Multisim13仿真軟件在RC正弦波振蕩電路教學中的應用

翟艷男，李晶，王兆欣

（空軍航空大學，吉林長春，130022）

1 RC正弦波振蕩電路教學案例分析

以RC振蕩電路為例，說明multisim13電路仿真軟件在教學中的實際應用。圖1是教科書中RC振蕩電路原理圖。當電路滿足一定的振蕩條件時，在電路的輸出端就會產生一定頻率的正弦波。RC振蕩電路，實際上就是一個正弦波的發生器。

圖1 RC振蕩電路原理圖

電路起振后，要想得到穩定的正弦波，必須滿足平衡振蕩條件：=1，也就是要求Rf= 2 R1。當滿足這個條件時，電路就能夠維持穩定的等幅振弦。

對于RC正弦波振蕩電路來說，教學的難點是：振蕩電路從起振到達平衡振蕩這個過程，是怎樣自動完成的。這個問題與實際應用聯系緊密，并與起振條件與平衡振蕩條件密切相關。如果這個問題單純在原理圖上進行講解，學生看不到實際電路情況，就很難理解掌握。在實驗教學中引入3個multisim仿真實驗，創建一個虛擬實驗環境，可以很好的突破教學難點問題。

圖2是第一個仿真實驗電路以及仿真結果圖，其中折線代表電阻。電路中 Rf= Rf1+ Rf2= 2 R1，電路滿足平衡振蕩條件，從示波器顯示結果可以看到：電路的輸出電壓幾乎為零，電路不能實現自激振蕩。這個實驗表明：當電路僅僅滿足平衡振蕩條件，電路是不能起振的。

圖2 仿真實驗1電路圖及仿真結果

圖3 是第二個仿真實驗以及仿真結果圖。電路中Rf= Rf1+ Rf2＞ 2 R1，此時電路滿足起振條件。從示波器顯示結果可以看到：電路形成了自激振蕩，但是，輸出電壓已經嚴重失真，不是正弦波，測得輸出電壓幅值為14.1V。這個實驗表明：在滿足起振條件下，電路借助正反饋形成的自激振蕩，其輸出幅度會越來越大，最終造成運算放大器輸出達到飽和，形成失真。因此，在這種情況下，電路是不能自動進入到正弦振蕩狀態。

圖3 仿真實驗2電路圖及仿真結果

要想解決這個問題，就需要對電路進行改進，對此，教材中沒有具體的論述。但是，從剛才兩個實驗可以看出，改進電路的關鍵在于：要使電阻 Rf能夠實現自動調整。當電路起振時，Rf＞2R1；而當電路需要達到平衡振蕩時，Rf= 2 R1。

圖4是改進后的電路原理圖以及仿真結果。新電路增加了由兩個二極管組成的穩幅環節。在這個電路中，電阻Rf= Rf1+ R并聯。 電阻R并聯在電路振蕩形成過程中，它的大小能夠自動調整。從示波器顯示結果可以看到：電路能夠起振，并且形成了穩定的正弦波振蕩，輸出電壓幅值為7.8伏。

實驗結果顯示，加入穩幅環節后，電路既可以正常起振，又能夠輸出穩定、標準的正弦波，改進后的電路是一個完善的RC正弦波振蕩電路。

教師利用仿真實驗講解RC振蕩電路這一知識點，學生能夠更加深刻的理解RC振蕩電路是怎樣從起振自動進入到穩定的正弦波振蕩狀態，從而有效的突破難點問題，有利于教學目標的實現。

圖4 仿真實驗3電路圖及仿真結果

2 結束語

RC正弦波振蕩電路教學中，非常適合引入multisim13電路仿真軟件輔助教學。電路仿真將理論知識與實踐技能良好的結合起來，激發了學生的學習興趣，有效的解決了教學重難點問題，并且能夠傳授給學生緊跟時代的新知識新技術，提高了學生分析電路與設計電路的能力，能夠起到事半功倍的效果。