2011年7月第30卷第7期
应用天地
基于Multisim10的正弦波振荡电路仿真
吴凌燕
(海军航空工程学院青岛分院 青岛 266041)
摘 要:以文氏电桥正弦波振荡电路仿真为例,分析了基本及稳幅文氏电桥正弦波发生器的特点,并采用Multisim10软件对文氏电桥正弦波发生器进行了仿真,仿真结果与理论分析结果一致。软件仿真在课堂教学、电路设计、及实验教学中的应用,使得课堂教学信息量饱满,设计、实验变得轻松,使教学的效果得到提升,在教学领域具有重要的推广、应用价值。关键词:电路仿真软件;文氏电;正弦波振荡电路中图分类号:TP399 文献标识码:A
CircuitsimulationofsinewaveoscillatingbasedonMultisim10
WuLingyan
(QingdaoBranchofNAEI,Qingdao266041,China)
Abstract:TheWienbridgesinewaveoscillatingcircuitsimulationistakenasanexample,andthecharacteristicofthebasicsinewaveoscillatingcircuitandthesteadyWienbridgecircuitareanalyzed.Multisim10isusedtosimulatetheWienbridgesinewaveoscillatingcircuit,andthesimulationresultsareconsistentwiththetheoreticalanalysis.Thesimu-lationsoftwareisusedinclassroomteaching,circuitdesign,andexperimentalteaching,whichcanenrichtheinformationofclassroom,relaxthedesignandexperimentandimprovetheeffectofteaching,soithasanimportantpromotion,appl-i
cationvalueintheteachingfield.
关键词:Multisim10;Wienbridge;sinewaveoscillatingcircuit
0 引 言
在自控、测量、无线电通讯、测量等技术领域中,需用到波形发生器,较常用的是正弦波振荡器和多谐振荡器两大类。采用Multisim10仿真软件对正弦波振荡器进行仿真,该软件是NI公司下属的ElectronicsWorkbenchGroup发布的交互式SPICE仿真和电路分析的软件。前期发展经历了EWB5.0、EWB6.0、Multisim2001、Mult-isim7、Multisim8、Multisim9等版本。Multisim10的特点有:
1)器件丰富。Multisim10比老版本新增了1200多个器件、500多个SPICE模块和100多个开关模式电源模块。
2)虚拟仪器种类齐全。通用仪器有数字万用表、信号源,双通道示波器、波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、失真度测试仪、频谱分析仪和网络分析仪等。
3)软件分析功能更强大。分析功能包括静态工作点
分析、交流小信号分析、瞬态分析、灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、传输函数分析、最坏情况分析、特卡洛分析、批处理分析、噪声指数分析、射频分析等。
1 基本文氏电桥正弦波发生器[1-3]
常用的正弦波振荡电路有RC和LC两种电路,通常低频段选用RC振荡器,其电路输出功率小,频率较低;高频段选用LC振荡电路,其输出的功率、频率都要高一些;频率稳定度要求高时,一般采用电容三点式振荡电路。若从波形的种类和精度两方面考虑时,要生成正弦波时,选用文氏电桥振荡器,更易组成外稳幅振荡器。
文氏电桥正弦波发生器是一种常用的RC振荡器,可以用来产生低频正弦波。采用运算放大器和文氏电桥反馈网络组成的基本振荡电路模型如图1所示。
收稿日期:2011-4
导通,正向二极管近于开路,此后,随着振荡幅度的增大,正向二极管导通,其正向电阻逐渐减小,直到RF=2Rf时,振荡稳定。在图2电路中,RF、Rf分别为:RF=R4+(R1//RD),Rf=R3,其中RD为二极管的正向导通电阻。
利用二极管的非线性特性,使振荡电路能根据振荡幅度的变化,自动地改变基本放大器的负反馈的强弱,实现稳幅目的振荡过程中,两只二极管交替导通和截止,若外界因素使振幅增大,二极管的正向导通电阻RD减小,使RF变小,负反馈系数自动变大,反馈作用加强,从而稳定振幅。
3 文氏电桥正弦波发生器电路仿真[7-10]
图1 文氏电桥正弦波发生器
电路由RC串并联选频网络和同相放大器组成。运放构成同相输入的比例放大器,RC串并联网络,将输出电压反馈到集成运放的同相输入端,形成正反馈。根据产生正弦振荡的相位条件,可得电路的振荡频率f0为:
f0=
2 1R2C1C2
C2R2RF
+=C1R1Rf
2 RC
(1)(2)
电路搭接好后,调出示波器,连接好后,按下按
钮,可以得到稳幅文氏电桥正弦波发生器电路由起振到稳振的波形变化,如图3所示。图3(a)所示电路的起振过程截图,时间刻度(timebasescale)为1ms/div,图3(b)为稳定后的波形,图3(c)为将时间刻度(timebasescale)调大为20ms/div后,电路的起振效果图,正弦波的周期和频率可从图中读出。注意输出信号的幅值仅与运算放大器的供电电源设置有关,若要控制信号的幅值,可在输出端加稳压元件进行限幅。
当R1=R2=R,C1=C2=C时,f0=
4 结束语
本文对文氏电桥正弦波振荡电路进行了仿真,仿真过程中改变元器件参数,使电路工作于不同状态,从而获得不同的工作波形。通过上例分析可见,仿真软件Multisim10可用于电子电路的仿真分析,可广泛应用于课堂教学、实验教学、电子设计等方面。仿真技术进入教学领域,使得教育技术的发展又上了一个台阶。特别是渗透到电子技术教学、实验教学等领域,简化了设计过程,节约了实验器材和仪器仪表的损耗,值得推广使用。
RF=2Rf。
实际上,运算放大器的开环放大倍数是有限的,为满足赋值条件示电路易于起振,应使RF略大于2Rf[2]。
2 稳幅文氏电桥正弦波发生器[4-6]
从理论上讲,满足振荡条件后,振荡幅值可固定在任意值上,但由于环境温度等外界条件的变化,振荡条件会受到影响,使振荡器停振或产生钵形失真。因此须在基本电路上增加稳幅电路,如图2所示。
图2 稳幅文氏电桥正弦波发生器
为得到稳幅的目的,通常采用两只反向并接的二极管和电阻R1并联,它们在输出电压的正负半周内分别导通。在起振之初,由于输出电压幅度很小,不足以使二极管
(下转第80页)
作者简介
[7] 数字存储示波器通用技术条件和测试方法.国家技术监督局.1994.
[8] 王希东,孔路平.数字调制参数校准仿真研究[J].电
子测量与仪器学报,2009,23(8):7-13.
叶川,硕士研究生,应用工程师,主要研究方向为测试
测量技术、虚拟仪器技术。
(上接第76页)
参考文献
[1] 彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京:高等教育
出版社.1999.[2] 童诗白.模拟电子技术基础(第三版)[M].北京:高等教育出版社.2000.
[3] 郑步生.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用
[M].北京:电子工业出版社,2002.
[4] 蔡忠法.电子技术实验与课程设计[M].浙江:浙江大
学出版社,2003.[5] 姚霞.RC正弦波振荡电路的EWB仿真分析[J].科技信息,2009,35:99-100.
[6] 郝宁眉.双极型晶体管温度特性的Multisim仿真研
究[J].仪表技术与传感器,2010,4:81-84.
[7] 邓维礼.基于Multisim的准静态电荷放大器仿真分析[J].国外电子测量技术,2009,28(4):24-26.[8] 肖兵.基于MATLAB和DSP的滤波器硬件在环实时仿真[J].国外电子测量技术,2010,29(10):10-13.[9] 严刚峰,黄显核.基于随机微分方程的振荡器相位噪
声研究[J].电子测量与仪器学报,2009,23(12):49-54.
[10]吴石林,张玘,黄芝平.基于正交实验的Spherica-l
cymbal换能器谐振频率优化[J].仪器仪表学报,2010,21(3):682-688.
作者简介
吴凌燕,硕士研究生,讲师,主要研究方向单片机,智能仪表,软件仿真。