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

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是教科書中RC振蕩電路原理圖。當(dāng)電路滿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，必須滿足平衡振蕩條件：=1，也就是要求Rf= 2 R1。當(dāng)滿足這個(gè)條件時(shí)，電路就能夠維持穩(wěn)定的等幅振弦。

對(duì)于RC正弦波振蕩電路來說，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)過程，是怎樣自動(dòng)完成的。這個(gè)問題與實(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，其中折線代表電阻。電路中 Rf= Rf1+ Rf2= 2 R1，電路滿足平衡振蕩條件，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)問題，就需要對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)此，教材中沒有具體的論述。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

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，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。