电工电子仿真实践——用555多谐振荡器分析脉冲电路

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电工电子仿真实践课程设计
2014年7月4日
电工电子仿真实践课程设计任务书
课程 电工电子仿真实践课程设计
题目 用555多谐振荡器分析脉冲电路 专业 电气工程及其自动化 姓名 学号 主要内容：
根据仿真软件Multisim 的主要功能特点,利用其先进的仿真功能对用555定时器接成的多谐振荡器特性进行仿真研究。

基本要求：
本次课程设计要求设计一个用555定时器接成的多谐振荡器，该多谐振荡器的功能要求如下：
1、采用全部分立元件电路设计一种用555定时器接成的多谐振荡器；
2、RC 积分电路中的电容F C C n 91021==；
3、RC 积分电路中的负载电阻Ω=k R 511，Ω=k R 472；
4、高电平V VDD 5=。

主要参考资料：
[1] 刘伟，李思强.Multisim8电工电子仿真实践[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2007.
[2] 李庆常.数字电子技术基础[M].北京：机械工业出版社，2008. [3] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.
[4] 陈滟涛，杨俊起，谢东磊等.Multisim7在《电工学》教学中的应用[J].中国现代教育装备，2008，02：86-87.
[5] 张肃文.高频电子线路[M ].北京：高等教育出版社，2007.
完成期限 2014.6.30——2014.7.4 指导教师 陶国彬 刘超 专业负责人
2014年 7 月4日
目录
1 设计 (1)
2 方案选择与电路原理图的设计 (1)
2.1 振荡器的选择 (2)
2.2 基本电路的选择 (2)
2.3 电路方案的确定 (2)
3 元件选取与电路图的绘制 (3)
3.1 元件选取 (3)
3.2 电路图的绘制 (3)
4 虚拟仪器设置与仿真分析计算 (4)
4.1虚拟仪器设置 (4)
4.2虚拟仪表输出波形 (5)
4.3仿真分析计算 (5)
5 仿真分析方法实验与结果分析 (6)
6 修改电路参数的仿真计算 (6)
7 总结 (7)
参考文献 (9)
1 设计
本设计为一个用555定时器接成的多谐振荡器，多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，所以成为多谐振荡器。

现将555定时器构成施密特触发器，再将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端，即可构成多谐振荡器，且其电容C的电压C V将在+T V和-T V 之间反复震荡。

之后用Multisim软件对多谐振荡器进行仿真实现。

根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用Multisim软件模拟电路，并对其进行分析、显示波形图、计算数据等操作。

2方案选择与电路原理图的设计
使用555定时器作为构成多谐振荡器的基本器件。

将555定时器的两个输入端接在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。

再将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端，即可构成多谐振荡器。

通过观察示波器可以得到输出电压波形和振荡频率。

结构框图如下：
图2.1结构框图
方案原理图如图2.2所示：
图2.2方案原理图
2.1振荡器的选择
由于要测定的是关于不加外加触发信号时且能自动产生矩形脉冲信号的自激振荡器，所以选取多谐振荡器。

2.2基本电路的选择
由于要测定的是在555定时器基础上改装的多谐振荡器的输出电压波形，所以选取555定时器作为基本电路。

2.3电路方案的确定
先将555定时器接成施密特触发器，再将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端，即可构成多谐振荡器，且其电容C的电压
V将在+T V和-T V
C
之间反复震荡。

3 元件选取与电路图的绘制
3.1 元件选取
1、RC 积分电路中的负载电阻的选择
根据生产机械的实际情况，为了实现多谐振荡器工作的要求，选用Ω=k R 511，
Ω=k R 472两个电阻。

2、 RC 积分电路中的电容的选择
根据生产机械的实际情况，为了实现多谐振荡器工作的要求，选用F C C n 91021==两个电容。

3、外接直流稳压电源大小的选择
只要能够让555定时器构成的多谐振荡器正常工作、能够正常的测出输出电压的波形并得出振荡频率即可，所以选取直流稳压电源V VDD 5=。

3.2 电路图的绘制
电路参数计算包括振荡周期计算，振荡频率计算及占空比的计算。

1、振荡周期的计算
电容C 的充电时间1T 和放电时间2T 各为
2ln )(ln
)(21211C R R V V V V C R R T T CC T CC +=--+=+
-
（3-1）
2ln 00ln 222C R V V C R T T T =--=-
+
（3-2）
故电路的振荡周期为
2ln )2(2121C R R T T T +=+= （3-3） 2、振荡频率的计算 振荡频率为
2
ln )2(1121C R R T f +==
（3-4）
通过改变RC 的参数可改变振荡频率。

3、占空比的计算 输出占空比为
2
12
1
12R R R R T T q ++==
（3-5） 电路输出脉冲的占空比始终大于50%。

电路图如图3.1所示：
图3.1 电路图
4 虚拟仪器设置与仿真分析计算
4.1虚拟仪器设置
选取XSC1示波器作为观察输出电压波形的示波器。

4.2虚拟仪表输出波形
示波器观测的输出波形如图4.1所示：
图4.1 示波器观测波形
4.3仿真分析计算
电路的理论振荡周期为：
ms C R R T T T 922ln )2(12121≈+=+=； （4-1）
实际结果为ms 837.91。

5 仿真分析方法实验与结果分析
利用Multisim8中的示波器对输出波形的周期进行观测，得C V 和O V 的波形如图4.1所示。

用示波器中的时间线进行测量，得到波形的周期ms T 837.91=。

理论分析的周期为：
ms C R R T T T 922ln )2(12121≈+=+=。

（5-1） 可见，用Multisim8得到的分析结果与理论计算结果完全符合。

6 修改电路参数的仿真计算
将原设计中的1R 取值改为Ωk 47，得到新的方案原理图如图6.1所示：：
图6.1 方案原理图
示波器波形如图6.2所示：
图6.2 示波器观测波形
理论值
ms C R R T T T 892ln )2(12121≈+=+= （6-1）
实际值
ms T 015.89= （6-2） 用Multisim8得到的分析结果与理论计算结果仍完全符合。

7 总结
本课程设计就555定时器接成的多谐振荡器系统进行原理图设计，使用Multisim8软件进行了仿真，验证了设计的合理性和可行性。

具体内容包括：
1、设计了555多谐振荡器系统的电路，包括将555定时器改装成施密特触发器，然后再改装成多谐振荡器；
2、根据设计任务指标计算了各部分系统参数，如振荡周期、振荡频率、占空比，并进行了相应元件选取，如电阻、电容、555定时器；
电工电子仿真实践课程设计（报告）
3、利用Multisim8软件进行了仿真，仿真结果表明用Multisim8得到的分析结果与理论计算结果完全符合。

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参考文献
[1] 刘伟，李思强.Multisim8电工电子仿真实践[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2007.
[2] 李庆常.数字电子技术基础[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.
[4] 陈滟涛，杨俊起，谢东磊等.Multisim7在《电工学》教学中的应用[J].中国现代教育装备，2008，02：86-87.
[5] 张肃文.高频电子线路[M].北京：高等教育出版社，2007.
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东北石油大学课程设计成绩评价表
指导教师：年月日。