非對(duì)稱式多諧振蕩器的M ultisim仿真

馬敬敏

（渤海大學(xué) 實(shí)驗(yàn)管理中心，遼寧 錦州 121000）

Multisim10是一種專門(mén)用于電路仿真和設(shè)計(jì)的軟件之一[[1-3]，是NI公司下屬的ElectroNIcsWorkbench Group推出的以Windows為基礎(chǔ)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(tái)，采用圖形操作界面虛擬仿真了一個(gè)與實(shí)際情況非常相似的電子電路實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，用軟件的方法虛擬電子元器件、虛擬電子儀器和儀表，實(shí)現(xiàn)了“軟件即元器件”、“軟件即儀器”，幾乎可以完成在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的所有電子電路實(shí)驗(yàn)，已被廣泛地應(yīng)用于電子電路分析、設(shè)計(jì)、仿真等項(xiàng)工作中。

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

1 CMOS非對(duì)稱式多諧振蕩器的工作原理

用CMOS非門(mén)及R、C元件組成的非對(duì)稱式多諧振蕩器如圖1所示。電容C為G2門(mén)、G1門(mén)之間的耦合電容，電阻R為G1門(mén)設(shè)置了靜態(tài)工作點(diǎn)。

圖1 CMOS非對(duì)稱式多諧振蕩器Fig.1 CMOSasymmetricmultivibrator

電路處于暫穩(wěn)態(tài)I時(shí)，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(dāng) uI1↑≥UTH時(shí)產(chǎn)生

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

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

正反饋過(guò)程，使電路轉(zhuǎn)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(dòng)轉(zhuǎn)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(wèn)題

按圖1所示電路構(gòu)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(guò)程時(shí)，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(duì)稱式多諧振蕩器的錯(cuò)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(méi)有正常工作、沒(méi)有形成振蕩。

查找分析原因如下。

Multisim10軟件中的設(shè)置是，器件從0輸出狀態(tài)開(kāi)始仿真，因此按圖1所示電路構(gòu)建仿真電路時(shí)，按下仿真開(kāi)關(guān)后，uI1、uO1（uI2）、uO的信號(hào)按 000→111→000→111…的規(guī)律循環(huán)變化，解決的方法是，仿真時(shí)先使電路脫離系統(tǒng)設(shè)置的初始輸出狀態(tài)。

3 仿真方案設(shè)計(jì)

選擇以波形圖的形式描述CMOS非對(duì)稱式多諧振蕩器在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程。選擇用四蹤示波器顯示 G1門(mén)輸入端信號(hào) uI1、G1門(mén)輸出端信號(hào) uO1、G2門(mén)輸入端信號(hào)uI2、輸出信號(hào)uO的波形。

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

第一個(gè)門(mén)U1A的輸入端所接入的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)J1，其作用是使電路脫離系統(tǒng)設(shè)置的初始輸出狀態(tài)。仿真時(shí)先將開(kāi)關(guān)J1置于接地狀態(tài)，電路對(duì)輸入的0信號(hào)進(jìn)行處理后便脫離設(shè)置的初始輸出狀態(tài)，再將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)J1置于接輸出端構(gòu)成CMOS非對(duì)稱式多諧振蕩器，電路即可正常工作。

圖3 CMOS非對(duì)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(yùn)行及結(jié)果

按下仿真開(kāi)關(guān)，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)J1先接地再接電容C構(gòu)成CMOS非對(duì)稱式多諧振蕩器，雙擊四蹤示波器的圖標(biāo)打開(kāi)面板圖顯示波形如圖4所示，在Channel區(qū)通過(guò)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(shè)置為DC耦合方式，在Time base區(qū)設(shè)置Scale的數(shù)值使顯示波形的個(gè)數(shù)合適，Y/T顯示方式。

圖4 四蹤示波器顯示的CMOS非對(duì)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(dòng)在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間轉(zhuǎn)換的過(guò)程，并可確定振蕩周期T=240.288μs，和按式（1）計(jì)算所得理論值基本一致。

5 結(jié)束語(yǔ)

用硬件實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)MOS非對(duì)稱式多諧振蕩器工作波形進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法同時(shí)顯示 uI1、uO1（uI2）、uO3 個(gè)波形，用 Multisim軟件仿真解決了這一問(wèn)題。

CMOS非對(duì)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(guò)程，Multisim仿真的問(wèn)題分析、方案改進(jìn)，將有利于系統(tǒng)地研究Multisim的有效應(yīng)用方法。 所述方法具有實(shí)際應(yīng)用意義。

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