Multisim在正弦波信號產生電路教學中的應用

蘭州理工大學電氣工程與信息工程學院 杜先君

0 引言

在高等學校電子技術課程的教學實踐中，我們發現，對于抽象知識點的掌握學生往往不知所措。這些知識點包括負反饋、信號產生、載流子運動等等。通過多年教學經驗總結，我們設計了一套虛擬實驗教學平臺，并將之應用于電子技術課程的教學實踐中。平臺集中了電子技術中幾乎全部的抽象內容以及實驗內容，通過基于Mul tisim的仿真，生動的展示出來，提高了教學效率。經過教學實踐檢驗，教學質量得到明顯提高，學生在學習電子技術知識的同時，也掌握了虛擬仿真技術。同時，這種教學模式也被有效的推廣到了電工學、電路等電類課程的教學實踐中，取得了不錯的效果。國內外很多學校也開始著力于本方向上的教學研究[1-2]。本文以模擬電子技術課程中的信號產生電路為例，闡述仿真技術在教學過程中的應用。

1 文氏橋振蕩電路

RC正弦波振蕩電路有很多形式，其中文氏橋振蕩電路最為常用。當工作于超低頻時，常選用積分式RC正弦波振蕩電路[3]。

如圖1a所示電路為基本文氏橋振蕩電路，電路中負反饋網絡為一電阻網絡，電路中正反饋網絡是RC選頻網絡。其中，正、負反饋系數分別為：

基本文氏橋振蕩電路的振蕩頻率為：

由圖1b可知，輸出波形上下均幅，說明電路起振后隨幅度增大，運算放大器進入強非線性區。RC正弦波振蕩電路因選頻網絡的等效Q值很低，不能采用自生反偏壓穩幅，只能采用自動穩幅電路來穩幅。圖2a所示的電路是基本文氏橋振蕩電路的改進電路，它是用場效應管穩幅的基本文氏橋振蕩電路。振蕩電路的穩幅過程是：若輸出幅度增大，當輸出電壓大于穩壓管的擊穿電壓時，則檢波后在場效應管上的柵壓值增大，當輸出電壓大于穩壓管的擊穿電壓時，則檢波后加在場效應管上的柵壓負值增大，漏源等效電阻增大，負反饋加強，環路增益下降，輸出幅度降低，從而達到穩幅的目的。

對圖2a所示場效應管穩幅文氏橋振蕩器進行瞬態分析，振蕩波形如圖2b所示。可見，振蕩器輸出的波形基本上是正弦波。

2 RC移相式振蕩器

RC移相式振蕩器如圖3a所示，該電路由反相放大器和三節RC移相網絡組成，要相滿足振蕩相位條件，則要求RC移相網絡完成180°相移。由于一節RC移相網絡的相移極限為90°，因此采用三節或三節以上的RC移相網絡，才能夠實現180°相移。

圖1 基本文氏橋振蕩電路及其仿真波形

圖2 改進的文氏橋振蕩電路及其仿真波形

圖3 RC移相式振蕩器及其仿真波形

圖4 RC雙T反饋式振蕩器及其仿真波形

只要適當調節 的值，使得 適當，就可以滿足相位和振幅條件，產生正弦振蕩。其振蕩頻率：

振蕩波形如圖3b所示。

3 RC雙T反饋振蕩器

圖4a所示電路為一個RC雙T反饋式振蕩器，其中C1、C2、C3、R3、R4和R5組成雙T負反饋網絡（完成選頻功能）。電路中兩個穩壓管D1、D2具有穩壓功能，用來改善輸出波形。

用示波器觀測RC雙T反饋式振蕩器的輸出電壓波形如圖4b所示，根據示波器的掃描時間刻度，可測得振蕩周期

4 結語

通過結合虛擬仿真技術的電子技術教學實踐，生動、直觀的展示教學內容，避免學生因為枯燥、抽象的知識點學習而產生厭學情緒，提高了教學質量，促進了學生的學習興趣，并使學生順利掌握仿真技術，為后續實踐類課程的教學奠定基礎。整套虛擬仿真實驗平臺應用后，在電工學、電路、電子技術課程設計等理論與實踐類課程中均取得較好的效果，值得推廣。

[1]王革思.“模擬電子技術”課程開放式實驗教學平臺的研究與實踐[J].實驗技術與管理,2014,31(8):170-173.

[2]儲開斌,楊長春,朱正偉,等.虛擬項目教學法在模擬電子技術教學中的應用[J].實驗室研究與探索,2011,14(3):109-112.

[3]康華光.電子技術基礎(模擬部分)(第六版)[M].北京:高等教育出版社,2013.