基于Multisim的方波-三角波發生電路的仿真實驗

姚雪妍　郭瓊（華僑大學信息科學與工程學院　廈門　360）（無錫職業技術學院　無錫　4）

?

基于Multisim的方波-三角波發生電路的仿真實驗

姚雪妍1郭瓊2
（華僑大學信息科學與工程學院廈門361021）1（無錫職業技術學院無錫214121）2

摘要本文通過使用Multisim仿真軟件對模擬電子技術基礎課程中所學內容進行了仿真試驗，以及相關的驗證和計算；研究了方波、三角波發生電路，通過改變電路元件參數，對輸出波形進行對比觀測，得到了該振蕩電路的相關電路特性，虛擬仿真結論與理論分析和實際計算結果相一致。表明利用Multsim仿真軟件可將理論學習和實踐緊密地結合起來，利于加深對所學知識的理解和掌握。

關鍵詞Multisim方波-三角波仿真實驗電路分析

一、引言

在模擬電子技術課程的學習中，會涉及到正弦波、方波、三角波、鋸齒波等多種波形及其發生電路，這類波形及其發生電路作為常用的信號源，在生產、科研及教學實驗中都具有廣泛的應用［1］。因此，在學習過程中，對這類信號源波形及其發生電路的深入理解與掌握，是十分必要的。傳統的學習方式大多采用實物搭接電路，用儀器、設備觀察結果得出結論后進行分析，這樣不僅需要耗費大量的時間，且增加了耗材成本，還可能因器件質量或更換困難、參數不易調整等原因使觀察結果出現較大偏差。

隨著電子信息技術的快速發展，在課程的學習過程中，我們可以借助各類仿真軟件來進行虛擬實驗。通過采用軟件提供的元器件和儀器實現電路，并對電路運行情況進行觀測分析，使實驗過程更為靈活和方便；在軟件虛擬的“電路實驗室”中，通過快速的搭接電路并進行仿真，完成電路的驗證和輔助設計，從而使學生加深對學習內容的理解和掌握，進一步提高分析設計能力和綜合應用能力。

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）最新發布的一款以Windows為基礎的漢化仿真軟件。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。其主要特點如下［2］［3］：

1、直觀的圖形界面

軟件的操作界面就像一個實際的電子實驗臺，仿真所需的元器件和測試儀器均可從器件庫中選用，并可用導線進行連接，與實物極為相似，仿真運行的相關數據、波形和特性曲線也可直接在相關虛擬儀器中實時展現。

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進行編輯修改，還可創建自己的元器件。

3、強大的仿真能力

Multisim 13.0可以設計、測試和演示各種電子電路；可以在仿真電路中人為設置各種元器件故障，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數據、波形等進行存儲，利于仿真后的數據分析。

4、豐富的測試儀器

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

5、完備的分析手段

Multisim 13.0提供了詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態分析和穩態分析、時域和頻域分析、線性和非線性分析離散傅里葉分析、電路零極點分析等電路分析方法，以幫助設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生電路圖，在編輯區中依次選擇所需的電子元件和測量儀表，并用連線搭接，設置各元器件參數，完成后電路如圖1所示。

圖中的方波發生電路主要由運放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成。其中積分環節將輸出電壓反饋到比較器的反向端，通過對電容的充、放電實現狀態轉換，并在輸出端引入了限流電阻R0，以及兩個背靠背的穩壓管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時變化情況。仿真運行后，示波器波形如圖2所示。

同樣，還可以通過調整相應的器件參數，改變方波周期。已知方波周期計算公式為：

如例圖中，我們可以將參數代入通過計算進行驗證；計算出周期T為1.1ms，頻率為909Hz；探針實測周期1.195ms，實測頻率為837Hz；偏差7.7%左右。

以上搭接的電路產生的是占空比為50%的方波，如需改變占空比，只需調整電容C的正反向充電時間常數即可。這時可利用二極管單向導電性分別設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分別Rf2C、Rf1C，通過調整Rf2和Rf1的阻值即可改變方波占空比。其對應的周期（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

在方波電路的基礎上，只需增加積分環節，就可得到三角波發生電路。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，形成閉環電路，構成能自動產生方波、三角波的發生器［5］。電路如圖5所示。

在三角波發生電路中，我們同樣選擇雙蹤示波器分別觀測運放U1A的輸出（A通道，方波）和運放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置一個探針，主要觀測輸出波形頻率和瞬時電壓。仿真運行后，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，也可將三角波電路改變為鋸齒波電路。

五、結語

通過以上對方波、三角波電路進行的仿真實驗數據表明，采用Multisim13.0軟件仿真得到的結論與理論公式的計算結果是一致的。通過仿真，系統分析了方波、三角波電路振蕩周期、頻率和輸出電壓幅值隨參數變化的情況，進一步了解了電路的工作原理和變化規律?？梢?，通過Multisim仿真軟件可以使學習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變化對電路的影響和作用；通過仿真實驗，高效的將理論學習和實踐緊密地結合起來，從而加深了對所學知識的理解和掌握［6］；也是學生學習過程中，理論與實踐聯系的一座橋梁。

參考文獻

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

［2］馮志宇，胡榮.Multisim在數字電路中的應用-基于Multisim13的序列信號發生器的設計［J］.數字通信，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教學中的應用［J］.電子技術，2013，2：66-69.

［4］童詩白，華成英.模擬電子技術基礎［M］.北京：高等教育出版社.

［5］張林，陳大欽.模擬電子技術基礎［M］.北京：高等教育出版社.

［6］吳曉云，劉超.可調穩壓電源的設計與Multisim的仿真應用［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

文獻標識碼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，目前在華僑大學信息科學與工程學院就讀，研究方向為通信技術。

郭瓊，女，漢族，教授，1969年7月出生，四川省營山縣人，目前在無錫職業技術學院工作，研究方向為自動控制及機器人控制技術。