王晓芳

（大连职业技术学院，辽宁大连 116037）

0 引言

随着电子电路复杂程度的提高，在电子产品的设计过程当中，电子设计自动化技术（EDA）越来越得到广泛的应用。该技术的应用可以有效的提高电子产品的设计效率，缩短设计周期，使得产品在市场竞争浪潮中快速占有一席之地。而Multisim 软件是最常用的EDA 软件之一，也是高职院校中数字电子技术教学中优秀的教学系统，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作，它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

多谐振荡器是一种自激振荡电路，它没有稳定状态，只有两个暂稳态，电路工作时不需要外加触发信号，只要接通电源，在其相应的输出端就会输出矩形脉冲。数字电路设计中，一些要求不高的场合下的时钟信号源大多会采用由门电路所构成的多谐振荡器，其利用逻辑门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门首尾相接，构成基本环形振荡器。这种电路结构简单，但由于门电路的传输延迟时间很短，这种振荡器的振荡频率极高且不可调，所以实际用处不大。在基本环形振荡器的基础上增加RC 选频网络，构成RC 积分型多谐振荡器，可以稳定的输出1 Hz～1 MHz 的信号，而且具有频率可调的优点。

1 RC 积分型多谐振荡器电路结构

RC 积分型多谐振荡器电路结构如图1 所示。电路整体由3个非门和2 个电阻组成。其中R、C 为定时元件，决定多谐振荡器的振荡周期和频率。在基本环形振荡器的基础上增加RC 环路，它不但增加环路的延迟时间，降低振荡频率，而且通过改变RC 的数值可以调节振荡频率。其中Rs 为限流电阻，约100 Ω。RC 积分型多谐振荡器具有如下特点：①产生高、低电平的开关器件；②具有反馈网络，将输出电压恰当的反馈给开关器件使之改变输出状态；③具有延迟环节，利用RC 电路的充、放电特性可以实现延时，以获得所需要的振荡频率。

2 RC 积分型多谐振荡器工作原理

由于加入RC 环路，电路的振荡周期大大增加，逻辑门电路的传输延迟时间同其相比可以忽略，于是各点波形如图2 所示。

（1）第一暂态。设t1时刻A 点电位下降到门电路阈值电压UTH，使输出变为高电平uo=1，uo1=0，uo2=1，同时因为电容两端压降不能突变，使A 点电位产生负跃变，保证输出uo为高电平，电路进入第一暂态。

图1 RC 积分型多谐振荡器电路

在此期间，uo2的高电平通过R 对C 充电，A 点电位不断升高，在t2时刻A 点电位上升到阈值电压UTH，电路的状态又将发生变化。

（2）第二暂态。在t2时刻A 点电位上升到阈值电压UTH，使输出跃变为低电平uo=0，uo1=1，uo2=0，同时使A 点电位产生正跃变，保证输出uo为低电平，电路进入第二暂态。

在此期间，电容通过电阻R 反方向充电，随着反充电的进行，A 点电位逐渐降低，在t3时刻A 点电位下降到UTH，引起电路状态变化，又翻回到第二暂态。

由于电容C 的充、放电在自动的进行，故在输出端uo得到连续的方波，其频率由电容的充、放电的时间常数决定。由于电容充、放电回路不完全相同，故充电时间常数与放点时间常数有所区别。如采用的是TTL 门电路，经过估算，振荡周期约为式（1）。

图2 RC 积分型多谐振荡器工作原理

3 RC 积分型多谐振荡器仿真分析

用Multisim12 软件搭建如图3 所示的RC 积分型多谐振荡器电路。仿真时采用泰克型示波器观测电路各点的输出波形，按下仿真开关，示波器显示各点的电平状态，仿真结果如图4 所示。由上至下依次是uo、uo1、uo2及uA的波形，仿真结果反映了RC积分型多谐振荡器从第一暂态到第二暂态的工作过程，仿真结果与工作原理一致，证明该电路可以正常工作。

图3 RC 积分型多谐振荡器仿真电路

通过理论计算可得：

将游标指针1 位于方波信号一个周期的起始位置、游标指针2 位于方波信号一个周期的结束位置，可读出tw=T2-T1=3.3 ms，与输出脉冲周期的理论计算一致，验证了该电路的有效性和可行性（图4）。

4 结束语

通过对多谐振荡器电路的深入研究，分析RC 积分型多谐振荡器的电路结构及其工作原理，采用Multisim12 软件建立仿真电路，并成功实施仿真分析。结果表明仿真得到的时序图与理论基本一致，而且仿真得出的输出波形周期与理论计算的信号周期一致，验证了该电路设计方案的可行性和有效性。

图4 RC 积分型多谐振荡器仿真结果