Multisim在正弦波信号产生电路教学中的应用

兰州理工大学电气工程与信息工程学院 杜先君

0 引言

在高等学校电子技术课程的教学实践中，我们发现，对于抽象知识点的掌握学生往往不知所措。这些知识点包括负反馈、信号产生、载流子运动等等。通过多年教学经验总结，我们设计了一套虚拟实验教学平台，并将之应用于电子技术课程的教学实践中。平台集中了电子技术中几乎全部的抽象内容以及实验内容，通过基于Mul tisim的仿真，生动的展示出来，提高了教学效率。经过教学实践检验，教学质量得到明显提高，学生在学习电子技术知识的同时，也掌握了虚拟仿真技术。同时，这种教学模式也被有效的推广到了电工学、电路等电类课程的教学实践中，取得了不错的效果。国内外很多学校也开始着力于本方向上的教学研究[1-2]。本文以模拟电子技术课程中的信号产生电路为例，阐述仿真技术在教学过程中的应用。

1 文氏桥振荡电路

RC正弦波振荡电路有很多形式，其中文氏桥振荡电路最为常用。当工作于超低频时，常选用积分式RC正弦波振荡电路[3]。

如图1a所示电路为基本文氏桥振荡电路，电路中负反馈网络为一电阻网络，电路中正反馈网络是RC选频网络。其中，正、负反馈系数分别为：

基本文氏桥振荡电路的振荡频率为：

由图1b可知，输出波形上下均幅，说明电路起振后随幅度增大，运算放大器进入强非线性区。RC正弦波振荡电路因选频网络的等效Q值很低，不能采用自生反偏压稳幅，只能采用自动稳幅电路来稳幅。图2a所示的电路是基本文氏桥振荡电路的改进电路，它是用场效应管稳幅的基本文氏桥振荡电路。振荡电路的稳幅过程是：若输出幅度增大，当输出电压大于稳压管的击穿电压时，则检波后在场效应管上的栅压值增大，当输出电压大于稳压管的击穿电压时，则检波后加在场效应管上的栅压负值增大，漏源等效电阻增大，负反馈加强，环路增益下降，输出幅度降低，从而达到稳幅的目的。

对图2a所示场效应管稳幅文氏桥振荡器进行瞬态分析，振荡波形如图2b所示。可见，振荡器输出的波形基本上是正弦波。

2 RC移相式振荡器

RC移相式振荡器如图3a所示，该电路由反相放大器和三节RC移相网络组成，要相满足振荡相位条件，则要求RC移相网络完成180°相移。由于一节RC移相网络的相移极限为90°，因此采用三节或三节以上的RC移相网络，才能够实现180°相移。

图1 基本文氏桥振荡电路及其仿真波形

图2 改进的文氏桥振荡电路及其仿真波形

图3 RC移相式振荡器及其仿真波形

图4 RC双T反馈式振荡器及其仿真波形

只要适当调节 的值，使得 适当，就可以满足相位和振幅条件，产生正弦振荡。其振荡频率：

振荡波形如图3b所示。

3 RC双T反馈振荡器

图4a所示电路为一个RC双T反馈式振荡器，其中C1、C2、C3、R3、R4和R5组成双T负反馈网络（完成选频功能）。电路中两个稳压管D1、D2具有稳压功能，用来改善输出波形。

用示波器观测RC双T反馈式振荡器的输出电压波形如图4b所示，根据示波器的扫描时间刻度，可测得振荡周期

4 结语

通过结合虚拟仿真技术的电子技术教学实践，生动、直观的展示教学内容，避免学生因为枯燥、抽象的知识点学习而产生厌学情绪，提高了教学质量，促进了学生的学习兴趣，并使学生顺利掌握仿真技术，为后续实践类课程的教学奠定基础。整套虚拟仿真实验平台应用后，在电工学、电路、电子技术课程设计等理论与实践类课程中均取得较好的效果，值得推广。

[1]王革思.“模拟电子技术”课程开放式实验教学平台的研究与实践[J].实验技术与管理,2014,31(8):170-173.

[2]储开斌,杨长春,朱正伟,等.虚拟项目教学法在模拟电子技术教学中的应用[J].实验室研究与探索,2011,14(3):109-112.

[3]康华光.电子技术基础(模拟部分)(第六版)[M].北京:高等教育出版社,2013.