數(shù)電課程設(shè)計(jì)_窗口電壓比較器的Multisim仿真

1、數(shù)電課程設(shè)計(jì)窗口電壓比較器的Multisim仿真班級：電科091班姓名：趙有以學(xué)號：09070101254 任務(wù)概述1.1設(shè)計(jì)目的：用Multisim對窗口電壓比較器進(jìn)行仿真。1.2任務(wù)及要求：1）用Multisim設(shè)計(jì)窗口電壓比較器2）電壓檢測范圍為48V3）當(dāng)輸入電壓在檢測范圍內(nèi)時，給出聲音指示1.3設(shè)計(jì)說明與提示1）可用運(yùn)放構(gòu)造窗口電壓比較器2）可以用運(yùn)放產(chǎn)生方波，騾動蜂鳴器產(chǎn)生聲音2.設(shè)計(jì)方案考慮使用使用運(yùn)放完成設(shè)計(jì)。具體方案為，兩個運(yùn)放構(gòu)成窗口電壓比較器， 一個運(yùn)放構(gòu)成方波信號發(fā)生器驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲。并用窗口電斥比較器的輸出信號 控制方波信號的輸出與否。3 總體電路功能框圖及說明系統(tǒng)整

2、體結(jié)構(gòu)如圖1所示。窗口電壓比較器負(fù)責(zé)對外部的輸入電壓進(jìn)行檢 測，為檢測范圍內(nèi)時，電壓比較器給出控制信號控制方波發(fā)生器產(chǎn)生方波，驅(qū) 動蜂鳴器發(fā)聲。蜂鳴器圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)4. 各功能模塊的設(shè)計(jì)4.1窗口電壓比較器窗口電壓比較器的功能是，對外部的輸入電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)在檢測范圍內(nèi)時, 電壓比較器給出控制信號。電路原理圖如圖2所示：+ 12V圖2窗I I電壓比較器原理圖由電路結(jié)構(gòu)可知，tq+=12x 10 + 10 =8乙 u _ = 12x巴=47。10 + 10 + 10-10 + 10 + 10當(dāng)輸入電壓vt <47時，均+>旳，冷+<咚，故ulo = 7cc=127,% = %

3、 = 0卩,D1 截止，D2 導(dǎo)通，P； = 07c當(dāng)輸入電壓 Vt >8Z 時，u2+>u2_9 故ulo = 07 ,u2o = Vcc =12Z , DI 導(dǎo)通，D2 截止，匕=07。當(dāng)輸入電壓4/ v X < 8/時，u1+ >坷.,心+ > u2_ ,故坷。= ycc= 12Z ,% =D1截止，D2截止，乙的值由后面電路確定?？梢?，對檢測范圍(4-8V)之外的電壓，電路都能給出低電平信號，檢測范 圉之內(nèi)的電斥，能使輸出處于浮空狀態(tài)。因此，上面的設(shè)計(jì)滿足要求。4.2方波發(fā)生器方波發(fā)生器的功能是，當(dāng)窗口電匕較器輸出有效信號(本設(shè)訂中是浮空輸 出)時，輸出方

4、波信號，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，其他情況下，將不輸出方波信號。電 路原理圖如3所示：=0.0022s設(shè)某時刻輸出電斥叫= ?cc，則同相輸入端電斥為嚀=+6。通過R7對Cl 充電，反相輸入端電位升高，到達(dá)一定時間后H亠將趨向于+ 5,但一旦 U3_ = +UT ,再稍微增大，叫將從c跳變?yōu)?,與此同時，“3+將從+5變?yōu)?內(nèi)。 隨后，電容放電，到達(dá)一定時間后©將趨向于-J 但一日.4=-S，再稍微 增大，“。將從0跳變?yōu)镹，與此同時，"并將從-內(nèi)變?yōu)? S，電容乂開始正 向充電。上述過程周而復(fù)始，電路就產(chǎn)生了白激振蕩。參考模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)可知，振蕩周期為T = 1R.C, hi振蕩

5、頻率為/ = !/? = 455仕o同時考慮將前而的電壓比較器輸出接到反相輸入端坷_的悄況。當(dāng)電壓比較 器處丁浮空輸出時，電路心_不受前面電路的影響，將產(chǎn)生門激振蕩；當(dāng)電壓比 較器輸出低電平時，電容G將不能充電，也就不會發(fā)生|'|激振蕩。電容C2的作用是通交隔肖。當(dāng)電路不發(fā)生H激振蕩時，分析可知,I卩g， 若無電容，蜂鳴器將繼續(xù)發(fā)聲。加入電容后，只有當(dāng)電路產(chǎn)生門激振蕩時，蜂鳴 器才發(fā)聲。4.3整體電路圖整體電路圖如圖4所示:5. 設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)5.1 Mutisim 簡介Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推岀的以Windows為基礎(chǔ)的仿真 匸具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)

6、計(jì)I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。匚程師們可以使用Multisim交互式地措建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。 Multisim提煉/ SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣匸程帥無需懂得深入的SPICE技4術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲.仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。 通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)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(shè)計(jì)和測試這樣一個完整的綜介設(shè)計(jì)流程。Multisim軟件的啟動界而和工作界而分別如如圖5、圖6所示：NATIONAL尸 INSTRUMENTSELECTROMC

7、S WORKBENCH GROJPznacyyChinaT31738750Multsim Power Pre tditonVerson 10.0.1壽Nl Multisim" 1010.0.1Imtjafczing: co-nmxfc (93%).圖5 Multisim啟動界面圖5 Multisim I】作界而5.2器件的選擇本設(shè)計(jì)屮用到的主耍器件是運(yùn)放?？紤]到僅僅是為了做仿真，驗(yàn)證電路功能 的正確性，因此可選用理想運(yùn)放OPAMP_5T_VIRTUAL。在供電電路上，選擇單電源供電。5.3設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)啟動Multisim,按圖4的電路圖在Multisim中連好電路,并在輸出電容C? 的

8、兩側(cè)用雙通道示波器觀察波形。電路在Multisim中的效果如圖6所示:圖6電路在Multisim中的效果6. 調(diào)試記錄6.1出現(xiàn)的問題及解決方案在測試過程中，出現(xiàn)的問題及解決方案見表1: 表1出現(xiàn)的問題及解決方案出現(xiàn)的問題原因解決方案A點(diǎn)無波形方波發(fā)生器電路有誤修正連接波形不理想運(yùn)放選擇錯誤使用理想運(yùn)放電壓比較器不起作用二極竹接反修正連接窗口電壓不對R1-R3電阻有誤更換電阻6.2最終的效果運(yùn)行仿真，將會在計(jì)算機(jī)揚(yáng)聲器中聽到聲音。雙擊示波器，可觀察到如圖7 的波形：圖7仿真結(jié)果7. 收獲體會及改進(jìn)想法7.1收獲體會通過本次設(shè)計(jì),使我了解了 Multisim使用,同時學(xué)會了利用Multisim設(shè)計(jì) 并仿真簡單的電路。但需更注意，仿真永遠(yuǎn)只是模擬。仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果在 一定的差距，要想知道電路的lE確與否，還得通過實(shí)際的電路來檢驗(yàn)。7.2改進(jìn)想法1）可以采用非理想運(yùn)放如LM324