Multisim13仿真软件在RC正弦波振荡电路教学中的应用

翟艳男，李晶，王兆欣

（空军航空大学，吉林长春，130022）

1 RC正弦波振荡电路教学案例分析

以RC振荡电路为例，说明multisim13电路仿真软件在教学中的实际应用。图1是教科书中RC振荡电路原理图。当电路满足一定的振荡条件时，在电路的输出端就会产生一定频率的正弦波。RC振荡电路，实际上就是一个正弦波的发生器。

图1 RC振荡电路原理图

电路起振后，要想得到稳定的正弦波，必须满足平衡振荡条件：=1，也就是要求Rf= 2 R1。当满足这个条件时，电路就能够维持稳定的等幅振弦。

对于RC正弦波振荡电路来说，教学的难点是：振荡电路从起振到达平衡振荡这个过程，是怎样自动完成的。这个问题与实际应用联系紧密，并与起振条件与平衡振荡条件密切相关。如果这个问题单纯在原理图上进行讲解，学生看不到实际电路情况，就很难理解掌握。在实验教学中引入3个multisim仿真实验，创建一个虚拟实验环境，可以很好的突破教学难点问题。

图2是第一个仿真实验电路以及仿真结果图，其中折线代表电阻。电路中 Rf= Rf1+ Rf2= 2 R1，电路满足平衡振荡条件，从示波器显示结果可以看到：电路的输出电压几乎为零，电路不能实现自激振荡。这个实验表明：当电路仅仅满足平衡振荡条件，电路是不能起振的。

图2 仿真实验1电路图及仿真结果

图3 是第二个仿真实验以及仿真结果图。电路中Rf= Rf1+ Rf2＞ 2 R1，此时电路满足起振条件。从示波器显示结果可以看到：电路形成了自激振荡，但是，输出电压已经严重失真，不是正弦波，测得输出电压幅值为14.1V。这个实验表明：在满足起振条件下，电路借助正反馈形成的自激振荡，其输出幅度会越来越大，最终造成运算放大器输出达到饱和，形成失真。因此，在这种情况下，电路是不能自动进入到正弦振荡状态。

图3 仿真实验2电路图及仿真结果

要想解决这个问题，就需要对电路进行改进，对此，教材中没有具体的论述。但是，从刚才两个实验可以看出，改进电路的关键在于：要使电阻 Rf能够实现自动调整。当电路起振时，Rf＞2R1；而当电路需要达到平衡振荡时，Rf= 2 R1。

图4是改进后的电路原理图以及仿真结果。新电路增加了由两个二极管组成的稳幅环节。在这个电路中，电阻Rf= Rf1+ R并联。 电阻R并联在电路振荡形成过程中，它的大小能够自动调整。从示波器显示结果可以看到：电路能够起振，并且形成了稳定的正弦波振荡，输出电压幅值为7.8伏。

实验结果显示，加入稳幅环节后，电路既可以正常起振，又能够输出稳定、标准的正弦波，改进后的电路是一个完善的RC正弦波振荡电路。

教师利用仿真实验讲解RC振荡电路这一知识点，学生能够更加深刻的理解RC振荡电路是怎样从起振自动进入到稳定的正弦波振荡状态，从而有效的突破难点问题，有利于教学目标的实现。

图4 仿真实验3电路图及仿真结果

2 结束语

RC正弦波振荡电路教学中，非常适合引入multisim13电路仿真软件辅助教学。电路仿真将理论知识与实践技能良好的结合起来，激发了学生的学习兴趣，有效的解决了教学重难点问题，并且能够传授给学生紧跟时代的新知识新技术，提高了学生分析电路与设计电路的能力，能够起到事半功倍的效果。