2017年、2019年全国大学生电子设计竞赛综合测评——常用电路Multisim仿真——方波、三角波振荡电路

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2017年综合测评仿真电路讲解：

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常用电路Multisim仿真——方波、三角波振荡电路：

常用电路Multisim仿真——有源低通滤波器设计：

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一、说明
在综合测评中，基本都是考核波形的产生和变换，涉及到正弦波、方波、三角波和上述信号的合成信号，涉及到的电路有：
（1）方波、三角波振荡电路：使用一个运算放大器产生特定频率和幅度的方波或者三角波（注意是只用一个运放）；
（2）555定时器电路：产生特定频率方波信号，部分电路可以调节方波的占空比，输出高电平为供电电压，可以用电阻分压得到要求的幅值；
（3）同相加法器：进行波形合成，一般后面对合成波形进行滤波分离，这里的难点在于单电源供电情况下，需要加入偏置抬升信号，且需要加入合适的偏置；
（4）有源低通滤波器：有SF结构和MFB结构，一般是用方波、三角波或者合成信号得到正弦波，此处一般除了滤波外，还需要有一定的放大能力，将信号放大到指定的幅度，难点之一在于单电源供电，有时候需要抬升信号，难点之二在于很多赛区不允许带电脑，没办法使用滤波器设计软件，基本靠积累和现场计算（允许带纸质资料，可以把常用的参数记下来带入，现场做调整）；
（5）积分器：从方波得到同频的三角波，可调幅；
（6）分频器：数字芯片74LS7，固定接法，基本是送分，实现方波二分频或者四分频；

二、方波、三角波振荡电路
（1）搭建振荡电路如图所示，先采用双电源供电讲解，需要两个滑动变阻器RP1和RP2，一个固定电阻R1和一个电容C1，运放反向输入端 Vo三角波 输出振荡的三角波，运放输出端 Vo方波 输出振荡的方波，电路实际相当于 RP2和C1组成RC振荡电路，RP1和R1配合运放搭建滞回比较器。

（2）输出结果
方波和三角波同频，起振时频率较高，逐渐恢复稳定，可以看到，这里的方波占空比并不是50%，三角波输出向下偏置，且三角波的波形不是一条直线，而是带有弧度（具体原因下面解释）。

（3）参数设计与计算
RP1和R1可以设置滞回比较器的门限值（限定三角波的幅值，与方波幅值无关，与方波的占空比有关）：
±UT = Uo[ R1 / ( R1 + RP1 ) ]

RP2和C1振荡，时间常数为 RP1C1，利用一阶RC电路的三要素法得到振荡周期
T = 2RP2C1ln(1+2R1/RP1)*

频率
f = 1/T

这里可以看出调整RP1既会改变频率，又会改变三角波的幅值（改变方波占空比），而调整RP2只改变频率，所以在调节时可以先调节RP1到要求的幅值，在调节RP2改变频率。

（4）示例
减小RP2，T减小，频率 f 对应增大，波形更密集；三角波的幅值U不受RP2影响。

当振荡频率较高时（超过10KHz），三角波一般会变为正弦波，且方波的上升沿不再陡峭，这里受限于LM324的芯片性能，使用2017年瑞萨提供的运放能够很好的振荡出20K的方波。


三、单电源供电
直接将负电源VEE的-5v改成GND，只使用+5V供电，波形如下，三角波受到很大影响，下降时间明显变长，且无法通过改变阻值和容值调节，此时需要给滞回比较器一个抬升电压。

将R1右端的接地改为接到一个直流偏置上，偏置电压由+5V电源分压得到，波形恢复正常。

调节偏置，可以改变滞回比较器的门限，改变方波的占空比。

四、说明
1.仅供学习参考，转载请留言，注明出处；
2.如需指导讲解请联系QQ：3053749041。

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