姚雪妍　郭琼（华侨大学信息科学与工程学院　厦门　360）（无锡职业技术学院　无锡　4）



基于Multisim的方波-三角波发生电路的仿真实验

姚雪妍1郭琼2
（华侨大学信息科学与工程学院厦门361021）1（无锡职业技术学院无锡214121）2

摘要本文通过使用Multisim仿真软件对模拟电子技术基础课程中所学内容进行了仿真试验，以及相关的验证和计算；研究了方波、三角波发生电路，通过改变电路元件参数，对输出波形进行对比观测，得到了该振荡电路的相关电路特性，虚拟仿真结论与理论分析和实际计算结果相一致。表明利用Multsim仿真软件可将理论学习和实践紧密地结合起来，利于加深对所学知识的理解和掌握。

关键词Multisim方波-三角波仿真实验电路分析

一、引言

在模拟电子技术课程的学习中，会涉及到正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形及其发生电路，这类波形及其发生电路作为常用的信号源，在生产、科研及教学实验中都具有广泛的应用［1］。因此，在学习过程中，对这类信号源波形及其发生电路的深入理解与掌握，是十分必要的。传统的学习方式大多采用实物搭接电路，用仪器、设备观察结果得出结论后进行分析，这样不仅需要耗费大量的时间，且增加了耗材成本，还可能因器件质量或更换困难、参数不易调整等原因使观察结果出现较大偏差。

随着电子信息技术的快速发展，在课程的学习过程中，我们可以借助各类仿真软件来进行虚拟实验。通过采用软件提供的元器件和仪器实现电路，并对电路运行情况进行观测分析，使实验过程更为灵活和方便；在软件虚拟的“电路实验室”中，通过快速的搭接电路并进行仿真，完成电路的验证和辅助设计，从而使学生加深对学习内容的理解和掌握，进一步提高分析设计能力和综合应用能力。

二、NI Multisim 13.0仿真软件介绍

NI Multisim 13.0是美国国家仪器有限公司（National Instruments，简称NI）最新发布的一款以Windows为基础的汉化仿真软件。它包含了电路原理图的输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。其主要特点如下［2］［3］：

1、直观的图形界面

软件的操作界面就像一个实际的电子实验台，仿真所需的元器件和测试仪器均可从器件库中选用，并可用导线进行连接，与实物极为相似，仿真运行的相关数据、波形和特性曲线也可直接在相关虚拟仪器中实时展现。

2、丰富的元器件库

Multisim 13.0提供了包含两万多个元件的元器件库，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，还可创建自己的元器件。

3、强大的仿真能力

Multisim 13.0可以设计、测试和演示各种电子电路；可以在仿真电路中人为设置各种元器件故障，从而观察不同故障情况下的电路工作状况；并可对仿真过程中的相关数据、波形等进行存储，利于仿真后的数据分析。

4、丰富的测试仪器

Multisim 13.0的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、信号发生器、示波器等；还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪等。

5、完备的分析手段

Multisim 13.0提供了详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、线性和非线性分析离散傅里叶分析、电路零极点分析等电路分析方法，以帮助设计人员分析电路的性能。

三、方波电路仿真

打开Multisim 13.0仿真软件，按照绘制好的方波发生电路图，在编辑区中依次选择所需的电子元件和测量仪表，并用连线搭接，设置各元器件参数，完成后电路如图1所示。

图中的方波发生电路主要由运放U1A、R1、R2组成的迟滞比较器和由Rf、C1组成的积分电路两部分构成。其中积分环节将输出电压反馈到比较器的反向端，通过对电容的充、放电实现状态转换，并在输出端引入了限流电阻R0，以及两个背靠背的稳压管D1、D2以起到双向限幅的作用。

电路中，选择双踪示波器分别观测电容电压Vc（A通道）和输出电压Vo（B通道）波形变化；并在输出端选择一个探针，主要观测输出方波频率和电压值实时变化情况。仿真运行后，示波器波形如图2所示。

同样，还可以通过调整相应的器件参数，改变方波周期。已知方波周期计算公式为：

如例图中，我们可以将参数代入通过计算进行验证；计算出周期T为1.1ms，频率为909Hz；探针实测周期1.195ms，实测频率为837Hz；偏差7.7%左右。

以上搭接的电路产生的是占空比为50%的方波，如需改变占空比，只需调整电容C的正反向充电时间常数即可。这时可利用二极管单向导电性分别设置正反向充电回路电阻，电路如图3所示。所仿真的波形如图4所示。

此时，电路中正反向充放电时间常数分别Rf2C、Rf1C，通过调整Rf2和Rf1的阻值即可改变方波占空比。其对应的周期（忽略二极管的正向电阻），可通过以下公式计算［4］：

四、三角波电路仿真

在方波电路的基础上，只需增加积分环节，就可得到三角波发生电路。三角波电路由同向输入的迟滞比较器U1A和积分器U2B两部分组成，比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，构成能自动产生方波、三角波的发生器［5］。电路如图5所示。

在三角波发生电路中，我们同样选择双踪示波器分别观测运放U1A的输出（A通道，方波）和运放U1B的输出（B通道，三角波）的波形变化；并在两个输出端分别设置一个探针，主要观测输出波形频率和瞬时电压。仿真运行后，示波器波形如图6所示。

同方波电路一样，如果改变电容C正、反向充电时间常数，也可将三角波电路改变为锯齿波电路。

五、结语

通过以上对方波、三角波电路进行的仿真实验数据表明，采用Multisim13.0软件仿真得到的结论与理论公式的计算结果是一致的。通过仿真，系统分析了方波、三角波电路振荡周期、频率和输出电压幅值随参数变化的情况，进一步了解了电路的工作原理和变化规律。可见，通过Multisim仿真软件可以使学习者快速通过选择不同的器件搭接出所需的电路，并可通过各类测试仪器，检测或观测各器件参数变化对电路的影响和作用；通过仿真实验，高效的将理论学习和实践紧密地结合起来，从而加深了对所学知识的理解和掌握［6］；也是学生学习过程中，理论与实践联系的一座桥梁。

参考文献

［1］吕曙东.基于Multisim 10的矩形波信号发射器仿真与实现［J］.电子设计工程，2010，18（11）：69-71.

［2］冯志宇，胡荣.Multisim在数字电路中的应用-基于Multisim13的序列信号发生器的设计［J］.数字通信，2014，41 （3）：62-64.

［3］王元华，刘文斐，李娟.Multisim10仿真软件在模拟电子技术教学中的应用［J］.电子技术，2013，2：66-69.

［4］童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社.

［5］张林，陈大钦.模拟电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社.

［6］吴晓云，刘超.可调稳压电源的设计与Multisim的仿真应用［J］.自动化与仪器仪表，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

中图分类号TP391.9

文献标识码A

文章编号160314-7225

作者简介

姚雪妍，女，汉族，1995年9月出生，陕西省富平县人，目前在华侨大学信息科学与工程学院就读，研究方向为通信技术。

郭琼，女，汉族，教授，1969年7月出生，四川省营山县人，目前在无锡职业技术学院工作，研究方向为自动控制及机器人控制技术。