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        Multisim13仿真軟件在RC正弦波振蕩電路教學(xué)中的應(yīng)用

        2018-09-20 02:10:54翟艷男李晶王兆欣
        電子測(cè)試 2018年17期
        關(guān)鍵詞:振蕩電路電路仿真正弦波

        翟艷男,李晶,王兆欣

        (空軍航空大學(xué),吉林長(zhǎng)春,130022)

        1 RC正弦波振蕩電路教學(xué)案例分析

        以RC振蕩電路為例,說(shuō)明multisim13電路仿真軟件在教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。圖1是教科書(shū)中RC振蕩電路原理圖。當(dāng)電路滿(mǎn)足一定的振蕩條件時(shí),在電路的輸出端就會(huì)產(chǎn)生一定頻率的正弦波。RC振蕩電路,實(shí)際上就是一個(gè)正弦波的發(fā)生器。

        圖1 RC振蕩電路原理圖

        電路起振后,要想得到穩(wěn)定的正弦波,必須滿(mǎn)足平衡振蕩條件:=1,也就是要求Rf= 2 R1。當(dāng)滿(mǎn)足這個(gè)條件時(shí),電路就能夠維持穩(wěn)定的等幅振弦。

        對(duì)于RC正弦波振蕩電路來(lái)說(shuō),教學(xué)的難點(diǎn)是:振蕩電路從起振到達(dá)平衡振蕩這個(gè)過(guò)程,是怎樣自動(dòng)完成的。這個(gè)問(wèn)題與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系緊密,并與起振條件與平衡振蕩條件密切相關(guān)。如果這個(gè)問(wèn)題單純?cè)谠韴D上進(jìn)行講解,學(xué)生看不到實(shí)際電路情況,就很難理解掌握。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入3個(gè)multisim仿真實(shí)驗(yàn),創(chuàng)建一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,可以很好的突破教學(xué)難點(diǎn)問(wèn)題。

        圖2是第一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)電路以及仿真結(jié)果圖,其中折線(xiàn)代表電阻。電路中 Rf= Rf1+ Rf2= 2 R1,電路滿(mǎn)足平衡振蕩條件,從示波器顯示結(jié)果可以看到:電路的輸出電壓幾乎為零,電路不能實(shí)現(xiàn)自激振蕩。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)電路僅僅滿(mǎn)足平衡振蕩條件,電路是不能起振的。

        圖2 仿真實(shí)驗(yàn)1電路圖及仿真結(jié)果

        圖3 是第二個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)以及仿真結(jié)果圖。電路中Rf= Rf1+ Rf2> 2 R1,此時(shí)電路滿(mǎn)足起振條件。從示波器顯示結(jié)果可以看到:電路形成了自激振蕩,但是,輸出電壓已經(jīng)嚴(yán)重失真,不是正弦波,測(cè)得輸出電壓幅值為14.1V。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明:在滿(mǎn)足起振條件下,電路借助正反饋形成的自激振蕩,其輸出幅度會(huì)越來(lái)越大,最終造成運(yùn)算放大器輸出達(dá)到飽和,形成失真。因此,在這種情況下,電路是不能自動(dòng)進(jìn)入到正弦振蕩狀態(tài)。

        圖3 仿真實(shí)驗(yàn)2電路圖及仿真結(jié)果

        要想解決這個(gè)問(wèn)題,就需要對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn),對(duì)此,教材中沒(méi)有具體的論述。但是,從剛才兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看出,改進(jìn)電路的關(guān)鍵在于:要使電阻 Rf能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)電路起振時(shí),Rf>2R1;而當(dāng)電路需要達(dá)到平衡振蕩時(shí),Rf= 2 R1。

        圖4是改進(jìn)后的電路原理圖以及仿真結(jié)果。新電路增加了由兩個(gè)二極管組成的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。在這個(gè)電路中,電阻Rf= Rf1+ R并聯(lián)。 電阻R并聯(lián)在電路振蕩形成過(guò)程中,它的大小能夠自動(dòng)調(diào)整。從示波器顯示結(jié)果可以看到:電路能夠起振,并且形成了穩(wěn)定的正弦波振蕩,輸出電壓幅值為7.8伏。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,加入穩(wěn)幅環(huán)節(jié)后,電路既可以正常起振,又能夠輸出穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的正弦波,改進(jìn)后的電路是一個(gè)完善的RC正弦波振蕩電路。

        教師利用仿真實(shí)驗(yàn)講解RC振蕩電路這一知識(shí)點(diǎn),學(xué)生能夠更加深刻的理解RC振蕩電路是怎樣從起振自動(dòng)進(jìn)入到穩(wěn)定的正弦波振蕩狀態(tài),從而有效的突破難點(diǎn)問(wèn)題,有利于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

        圖4 仿真實(shí)驗(yàn)3電路圖及仿真結(jié)果

        2 結(jié)束語(yǔ)

        RC正弦波振蕩電路教學(xué)中,非常適合引入multisim13電路仿真軟件輔助教學(xué)。電路仿真將理論知識(shí)與實(shí)踐技能良好的結(jié)合起來(lái),激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,有效的解決了教學(xué)重難點(diǎn)問(wèn)題,并且能夠傳授給學(xué)生緊跟時(shí)代的新知識(shí)新技術(shù),提高了學(xué)生分析電路與設(shè)計(jì)電路的能力,能夠起到事半功倍的效果。

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