基于multisim11的壓控振蕩電路仿真設計

1、<p>　　分 類 號 </p><p>　　密 級 </p><p>　　基于Multisim11的壓控振蕩電路仿真設計</p><p><b>　　年月日</b></p><p><b>　　誠 信 承 諾</b></p&

2、gt;<p>　　我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《基于Multisim11的壓控振蕩電路仿真設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。</p><p>　　承諾人（簽名）： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　

3、　摘 要</b></p><p>　　Multisim是美國國家儀器有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于初級的模擬及數字電路板的設計工作，Multisim不僅具有豐富的仿真分析能力，而且還包含了電路原理圖的圖形輸入及電路硬件描述語言的輸入方式。有了Multisim軟件就相當于有了一個電子實驗室，可以非常方便的從事各種電路設計及仿真分析工作。</p><p>

4、　　隨著無線通信技術的快速發(fā)展，使得市場對壓控振蕩電路產生了巨大的需求。壓控振蕩器是通過調節(jié)可變電阻或電容可以改變波形的振蕩頻率，一般是通過人工來調節(jié)的。而在自動控制場合往往要求能自動地調節(jié)振蕩頻率。常見的情況是給出一個控制電壓，要求輸出波形的振蕩頻率與控制電壓成正比。這種電路稱為壓控振蕩器。</p><p>　　本次設計的內容是基于Multisim11的壓控振蕩電路仿真設計，闡述了壓控振蕩器的電路原理以及組成結

5、構。本次設計是采用集成運算放大器741芯片組成的滯回電壓比較器和反向積分電路，利用二極管1N4148相當于電子開關的功能，控制電容的充放電時間，構成的壓控振蕩電路，從而實現(xiàn)輸入電壓對輸出頻率變化的控制。只要改變輸入端的電壓，就可以改變輸出端的輸出頻率。并在電路設計與仿真平臺Multisim11仿真環(huán)境中創(chuàng)建集成壓控振蕩器電路模塊，進而使用Multisim仿真工具對其進行仿真從而達到設計的目的和要求?！?</p><p

6、>　　關鍵詞：Multisim，壓控振蕩器，1N4148</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　National Instruments Multisim is introduced in Windows-based simulation tool for primary analog and digital circuit

7、board design, Multisim simulation analysis not only has the ability to enrich it, and also includes a circuit schematic graphical input and input circuit hardware description language. With Multisim software has the equi

8、valent of an electronic laboratory can be very convenient to a variety of circuits in the design, simulation and analysis.</p><p>　　With the rapid development of wireless communication technology, making the

9、 market for a voltage controlled oscillator circuit generates a huge demand. By adjusting the voltage controlled oscillator is a variable resistor or capacitor can change the oscillation frequency of the waveform is gene

10、rally adjusted by the manual. In the automatic control applications often require the oscillation frequency can be automatically adjusted. Common case is given a control voltage and oscillation frequency c</p><

11、;p>　　The design is based on the contents of the voltage controlled oscillator circuit simulation Multisim11 designed to explain the principles of the VCO circuit structure and composition. The design of an integrated

12、operational amplifier is composed of 741 chips, and the hysteresis comparator reverse integration circuit using a diode 1N4148 equivalent electronic switch, control charge and discharge time of the capacitor, voltage con

13、trolled oscillation circuit, enabling the input voltage control of t</p><p>　　Key Words: Multisim, VCO, 1N4148目 錄</p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p>

14、<p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第1章 概述1</b></p><p>　　1.1 Multisim簡介1</p><p>　　1.2 Multisim發(fā)展1</p><p>　　1.3 Multisim11新增的功能2</p&g

15、t;<p>　　1.4 Multisim主要特點3</p><p>　　第2章 壓控振蕩電路的總體設計5</p><p><b>　　2.1設計要求5</b></p><p>　　2.2總體設計框圖5</p><p>　　2.3壓控振蕩電路芯片的介紹5</p><p>　　

16、2.4壓控振蕩電路分立元器件的介紹7</p><p>　　第3章 單元電路的設計8</p><p>　　3.1滯回比較器的設計8</p><p>　　3.2反相積分電路的設計10</p><p>　　第4章壓控振蕩電路的基本原理12</p><p>　　4.1電路的構成及工作原理12</p>

17、<p>　　4.2振蕩頻率與輸入電壓的函數關系12</p><p>　　第5章 壓控振蕩電路的仿真與調試14</p><p>　　5.1運行與仿真14</p><p>　　5.2原理圖及PCB板圖的繪制16</p><p>　　5.3 仿真與實測分析18</p><p><b>　　總

18、結21</b></p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p>　　1.1 Multisim簡介</p><p>　　

19、Multisim是加拿大圖像交互技術公司（Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于初級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路行為進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技

20、術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。</p><p>　　NI Multisim軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NI Multisim，可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工

21、業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數據的實現(xiàn)建模測量。</p><p>　　1.2 Multisim發(fā)展</p><p>　　本論文用的是Multisim 11版本。此軟件的歷

22、史版本升級情況為EWB4.0 >EWB5.0> EWB6.0> Multisim2001>Multisim 7> Multisim 8，后來由美國國家儀器（NI）有限公司收購Interactive Image Tecnologie，自此起版本為Multisim 9> Multisim 10> Multisim 11。</p><p>　　Multisim2001是一個用于

23、電路設計和仿真的EDA工具軟件，由于其強大的功能，形象生動的仿真效果，友好的界面，豐富的元件庫和儀表庫，在我國各級各類學校得到廣泛的推廣應用，尤其是電氣類專業(yè)可以將其作為電子電路的教學示教、仿真實驗、電子電路的設計等。</p><p>　　2003年推出的新版本Multisim7。它將以前的EWB5.0和Multisim2001版本功能大幅度的提高，比如在EWB5.0版本中做電路仿真實驗調用虛擬儀器時，一個種類每

24、次只能調用一臺，這是一個很大的缺陷。又如Multisim2001版本，它與實際元器件相對應的現(xiàn)實性仿真元器件模型只有6種，而Multisim7版本比此前的版本多增加了4種；Multisim2001版本的虛擬儀器只有11種，而Multisim7版本比此前的版本多增加了7種；尤其是像示波器這類常用的電子儀器，Multisim2001版本只是提供了雙蹤示波器，而Multisim7版本卻能提供4蹤示波器，這給做數字電路仿真實驗等需要同時觀察多路

25、波形提供了一個極其方便的平臺。又比如Multisim2001版本只能提供“亮”與“滅” 黑白兩種狀態(tài)指示燈，而Multisim7版本卻能提供藍、綠、紅、黃、白5種狀態(tài)的指示燈，使用起來更加方便?？偠灾?，Multisim7版本的電子仿真軟件是一款比較先進、功能比較強大的仿真軟件。</p><p>　　2004年底推出的新版本Multisim8在保留了EWB原版本形象直觀等優(yōu)點的基礎之上，擴充了元件庫中仿真元器件的

26、數量，還大大提高了軟件的仿真測試和分析功能，特別是增加了若干個與實際元器件相對應的建模精確的真實仿真元器件模型，使仿真結果更加精確、可靠。</p><p>　　2010年1月，由美國國家儀器（NI）有限公司推出的分別針對專業(yè)電路設計的教育版和專業(yè)版電路仿真軟件Multisim11。這一款簡單容易上手使用的Multisim軟件以圖形化的方式消除了以往傳統(tǒng)電路仿真的復雜性，可以更好的幫助教育工作者、學生及工程師使用。

27、Multisim11教育版專注于教學，內有電路教程和課件。這一系統(tǒng)幫助教育工作者吸引學生，用互動、動手操作的方式研究電路行為，深化電路理論。由于Multisim的交互式組件、模擬驅動儀器、實際的模擬和數字測量的整合，使Multisim在學術界、?？萍夹g院校和大學獲得了廣泛應用。Multisim11專業(yè)版幫助工程師優(yōu)化電路設計，減少錯誤和原型重復。</p><p>　　1.3 Multisim11新增的功能<

28、/p><p>　　（1）提高了Multisim原理圖與Ultiboard布線之間的設計同步性與完整性。包括對于設計沖突的用戶界面改進，允許對同一封裝中多個門電路之間進行顯式匹配的全新對話框以及通過電子表格視圖中的結果標簽頁來更方便地找出那些容易被忽略的設計改動。</p><p>　　（2）專為學生定制了NI myDAQ。NI myDAQ是一款適合大學工程類課程的便攜式數據采集設備，集成了8個虛

29、擬儀表。NI myDAQ、NI LabVIEW和Multisim三者可以協(xié)同進行實際的工程實驗，使學生們在課堂或實驗室之外也能接觸原型系統(tǒng)并分析電路性能。</p><p>　?。?）擴展了原有元器件庫。新增了源自Microchip、Texas Instruments、Linear Technologies等公司的五百五十多種元器件，使元件總數達到一萬七千余種。</p><p>　?。?）不

30、斷改進虛擬接口。所謂虛擬接口就是無須在連接點之間顯式地放置連線，可以用虛擬接口進行網絡連接，廣泛用于單頁、多頁和層次結構的設計中。改進的方面有隱藏接口名稱、精確名稱定位和更安全的接口命名功能，以此來幫助用戶創(chuàng)建可讀性更高的原理圖。</p><p>　?。?）提高打開和保存文件的速度以及移動組件、取消、更改和重新更改的速度。以前在Multisim中打開多個設計時，有時難以識別哪些設計是主動仿真設計，為了克服這種情況

31、，仿真設計指示器出現(xiàn)在主動仿真設計旁邊的設計工具欄（Design Toolbox）的層次（Hierarchy）標簽內，設計者可以快速識別各種文檔的層次關系。</p><p>　?。?）提升了可編程邏輯器件（PLD）原理圖設計仿真與硬件實現(xiàn)一體化融合的性能。將一百多種新型基本元器件放置到仿真工作界面，搭接電路后可直接生成VHDL代碼。</p><p>　?。?）新增波特圖分析儀。通過安裝NI

32、 ELVISmx 驅動軟件4.2.3及以上版本，用戶可以訪問一個新的NI ELVIS儀器——波特圖分析儀，以幫助學生分析其實際電路。</p><p>　　（8）增加了AC單頻分析。</p><p>　?。?）新增NI范例查找器。NI Multisim 11軟件為了幫助用戶熟悉仿真軟件的使用，自身攜帶了大量的實例，用戶可通過關鍵詞或帶有邏輯性的文件夾搜索所有范例進行學習。</p>

33、<p>　　1.4 Multisim主要特點</p><p>　　NI Multisim軟件是一個專門用于電子電路仿真與設計的EDA工具軟件。Multisim仿真軟件自20世紀80年代產生以來，已經過數個版本的升級，除保持操作界面直觀、操作方便、易學易用等優(yōu)良傳統(tǒng)外，電路仿真功能也得到不斷完善。目前，其最新版本NI Multisim 11主要有以下特點。</p><p>　　

34、（1）眾多的虛擬儀表從最早的EWB 5.0含有7個虛擬儀表到NI Multisim 11提供22種虛擬儀器，這些儀器的設置和使用與真實儀表一樣，能動態(tài)交互顯示。用戶還可以創(chuàng)建LabVIEW的自定義儀器，既能在LabVIEW圖形環(huán)境中靈活升級，又可調入NI Multisim 11方便使用。</p><p>　?。?）直觀的圖形界面在NI Multisim 11中保持了原EWB圖形界面直觀的特點，電路仿真工作區(qū)就像一

35、個電子實驗工作臺，元件和測試儀表均可直接拖放到屏幕上，可通過單擊鼠標用導線將它們連接起來，虛擬儀器操作面板與實物相似，甚至完全相同?？煞奖氵x擇儀表測試電路波形或特性，可以對電路進行20多種電路分析，以幫助設計人員分析電路的性能。</p><p>　?。?）獨特的虛實結合在NI Multisim 11電路仿真的基礎上，NI公司推出教學實驗室虛擬儀表套件（ELVIS），用戶可以在NI ELVIS平臺上搭建實際電路，利

36、用NI ELVIS儀表完成實際電路的波形測試和性能指標分析。用戶可以在NI Multisim 11電路仿真環(huán)境中模擬NI ELVIS的各種操作，為實際NI ELVIS平臺上搭建、測試實際電路打下良好的基礎。NI ELVIS儀表允許用戶自定制并進行靈活的測量，還可以在NI Multisim 11虛擬仿真環(huán)境中調用，以此完成虛擬仿真數據和實際測試數據的比較。</p><p>　　（4）簡化了FPGA應用在NI Mul

37、tisim 11電路仿真環(huán)境中搭建數字電路，通過測試功能正確后，執(zhí)行菜單命令將之生成原始VHDL語言，有助于初學VHDL語言的用戶對照學習VHDL語句。用戶可以將這個VHDL文件應用到現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）硬件中，從而簡化了FPGA的開發(fā)過程。</p><p>　?。?）豐富的元件自帶元件庫中的元件數量已超過17000個，可以滿足工科院校電子技術課程的要求。NI Multisim 11的元件庫不但含有大量的

38、虛擬分離元件、集成電路，還含有大量的實物元件模型，包括一些著名制造商，如Analog Device、Linear Technologies、Microchip、National Semiconductor以及Texas Instruments等。用戶可以編輯這些元件參數，并利用模型生成器及代碼模式創(chuàng)建自己的元件。</p><p>　　（6）完備的仿真分析以SPICE 3F5和XSPICE的內核作為仿真的引擎，能夠

39、進行SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真和VHDL仿真。通過NI Multisim 11自帶的增強設計功能優(yōu)化數字和混合模式的仿真性能，利用集成LabVIEW和Signalexpress可快速進行原型開發(fā)和測試設計，具有符合行業(yè)標準的交互式測量和分析功能。</p><p>　　（7）遠程的教育用戶可以使用NI ELVIS 和 LabVIEW來創(chuàng)建遠程教育平臺。利用LabVIEW中的遠程面板，將本地的VI在網絡上發(fā)

40、布，通過網絡傳輸到其他地方，從而給異地的用戶進行教學或演示相關實驗。</p><p>　　（8）強大的MCU模塊可以完成8051、PIC單片機及其外部設備（如RAM、ROM、鍵盤和LCD等）的仿真，支持C代碼、匯編代碼以及十六進制代碼，并兼容第三方工具源代碼；具有設置斷點、單步運行、查看和編輯內部RAM、特殊功能寄存器等高級調試功能。</p><p>　　第2章 壓控振蕩電路的總體設計&l

41、t;/p><p><b>　　2.1設計要求</b></p><p>　　本次電壓控制振蕩電路設計任務書要求的技術范圍。</p><p>　?。?）壓控振蕩電路的輸出波形為鋸齒波，無明顯失真。</p><p>　　（2）壓控振蕩電路的控制電壓為1V-10V。</p><p>　　（3）壓控振蕩電路的頻

42、率范圍在100Hz-1100Hz。</p><p><b>　　2.2總體設計框圖</b></p><p>　　考慮到此次設計為低頻信號輸出，且波形穩(wěn)定，電壓和頻率的關系接近線性關系，故選擇設計框圖如下圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 總體設計框圖</p><p>　　本次設計應用集成運放芯片741和電阻電

43、容組成反相積分電路，再和若干個電阻構成滯回電壓比較器，分別給兩個電路輸入兩個參考電壓，然后由反饋電阻控制二極管的導通和截止，在反相積分電路的輸入端形成一個矩形波，從而來控制電容的充放電的時間，以此來控制輸出頻率的變化，從而實現(xiàn)電壓控制頻率的這一目的，涉及的芯片很常見，電壓和頻率之間的關系也穩(wěn)定，整個電路分工明確，可操作性高。</p><p>　　2.3壓控振蕩電路芯片的介紹</p><p>

44、;　　運算放大器分為：三端集成運放、五端集成運放、七端集成運放和九端集成運放。其中三端運算放大器不需要接電源和地線，仿真速度比較快，但是模型不是很準確，可以滿足一般需要。五端運算放大器有電源和接地端。七端、九端運算放大器功能強，管腳也多。此次設計使用七端運算放大器741就可以滿足要求，故優(yōu)先選擇741運放芯片。</p><p>　　比較器分為：過零電壓比較器、電壓比較器、窗口比較器和滯回比較器。</p>

45、;<p>　　過零電壓比較器：典型的幅度比較電路。</p><p>　　電壓比較器：將過零比較器的一個輸入端從接地改接到一個固定電壓值上，就得到電壓比較器。</p><p>　　窗口比較器：電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構成，高電平信號的電位水平高于某規(guī)定值VH的情況，相當比較電路正飽和輸出。低電平信號的電位水平低于某規(guī)定值VL的情況，相當比較電路負飽和輸出。該比較器

46、有兩個閾值，傳輸特性曲線呈窗口狀，故稱為窗口比較器。</p><p>　　滯回比較器：從輸出引一個電阻分壓支路到同相輸入端，當輸入電壓VI從零逐漸增大，且VI上限閥值（觸發(fā)）電平。當輸入電壓VI>VT時，VT稱為下限閥值（觸發(fā)）電平。</p><p>　　常見的比較器芯片有LM324、LM358、uA741、TL081\2\3\4、OP07、OP27，而在上面的運算放大器芯片的選擇中

47、，我選擇了741系列芯片，為了后續(xù)的方便，故此次比較器的選擇，我同樣選擇741系列比較器芯片。</p><p>　　741單運放是高增益運算放大器，用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應用.這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護和閉鎖自由運作。 </p><p>　　這些類型還具有廣泛的共同模式，差模信號范圍和低失調電壓調零能力與使用適當的電位。芯片引腳如下圖2.2所示。</p><p

48、>　　圖2.2 741芯片引腳功能圖</p><p>　　其中1和5為偏置(調零端)，2為正向輸入端，3為反向輸入端，4接地，6為輸出，7接電源，8空腳。</p><p>　　因為上面選用的芯片都是采用741系列的芯片，所以其引腳功能和內部結構都是一致的。</p><p>　　2.4壓控振蕩電路分立元器件的介紹</p><p>　　本

49、次設計采用的分立元器件主要有電容，二極管1N4148、穩(wěn)壓二極管1N4733和若干電阻。</p><p>　　電容：所謂電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容的基本工作原理就是充電放電， 當然還有整流、振蕩以及其它的作用。另外電容的結構非常簡單，主要由兩塊正負電極和夾在中間的絕緣介質組成，所以電容類型主要是由電極和絕緣介質決定的。</p><p>　　二極管：二極管的主要特性是單向導電

50、性，也就是在正向電壓的作用下，導通電阻很?。欢诜聪螂妷鹤饔孟聦娮铇O大或無窮大。</p><p>　　穩(wěn)壓二極管： 穩(wěn)壓二極管的作用，穩(wěn)壓二極管也稱齊納二極管或反向擊穿二極管，在電路中起穩(wěn)定電壓作用。它是利用二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內反向電壓不隨反向電流變化這一特點進行穩(wěn)壓的。</p><p>　　電阻：電阻是導體的一種基本性質，與導體的尺寸、材料、溫度有關。有

51、這樣的定義：導體上加上一伏特電壓時，產生一安培電流所對應的阻值。電阻的主要職能就是阻礙電流流過。它的作用有限流，分流，分壓。</p><p>　　第3章 單元電路的設計</p><p>　　3.1滯回比較器的設計</p><p>　　電路有兩個閥值電壓，輸人電壓U1，從小變大過程中使輸出電壓UO產生躍變的閥值電壓UTI，不等于UI從大變小過程中使輸出電壓UO產生躍變

52、的閥值電壓UT2電路具有滯回特性。它與單限比較器的相同之處在于：單輸人電壓向單一方向變化時，輸出電壓只躍變一次。如下圖3.1所示是某滯回比較器的電壓傳輸特性。</p><p>　　圖3.1 滯回比較器的電壓傳輸特性圖</p><p>　　在單限比較器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾。因此，雖然單限比較器很靈敏，

53、但是抗干擾能力差。而滯回比較器具有滯回特性，即具有慣性，因此也就具有一定的抗干擾能力。從反向輸入端輸人的滯回比較器電路如下圖3.2所示，滯回比較器電路中引人了正反饋。</p><p>　　圖3.2 滯回比較器電路圖</p><p>　　本次設計采用741比較器和2個穩(wěn)壓二極管1N4733以及不同阻值的電阻來構成滯回電壓比較電路，具體設計電路圖如下圖3.3所示。</p>&l

54、t;p>　　圖3.3 滯回電壓比較電路仿真圖</p><p>　　3.2反相積分電路的設計</p><p>　　積分電路主要用于波形變換、放大電路失調電壓的消除及反饋控制中的積分補償等場合。圖3.4是一個典型的積分電路圖。由圖可以看出，輸入信號經過了一個電阻后經過反饋流到電容上，但此時認為電容的初始電量為零，故此時給電容充電。由理想運算放大器的虛短虛斷性質可推出，Vn-Vo=1/C

55、∫idt,所以Vo=-1/（RC）∫Vdt。</p><p>　　如果把R1和C換個位置，就成了微分電路（但輸入的電壓應該是交流信號才可通過電容）。</p><p>　　圖3.4 積分電路圖</p><p>　　為了滿足本次的設計要求，故選用了10K的電阻和0.1uF的電容來構成反相積分電路，具體如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.

56、5 反相積分電路仿真圖</p><p>　　第4章壓控振蕩電路的基本原理</p><p>　　調節(jié)可變電阻或可變電容可以改變波形發(fā)生電路的振蕩頻率，一般是通過人的手來調節(jié)的。而在自動控制等場合往往要求能自動地調節(jié)振蕩頻率。常見的情況是給出一個控制電壓（例如計算機通過接口電路輸出的控制電壓），要求波形發(fā)生電路的振蕩頻率與控制電壓成正比。這種電路稱為壓控振蕩器，又稱為VCO或u-f轉換電路。

57、</p><p>　　4.1電路的構成及工作原理</p><p>　　利用集成運放可以構成精度高、線性好的壓控振蕩器。積分電路輸出電壓變化的速率與輸入電壓的大小成正比，如果積分電容充電使輸出電壓達到一定程度后，設法使它迅速放電，然后輸入電壓再給它充電，如此周而復始，產生振蕩，其振蕩頻率與輸入電壓成正比。即壓控振蕩器。如圖4.1所示就是實現(xiàn)上述意圖的壓控振蕩器(它的輸入電壓Ui＞0)。<

58、;/p><p>　　圖4.1所示電路中U2是積分電路，U1是同相輸入滯回比較器，它起開關作用。當它的輸出電壓U01=+UZ時，二極管D截止，輸入電壓（Ui＞0），經電阻R1向電容C充電，輸出電壓Uo逐漸下降，當U0下降到零再繼續(xù)下降使滯回比較器U1同相輸入端電位略低于零，UO1由+UZ跳變?yōu)椋璘Z，二極管D由截止變導通，電容C放電，由于放電回路的等效電阻比R1小得多，因此放電很快，UO迅速上升，使U1的U+很快上升到

59、大于零，UO1很快從－UZ跳回到+UZ，二極管又截止，輸入電壓經R1再向電容充電。如此周而復始，產生振蕩。</p><p>　　4.2振蕩頻率與輸入電壓的函數關系</p><p>　　如下圖4.1所示電路實際上就是一個方波、鋸齒波發(fā)生電路，只不過這里是通過改變輸入電壓Ui的大小來改變輸出波形頻率，從而將電壓參量轉換成頻率參量。</p><p>　　下式就是振蕩頻率與

60、輸入電壓的函數關系式，可見振蕩頻率與輸入電壓成正比。</p><p>　　圖4.1 壓控振蕩電路仿真圖</p><p>　　第5章 壓控振蕩電路的仿真與調試</p><p><b>　　5.1運行與仿真</b></p><p>　　本次仿真運用2010年1月，NI推出的電路設計的教育版和專業(yè)版電路仿真軟件Multisi

61、m11。這一簡單易用的Multisim軟件以圖形化的方式消除了傳統(tǒng)電路仿真的復雜性，幫助教育工作者、學生和工程師使用先進電路分析技術。Multisim11教育版專注于教學，內有電路教程和課件。這一系統(tǒng)幫助教育工作者吸引學生，用互動、動手操作的方式研究電路行為，深化電路理論。由于Multisim的交互式組件、模擬驅動儀器、實際的模擬和數字測量的整合，使Multisim在學術界、?？萍夹g院校和大學獲得了廣泛應用。Multisim11專業(yè)版幫

62、助工程師優(yōu)化電路設計，減少錯誤和原型重復。</p><p>　　壓控振蕩電路仿真圖圖4.1已經給出，完成創(chuàng)建電路圖之后，首先我們先對輸入控制電壓設置，將光標移到V5處進行雙擊，會彈出屬性對話框如下圖5.1所示。可以手動進行設置本次設計所要求的電壓值。單擊軟件仿真開關，然后雙擊雙通道示波器(XSC1)圖標就可以觀察到波形圖。</p><p>　　圖5.1 屬性對話框圖</p>

63、<p>　　如下圖圖5.2和圖5.3所示，分別為輸入控制電壓為1V和10V的時候所輸出的波形圖，用鼠標拖動游標1到其中的一個波的波峰，然后將游標2拖到下一個波峰，由圖5.2就可以讀出輸入控制電壓為1V的輸出波形的周期T(1V)=T2-T1=7.216ms，由f=1/T便可算出輸出頻率為138Hz。由圖5.3就可以讀出輸入控制電壓為10V的輸出波形的周期T(10V)=T2-T1=893.471us，由f=1/T便可算出輸出頻率

64、為1119Hz。</p><p>　　圖5.2 輸入控制電壓為1V的波形圖</p><p>　　圖5.3 輸入控制電壓為10V的波形圖</p><p>　　經過上面的分析可知，通過調節(jié)輸入控制電壓就可以算出波形的輸出頻率，經過多組數據的測試，可以很明了的得到輸入控制電壓與波形輸出頻率成正比關系。且輸入控制電壓為1V-10V的時候，波形輸出的頻率范圍為138Hz-

65、1119Hz。仿真結果及分析表明，電路實現(xiàn)了其功能，并具有較好的性能。且壓控振蕩器的輸出信號的頻率受輸入電壓線性控制。波形也沒有明顯失真，基本符合本次設計的要求。</p><p>　　5.2原理圖及PCB板圖的繪制</p><p>　　本次設計是用Altium Designer軟件進行電路原理圖和PCB板圖繪制的。Altium Designer 除了全面繼承Protel 99SE和Prot

66、el DXP在內之前的一系列版本的功能和優(yōu)點以外，還增加了很多高端功能。該平臺拓寬了板級設計的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設計功能和SOPC設計實現(xiàn)功能，從而允許工程設計人員能將系統(tǒng)設計中的FPGA與PCB設計及嵌入式設計集成在一起。 由于Altium Designer 在繼承先前Protel軟件功能的基礎上，綜合了FPGA設計和嵌入式系統(tǒng)軟件設計功能，Altium Designer 對計算機的系統(tǒng)需求比先前的版本要高一些。壓控振蕩器的

67、電路原理圖如下圖5.4所示。</p><p>　　圖5.4 壓控振蕩電路原理圖</p><p>　　壓控振蕩器的PCB版圖如下圖5.5所示。由于Altium Designer軟件不支持單面自動布線，所以本次設計采用手工布線，在布線的過程中有幾個地方產生跳線現(xiàn)象，用零歐姆的電阻代替。</p><p>　　圖5.5 壓控振蕩器的PCB版圖</p>&l

68、t;p>　　5.3 仿真與實測分析</p><p>　　在仿真結果合理和正確的情況下，通過制作PCB板，在焊接板上焊接元器件進行實物制作。如圖5.6所示。此次實物的制作的過程中遇到一些小問題，如741引腳和二極管的正反方向問題，還有就是有些地方會出現(xiàn)虛焊。試驗中輸出波形與仿真的較為相同，由于實驗因素的原因，波形會有一定的失真或者波形濾的不是那么完美，但基本滿足實驗要求。</p><p&g

69、t;　　圖5.6 壓控振蕩電路實物圖</p><p>　　由于在仿真的過程中得知輸入的控制電壓與輸出頻率成正比，頻率隨控制電壓的增大而增大，所以在實測過程中只選定了其中的幾個電壓進行測試。在此次測試中由于選定的參考電壓有點大，采用的運放不是很理想，測試的時候運放有些發(fā)熱，從而對輸出波形的失真度有些影響。在控制電壓為1V的時候，實測頻率和仿真得出的頻率基本相近，實測如下圖5.7所示，實測波形與仿真得出的波形有些失真

70、，通過分析知道可能是由于采用的運放不那么理想以及取得電容不能達到預期的效果。在控制電壓為10V的時候，實測如下圖5.8所示，實測頻率和仿真得出的頻率基本相近，實測電路輸出波形圖稍有失真，雖然此次實際電路和仿真得出的數據及波形有些偏差，但最終還是達到了設計要求。對仿真和實物測試結果分析表明，電路都實現(xiàn)了其功能。也驗證了壓控振蕩器的輸出信號的頻率受輸入電壓線性控制及輸入控制電壓與波形輸出頻率成正比。</p><p>

71、　　圖5.7 控制電壓為1V時的輸出波形圖</p><p>　　圖5.8 控制電壓為10V時的輸出波形圖</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　在電路設計與仿真平臺Multisim11仿真環(huán)境中創(chuàng)建壓控振蕩電路模塊，利用運算放大器741芯片組成的滯回電壓比較器和反向積分電路，二極管1N4148相當于電子開關的功能，控

72、制電容的充放電時間，構成的壓控振蕩電路，從而實現(xiàn)輸入電壓對輸出頻率變化的控制。只要改變輸入端的電壓，就可以改變輸出端的輸出頻率。闡述了以上電路的設計思路并進行了仿真，并簡述了用Altium Designer軟件對原理圖及PCB板圖的繪制，元器件的編輯與管理，及Multisim的虛擬儀表的使用。針對實驗中出現(xiàn)的問題做了分析和改正。 </p><p>　　Multisim又稱“萬能仿真”，在電路硬件連接前使用Mult

73、isim11進行仿真，可以預防電路設計中的錯誤，并模擬預期效果，大大提高了實體連接的成功性。除上述電路外，Multisim11在高頻電子線路中還有極其廣泛的應用，例如：小信號的放大、功率放大器實驗、晶體振蕩器實驗等。此外Multisim11還可用于模擬電路的分析、數字電路的分析等。其強大的仿真功能遠遠超過本文所述，有待進一步研究。</p><p><b>　　參考文獻</b></p&g

74、t;<p>　　[1] 王昊 集成運放應用電路設計360例/電路應用系列 電子工業(yè)出版社 2007.</p><p>　　[2] 葉建波 基于Multisim8的壓控振蕩電路仿真分析 浙江工商職業(yè)技術學院 浙江 寧波315012.</p><p>　　[3] K. Roy and S. C. Prasad, “Low Power CMOS Circuit Design,” W

75、iely Pvt. Ltd., New Delhi, 2002.</p><p>　　[4] C. H. Park and B. Kim, “A Low-Noise, 900-Mhz VCO in 0.6-µm CMOS,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 34, No. 5, May 1999, pp. 586-591.</p>&l

76、t;p>　　[5] Multisim 11電路仿真與實踐 梁青 侯傳教 熊偉 孟濤編著 清華大學出版社.</p><p>　　[6] Altium designer10入門與PCB設計實例 王建農 王偉編著 國防工業(yè)出版社.</p><p>　　[7] Altium designer10.0電路設計與制作完全學習手冊 陳學平編著 清華大學出版社.</p><p

77、>　　[8] 云振新 壓控振蕩器技術回望與展望 電子元器件應用 2004-08（6-8）.</p><p>　　[9] 模擬電子技術基礎 童詩白 華成英 高等教育出版社 第4版 2006.</p><p>　　[10] 魏平俊，方向前，劉苡瑋.基于鎖相頻率合成器的電壓控制LC振蕩器[J].電子工業(yè)專用設備，2005（4）. </p><p>　　[11] 謝自

78、美.電子線路設計、試驗、測試（第三版）[M].武漢:華中科大出版社,2006. [18] 謝自美.電子線路綜合設計（第一版）[M].武漢:華中科大出版社,2006.</p><p>　　[12] 潘晨聰,劉倩如,韓耕.電壓控制LC振蕩器[J].電子世界,2004（2）.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在論文完

79、成之際，我首先向關心幫助和指導我的指導老師某某老師表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！</p><p>　　在學校的學習生活即將結束，回顧四年來的學習經歷，面對現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學表示由衷的感謝。在論文的寫作過程中遇到了很多的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的論文指導老師，他對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。另外，在

80、校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中不僅給予我了很多的素材，而且還在論文的撰寫和排版等過程中提供熱情的幫助。 其次感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。</p><p>　　最后，衷心地感謝在百忙