基础物理实验中RC微积分电路的Multisim仿真

齐晓华

（渤海大学 数理学院物理系，辽宁 锦州 121000）

微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路[1-2]，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。当激励是一个矩形波信号时，是微分电路还是积分电路不仅与输出量有关，还与电路的时间常数和方波信号的周期的相对大小有关。

用Multisim仿真软件[3-8]进行微分电路和积分电路仿真分析，以虚拟仪器中的函数信号发生器做实验中的信号源、用双踪示波器测试有关波形，可直观描述电路工作过程。

以下分析用Multisim10版本。

图1 RC微分仿真电路Fig.1 RC differential circuit simulation

1 RC微分电路的Multisim仿真

RC微分电路的输出电压与输入电压之间为微分运算关系。电路由电阻R、电容C构成，电阻两端电压作为输出电压，构建的Multisim仿真电路如图1所示。其中，输入信号uI为占空比q=50%、幅值±U=±10 V、频率f=1 kHz（周期T=0.001 s）的矩形波，双踪示波器用于观测输入信号uI及电阻两端电压uR的波形，电路的时间常数τ=RC＜＜T。

电路方程为：

在输入信号高电平期间，uI经电阻对电容充电，且电容的初始电压为0，产生零状态响应

将式（2）代入式（1）有

在输入信号低电平期间，电容经电阻放电，产生零输入响应：

将式（4）代入式（1）有：

由式（3）、式（4）可知，电路输出为正、负尖脉冲。

仿真电路中，选取电阻 R=10 kΩ、电容 C=0.001 μF，电路的时间常数为 τ=RC=1×10-5s＜＜T。

RC微分电路的Multisim仿真波形如图2所示，其中由上至下依次是输入方波信号、电阻两端电压uR的波形，仿真结果反映了式（3）、（5）的变化规律。

图2 RC微分电路的仿真波形Fig.2 RC differential circuit simulation waveforms

2 RC积分电路的Multisim仿真

RC微分电路的输出电压与输入电压之间为积分运算关系。电路由电阻R、电容C构成，电容两端电压作为输出电压，构建的Multisim仿真电路如图3所示。其中，输入信号uI为占空比q=50%、幅值±U=±10 V、频率f=1 kHz（周期T=0.001 s）的矩形波，双踪示波器用于观测输入信号uI及电容两端电压uC的波形，电路的时间常数τ=RC>>T。

电路方程为

在方波信号的一个周期内电容没有完成充、放电，所以

将式（8）代入式（6）有：

即输出电压uC近似与输入电压uS的积分成正比。

在输入信号高电平期间uI=U，有：

在输入信号低电平期间uI=-U，有：

由式（10）、式（11）可知，电路输出为三角波形。

仿真电路中，选取电阻R=10 kΩ、电容C=1 μF，电路的时间常数为τ=RC=0.01 s>>T。

RC微分电路的Multisim仿真波形如图4所示，其中由上至下依次是输入矩形波信号、电容两端电压uC的波形，仿真结果反映了式（10）、（11）的变化规律。

图3 RC积分仿真电路Fig.3 RC integral circuit simulation

图4 RC积分电路的仿真波形Fig.4 RC integral circuit simulation waveforms

3 结束语

用硬件实验仪器对RC微积分电路工作过程进行测试时，仪器输出参数调整较为繁琐，信号频率偏高或偏低时波形显示不稳定。用Multisim软件仿真解决了这一问题，将计算机仿真软件Multisim引入到电路实验中，使电路的分析、仿真、测试非常方便，特别便于电路参数改变时的测试。所述方法具有实际应用意义。将电路的硬件实验方式向多元化方式转移，利于培养知识综合、知识应用、知识迁移的能力，使电路分析更加灵活和直观。

[1]符时民，陈维石，封丽.基础物理实验[M].3册.沈阳：东北大学出版社，2007.

[2]杨述武.普通物理基础（电磁学部分）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]郑步生，吴渭.Multisim2001电路设计及仿真入门与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

[4]任骏原.用Multisim仿真软件分析触发器的状态变化过程[J].实验科学与技术，2011，9（1）：53-56.

REN Jun-yuan.The state transition analyzing of flip-flop by multisim[J].Experiment Science&Technology，2011，9（1）：53-56.

[5]任骏原.Multisim在触发器工作波形分析中的应用[J].现代电子技术，2010，33（15）：184-186.

REN Jun-yuan.An application of multisim to the working wave analyzing of flip-flop[J].Modern Electronics Technique，2010，33（15）：184-186.

[6]任骏原.74LS161异步置零法构成任意进制计数器的Multisim仿真[J].电子设计工程，2011，19（14）：135-137.

REN Jun-yuan.Multisim simulation for modulo-N counter composed by 74LS161 with asynchronous reset method[J].Electronic Design Engineering，2011，19（14）：135-137.

[7]马敬敏.基本RS触发器工作状态的Multisim仿真 [J].电子设计工程，2011，19（17）：24-26.

MA Jing-min.Multisim simulation of basic RS flip-flop working conditions[J].Electronic Design Engineering，2011，19 （14）：24-26.

[8]马敬敏.集成计数器74LS161的Multisim仿真[J].现代电子技术，2011，34（3）：166-167.

MA Jing-min.Simulation of the integration counter 74LS161 based on the Multisim software[J].Modern Electronics Technique，2011，34（3）：166-167.