单位文秘网 2022-02-26 08:08:01 点击: 次
摘要: 在EDA仿真软件Multisim 10环境下,设计一种以比较器和积分器为核心电路,并采用稳压技术来实现的锯齿波发生器。同时利用该软件实现电路仿真,通过对仿真分析与理论分析的比较,验证Multisim10软件仿真的可靠性。
关键词: Multisim 10;锯齿波发生器;仿真分析
中图分类号:TN702文献标识码:A文章编号:1671-7597(2011)0620089-01
1 锯齿波产生电路
1.1 工作原理分析
锯齿波广泛应用于仪器仪表和电子测量系统中,在Multisim10绘图编辑器中创建锯齿波发生电路.如图1所示,标出电路中的结点编号7。图中运放A1及R1、R2组成同相输入迟滞比较器,运放A2及R5、R6、C组成充放电时间常数不等的反相积分器。XSC1为两通道示波器分别用于观察矩形波和锯齿波输出情况,A通道为矩形波输出,B通道为锯齿波输出。信号双向稳压管Vdz和限流电阻R3组成稳压电路用于限制输出电压幅值,即Vo1=±(Vz+Vd)。其仿真图如图2所示。
设接通电源瞬间,Vo1=+(Vz+Vd),则+(Vz+Vd)经R6和R5、Vd并联支路向C恒流充电,充电时间常数=(R5∥R6)C,随着充电的进行,Vo=-Vc
趋势时,比较器输出Vo1从+(Vz+Vd)跳变为-(Vz+Vd),同时门限电压也
等于Vn1并有大于Vn1的趋势时,比较器输出Vo1又由-(Vz+Vd)跳变到+(Vz+Vd),
电容再次充电,Vo再次下降。如此周而复始,产生振荡。由于电容C的充放电时间常数不相等,使输出波形Vo为锯齿波电压,Vo1为矩形波电压。[1]
图1锯齿波发生器电路原理图
1.2 理论分析
产生锯齿波电路的工作原理可知,当Vo1=+(Vz+Vd)时,下门限电压锯齿波发生器电路中的器件长期工作在强非线性区,幅度的大小是由器件进入强非线性状态下的电流或电压以及电源电压值联合确定。[2]因此为了得到一定的且稳定的幅度,本设计中选用了高精度的稳压管来控制输出高、低电平的大小,调换具有不同稳定电压的稳压管就能很方便的获得所需输出电压的幅度。同时锯齿波的幅度还可以通过调节比较器的上、下门限电压来实现。振荡幅度用Multisim 10环境下的虚拟示波器进行测量。
在本设计中必须保证前一级产生的矩形波前后沿是陡的,因此采用的是LM741H高增益的单运放。由于锯齿波的性能好坏关键在于其上升和下降的线性度。若矩形波的前后沿不陡,就会发现锯齿波的谷部和峰部呈圆弧形,其线性变坏,所以矩形波前后沿越陡,锯齿波的线性也就越好。
2 Multisim 10仿真分析
2.1 瞬时指标分析
当锯齿波长时间稳定振荡后,由仿真图2读出锯齿波的门限电压为Vm=58.227V,振荡周期为T=(T2-T1)/10=2.26ms,经过理论分析,锯齿波知仿真结果和理论结果大致接近,仿真测量结果满足设计要求。
图2锯齿波发生器电路仿真图
2.2 最坏情况仿真分析
在锯齿波发生器电路设计中,其输出锯齿的频率、幅值是通过改变电路中元件参数来改变的。但元器件参数的变化又会对电路性能产生影响。最坏情况分析是以统计分析的方式来研究元件参数变化时对电路性能的最坏可能影响。[3]在最坏情况分析中设置元件参数的容差为5%,点击Simulate键,开始进行最坏情况分析,分析结束后弹出图示仪窗口,可供查看分析结果,如图3所示。
在锯齿波产生电路中,理论上当(R2+R3)/R1>2时,才能起振。通过分析,最坏情况时:(R2+R3)/R1=(14250+10500)/10500=2.35>2,满足振荡条件,锯齿波发生器电路能够起振。[4]因此,该设计中电路元器件容许误差设计合理,在最坏情况时,锯齿波发生器电路有效,保证了锯齿波输出的良好线性。
图3最坏情况分析仿真图
3 结语
本文介绍了基于Multisim的锯齿波发生器的设计。在Multisim软件环境中仿真设计电路,调节电路元件参数,通过示波器观察输出波形并对其进行仿真分析。仿真结果表明,在适当的容许误差下,此锯齿波发生器电路的振荡频率变化不大,使得锯齿波信号线性度较好,因此,该电路能够满足实际需要。
参考文献:
[1]华成英,模拟电子技术基本教程[M].北京:清华大学出版社,2006.
[2]段九州,振荡电路实用设计手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2002.
[3]周润景、郝晓霞,Multisim &Labview[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[4]陈大钦,模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2000.
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