Multisim13.0軟件仿真得到的結(jié)論與理論公式的計算結(jié)果是一致的。通過仿真，系統(tǒng)分析了方波、三角波電路振蕩周期、頻率和輸出電壓幅值隨參數(shù)變化的情況，進(jìn)一步了解了電路的工作原理和變化規(guī)律?？梢姡ㄟ^Multisim仿真軟件可以使學(xué)習(xí)者快速通過選擇不同的器件搭接出所需的電路，并可通過各類測試儀器，檢測或觀測各器件參數(shù)變化對電路的影響和作用；通過仿真實(shí)驗(yàn)，高效的將理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐緊密地結(jié)合起來，從而加深了對所學(xué)知識的理解和掌握［6］；也是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，理論與實(shí)踐聯(lián)系的一座橋梁。

參考文獻(xiàn)

［1］呂曙東.基于Multisim 10的矩形波信號發(fā)射器仿真與實(shí)現(xiàn)［J］.電子設(shè)計工程，2010，18（11）：69-71.

［2］馮志宇，胡榮.Multisim在數(shù)字電路中的應(yīng)用-基于Multisim13的序列信號發(fā)生器的設(shè)計［J］.數(shù)字通信，2014，41 （3）：62-64.

［3］王元華，劉文斐，李娟.Multisim10仿真軟件在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.電子技術(shù)，2013，2：66-69.

［4］童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社.

［5］張林，陳大欽.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社.

［6］吳曉云，劉超.可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計與Multisim的仿真應(yīng)用［J］.自動化與儀器儀表，2015，12：197-199.

The Simulation Experiment of Generating Circuit on Square Wave-Triangle Wave Based on Multisim

Yao Xueyan1Guo Qiong2
（College of Information Science & Engineering，Overseas Chinese UniversityXiamen361021）1（Wuxi Vocational and Technical CollegeWuxi214121）2

AbstractIn the process of the analog circuit study，Authors find the real characteristics of the classic oscillating circuits is according to the simulation by Multisimusing changed the parameters of the input value way，such as square wave，triangular wave generate circuits etc. This method can be used to help to connect the theory and practice study，and to emphasize the understanding and grasp of the knowledge.

KeywordsMultisimSquare-triangular waveSimulation experimentCircuit analysis

中圖分類號TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號160314-7225

作者簡介

姚雪妍，女，漢族，1995年9月出生，陜西省富平縣人，目前在華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院就讀，研究方向?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)。

郭瓊，女，漢族，教授，1969年7月出生，四川省營山縣人，目前在無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院工作，研究方向?yàn)樽詣涌刂萍皺C(jī)器人控制技術(shù)。