非对称式多谐振荡器的M ultisim仿真

马敬敏

（渤海大学 实验管理中心，辽宁 锦州 121000）

Multisim10是一种专门用于电路仿真和设计的软件之一[[1-3]，是NI公司下属的ElectroNIcsWorkbench Group推出的以Windows为基础的仿真工具，是目前最为流行的EDA软件之一。该软件基于PC平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个与实际情况非常相似的电子电路实验工作台，用软件的方法虚拟电子元器件、虚拟电子仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”，几乎可以完成在实验室进行的所有电子电路实验，已被广泛地应用于电子电路分析、设计、仿真等项工作中。

多谐振荡器是一种自激振荡器，它没有稳定的输出状态,有两个暂稳态，不需要外加触发信号，工作时自动在两个暂稳态之间转换,产生矩形脉冲。多谐振荡器的电路有多种构成形式，文中以CMOS非对称式多谐振荡器为例，介绍用Multisim10虚拟仿真工作波形的技术。

1 CMOS非对称式多谐振荡器的工作原理

用CMOS非门及R、C元件组成的非对称式多谐振荡器如图1所示。电容C为G2门、G1门之间的耦合电容，电阻R为G1门设置了静态工作点。

图1 CMOS非对称式多谐振荡器Fig.1 CMOSasymmetricmultivibrator

电路处于暂稳态I时，uO1=VDD、uO≈0 V，电容 C被充电，充电回路为 uO1→R→C→uO，使 uI1上升，当 uI1↑≥UTH时产生

正反馈过程，使电路转入uO1≈0 V、uO=VDD的暂稳态II。

电路处于暂稳态II时，电容C反充电，充电回路为uO→C→R→uO1，使 uI1下降，当 uI1↓＜UTH时产生

正反馈过程，使电路转入暂稳态I。

电路在暂稳态I、暂稳态II之间自动转换，在输出端得到矩形脉冲波形。

振荡周期为

2 仿真电路存在的问题

按图1所示电路构建仿真电路并用示波器显示uO1、uO2及uO的波形 ，仿真分析电路的工作过程时，出现不能正常工作的现象，仿真波形如图2所示，由上至下分别为uI1、uO1（uI2）、uO的波形。

图2 非对称式多谐振荡器的错误仿真波形Fig.2 The incorrect simulated workingwave of asymmetric multivibrator

由图2波形可看出，电路没有正常工作、没有形成振荡。

查找分析原因如下。

Multisim10软件中的设置是，器件从0输出状态开始仿真，因此按图1所示电路构建仿真电路时，按下仿真开关后，uI1、uO1（uI2）、uO的信号按 000→111→000→111…的规律循环变化，解决的方法是，仿真时先使电路脱离系统设置的初始输出状态。

3 仿真方案设计

选择以波形图的形式描述CMOS非对称式多谐振荡器在两个暂稳态之间自动转换的工作过程。选择用四踪示波器显示 G1门输入端信号 uI1、G1门输出端信号 uO1、G2门输入端信号uI2、输出信号uO的波形。

在Multisim10中构建CMOS非对称式多谐振荡器工作波形仿真电路如图3所示。非门4009BD从元件工具栏的CMOS器件库中找出；电阻、电容从元件工具栏的基本元件库找出；或使用快捷键Ctrl+W调出选用元件的对话框再找出相应的元件；四踪示波器XSC1从虚拟仪器栏中找出。

第一个门U1A的输入端所接入的转换开关J1，其作用是使电路脱离系统设置的初始输出状态。仿真时先将开关J1置于接地状态，电路对输入的0信号进行处理后便脱离设置的初始输出状态，再将转换开关J1置于接输出端构成CMOS非对称式多谐振荡器，电路即可正常工作。

图3 CMOS非对称式多谐振荡器的仿真电路Fig.3 The circuit of the CMOSasymmetricmultivibrator in simulation

4 仿真运行及结果

按下仿真开关，将转换开关J1先接地再接电容C构成CMOS非对称式多谐振荡器，双击四踪示波器的图标打开面板图显示波形如图4所示，在Channel区通过通道选择旋钮调整各通道波形的位置及显示幅度，各通道均设置为DC耦合方式，在Time base区设置Scale的数值使显示波形的个数合适，Y/T显示方式。

图4 四踪示波器显示的CMOS非对称式多谐振荡器仿真波形Fig.4 The simulated wave of the CMOSasymmetricmultibrator in four trace oscilloscope

图 4 中，由上至下分别为 uI1、uO1（uI2）、uO的波形。 仿真波形反映了电容C充、放电控制多谐振荡器自动在两个暂稳态之间转换的过程，并可确定振荡周期T=240.288μs，和按式（1）计算所得理论值基本一致。

5 结束语

用硬件实验仪器对MOS非对称式多谐振荡器工作波形进行测试，无法同时显示 uI1、uO1（uI2）、uO3 个波形，用 Multisim软件仿真解决了这一问题。

CMOS非对称式多谐振荡器工作波形的Multisim仿真分析，可以直观、定量描述电路的工作过程，Multisim仿真的问题分析、方案改进，将有利于系统地研究Multisim的有效应用方法。 所述方法具有实际应用意义。

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