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基于Multisim7对振荡电路的分析与仿真.pdf
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1、2023年10 月计算机应用文摘第39 卷第2 0 期基于Multisim7对振荡电路的分析与仿真庞玉凤(黑龙江工商学院,哈尔滨150 0 2 5)摘要:文章介绍了振荡电路的一些基本知识,包含RC正弦波振荡电路的幅频特性、相频特性和反馈系数等,并用Multisim7软件实现了振荡电路的仿真分析,更加形象直观地展现了振荡电路的特性。Multisim7软件具备更加强大的捕捉和仿真功能,能够快速、轻松、高效地分析和验证电路。通过Multisim7软件快速创建具有完整组件库的电路图,并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为,能够有效提高工作效率并省去复杂的运算过程,从而形象、直观地反映电路的特性。关
2、键词:振荡电路;幅频;相频;Multisim7PANG Yufeng中图法分类号:TP391Analysis and simulation of oscillating circuit based on Multisim7(Heilongjiang University of Business and Technology,Harbin 150025,China)Abstract:This paper introduces some basic knowledge of oscillation circuit,including amplitude-frequency characterist
3、ics,phase-frequency characteristics and feedback coefficient of RC sine waveoscillation circuit,and uses Multisim7 software to realize the simulation analysis of oscillationcircuit,which shows the characteristics of the oscillation circuit more vividly and intuitively.Multisim7 software has more int
4、uitive capture and simulation functions,which can quickly,easilyand efficiently analyze and verify circuits.Multisim7 software is used to quickly create a circuitdiagram with a complete component library,and the industrial standard SPICE simulator is used tosimulate the circuit behavior,which can ef
5、fectively improve the work efficiency and eliminate thecomplex operation process,and can vividly and intuitively reflect the characteristics of the circuit.Key words:oscillating circuit,amplitude-frequency,phase-frequency,Multisim71引言不需要外加信号,振荡电路就能自动地将直流电转换为具有一定振幅和频率的交流电,被广泛应用于自动控制、测量、医学和通信等领域。其中,在无
6、线电测量领域被用于生成各种频段的信号电压;在热加工和医疗设备领域被用于生成高频能量对负载电阻进行加热 1。RC正弦波振荡电路是一种基本的电子电路,模拟电子技术实验中经常使用的示波器就是一种正弦波振荡电路。在振荡电路的分析和研究中,由于其电路复杂,一般的研究理论和方法无法满足精确计算振幅及振荡频率等数据的需求。但Multisim7软件可对振荡电路进行仿真和分析,并测量其输出波形振幅和周期,从而简便、快捷地获取其振荡频率等数据,具有操作简单、计算过程短、结果直观等优点 2 3。RC 振荡电路是RC 选频网络构成的振荡电路,适用于低频振荡,能产生1 Hz1 MHz的低频信号。对文献标识码:A于RC
7、振荡电路而言,增大电阻即可降低振荡频率,而增大电阻是无需增加成本的。在LC 振荡电路中生成的正弦波频率较高,若要降低其正弦波频率,势必要求振荡回路具有较大的电感和电容。然而,具备大电感和电容的元件不仅体积笨重、安装不便,还存在制造困难和成本高等问题 4 5。因此,2 0 0 kHz以下的正弦振荡电路一般采用振荡频率较低的RC振荡电路。Multisim7是一款常用的EDA仿真软件,提供元器件、电路仿真等实验仪器的功能,通过直接连线的方式对电路硬件进行连接,可代替传统实验室进行仿真实验;具有超强的仿真能力,可以对数字电路、模拟电路等进行电子仿真和分析;除了提供常用测试仪表(如示波器、瓦特表、频率计
8、等)的电路测试与分析的方法,还提供了包括静态工作点分析、失真分析和交流分析等方法;具有高效快捷、易于操作等优点,在电子电路设计中得到了广泛的应用 6 7 2023 年第2 0 期2产生正弦波振荡的原理、条件及电路组成部分2.1振荡原理和条件在正反馈放大电路中,当AF1时,电路产生自激振荡,在无输人的情况下,通过外来扰动在电路输人端产生较小信号;通过“放大一反馈一放大”的循环过程,输出端产生频率为f。的电压,同时电压逐渐增大;当电压增大到一定程度时,晶体管进人截止区以限制电压的增加;达到平衡时,AF=1,振荡幅值趋于稳定 8 10 在正弦波振荡电路中,A为放大电路,F为正反馈网络,当输人量为零时
9、,反馈量等于净输入量。输出量将反馈网络产生的反馈量作为放大电路的输入量,而输入量又通过放大电路维持着输出量,相应表达式为:Xo=AFXo振荡的起振条件:AF1振荡的平衡条件:AF=1振荡平衡的相位条件:PA+Pr=2nT(n为整数)2.2电路的组成部分正弦波振荡电路包含放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四部分,具体功能如下:(1)放大电路使电路从起振转向动态平衡,产生输出量;(2)选频网络确定电路的振荡频率,使电路产生单一的频率;(3)正反馈网络引入正反馈,使放大电路的输入信号等于反馈信号,在许多实用电路中存在选频网络和正反馈网络相结合的情况;(4)稳幅环节使输出信号幅值稳定,在分立元件
10、放大电路中无需另加稳幅环节,而是利用晶体管特性的非线性起到稳幅作用。正弦波振荡电路常用选频网络所用元件进行命名,包含RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路三种类型。其中,石英晶体正弦波振荡电路也可等效为LC正弦波振荡电路,具有振荡频率稳定的特性。3RC正弦波振荡电路3.1电路图设计与元器件功能分析如图1所示,在RC振荡电路中,R1,C1,R2,C通计算机应用文摘过串并联的方式构成正反馈选频网络;R1,C1上的反馈电压作为输人代替放大器的输入信号;R为负反馈调节电路;D1,D2,R4输出电压幅度稳定电路,用于实现稳幅和改善波形失真。RwW100kn0Key-A:65%5c
11、i100nf:C2R2100nFS100k,(1)通常情况下,令 R,=R2=R,Ci=C2=C。(2)反馈系数:F=(3)3+i幅频特性:(4)F32相频特性:1(w)=-acrtg3当=时,()=0,放大电路采用同相放大器,=0满足振荡的相位条件。反馈系数F=,放大系数 A=3才能满足AF=1的振幅平衡条件。又因为电路起振条件为AF1,所以放大倍数A3。3.2R对振荡电路的影响3.2.1起振过程分析根据振荡电路的起振条件|AF|1,选频网络的1反馈系数F只要负反馈放大器的放大倍数A一max3大于3,即Rw(接电阻)与R4的和略大于R(未接入负反馈)的两倍,便可产生正弦波振荡。计算起振的临界
12、值:R.+R4=2RR+20 k2=2(100 k2-Rw)131XSC1一1TV2D170.4.12.V-741R12:100ki,Vi1州.12.v图1RC正弦波振荡电路图1Wo11N4148R4.20kiD21N4148U(5)(6)(7)3(8)(9)132由式(9)可得:R=60 kQ。通过对起振临界值的计算可知,只有接入负反馈的电阻R60kQ时,该电路才能产生弦波振荡。3.2.2实验步骤(1)从0 开始逐渐加大可变电阻R,的阻值,运行并双击示波器图标XSC1”,使电路输出的正弦波不失真且幅值最大,观察电路的起振情况。(2)分别在R=65k2和R=75kQ时,选取仿真波形进行分析。测
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