第8章Multisim14在模擬電路中的應(yīng)用CHINAMACHINEPRESS引言模擬電路主要包括晶體管放大電路、集成運(yùn)算放大電路、正弦波振蕩電路、電壓比較器電路、有源濾波器和直流穩(wěn)壓電源等。

本章將通過模擬電路的實(shí)例分析，介紹Multisim14的仿真實(shí)驗(yàn)和仿真分析功能在模擬電路中的應(yīng)用。8.1二極管電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析二極管具有單向?qū)щ娦?、反向擊穿特性和結(jié)電容特性，其伏安特性及說明如圖所示。對(duì)二極管特性中不同區(qū)段的利用，可以構(gòu)成不同的應(yīng)用電路。利用二極管的單向?qū)щ娦院驼驅(qū)妷鹤兓^小的特點(diǎn)，可以完成信號(hào)的整流、檢波、限幅、箝位、隔離和元件的保護(hù)等；利用二極管的反向擊穿特性，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。8.1.1二極管特性實(shí)現(xiàn)二極管各種應(yīng)用的關(guān)鍵是外加電源、電阻等必須提供合適的工作和安全條件。二極管半波整流實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，輸入為5V/1kHz的正弦波。由于二極管的單向?qū)щ娦?，只在輸入的正半周?dǎo)通，所以，輸出只有輸入正弦波的正半周波形。8.1.2二極管整流電路的實(shí)驗(yàn)與分析8.1二極管電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

二極管箝位實(shí)驗(yàn)電路如圖，圖中除開關(guān)A和B的狀態(tài)不同外，其余相同。圖中兩鍺二極管正向電壓約為0.2V。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，只要有開關(guān)接地,即只要有輸入為0V，輸出電壓就接近0V(約為0.2V)；只有當(dāng)開關(guān)A、B均接3V時(shí)，輸出才為高電位(約為3.2V)。8.1.3二極管箝位電路的實(shí)驗(yàn)與分析8.1二極管電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析這種輸入全為高電平時(shí)才輸出高電平、輸入只要有低電平就輸出低電平電路也被稱為二極管與門電路。8.1.4穩(wěn)壓管電路的實(shí)驗(yàn)與分析8.1二極管電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析本實(shí)驗(yàn)通過在24V直流源支路中串聯(lián)100Ω電位器來模擬輸入電壓及其變化；穩(wěn)壓管限流電阻的取值為400Ω；負(fù)載電阻由100Ω固定電阻和500Ω電位器串聯(lián)組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，穩(wěn)壓管電流為28mA，沒有超出5mA～40mA穩(wěn)壓電流范圍，穩(wěn)壓管處于穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓為5.043V，接近穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值。當(dāng)按下A鍵，使輸入電壓在20V～24V之間變化時(shí)，穩(wěn)壓管電流在24mA～33mA之間變化，仍在穩(wěn)壓電流變化范圍內(nèi)，穩(wěn)壓管仍處于穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓在5.011V～5.076V之間，變化很小。穩(wěn)壓管實(shí)驗(yàn)電路如圖。其中，穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值為4.7V，穩(wěn)定電流的最小值為5mA、最大值為40mA。8.1.4穩(wěn)壓管電路的實(shí)驗(yàn)與分析8.1二極管電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析當(dāng)按下B鍵，使負(fù)載電阻在125Ω～600Ω之間變化時(shí)，穩(wěn)壓電流在5mA～34mA之間變化，雖沒超出電流變化范圍，但在電流較小時(shí)，穩(wěn)壓特性已變差，輸出電壓在4.708V～5.081V之間。而當(dāng)負(fù)載電阻為100Ω時(shí)，穩(wěn)壓管電流為0.7mA，超出了穩(wěn)定電流范圍，穩(wěn)壓管處于反向截止，輸出電壓變?yōu)?.306V，電路已不能正常穩(wěn)壓?？梢?，由穩(wěn)壓管和限流電阻構(gòu)成的穩(wěn)壓電路能在輸入電壓和負(fù)載變化的情況下保持輸出電壓的基本穩(wěn)定，條件是限流電阻應(yīng)保證穩(wěn)壓管的工作電流不超出其額定值。穩(wěn)壓管實(shí)驗(yàn)電路如圖。其中，穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值為4.7V，穩(wěn)定電流的最小值為5mA、最大值為40mA。8.2單管共射放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

單管放大電路是由單個(gè)晶體管構(gòu)成的放大電路，分為共射、共集和共基三種結(jié)構(gòu)。每種電路都有自己的特點(diǎn)和用途。共射放大電路的電壓放大倍數(shù)高，是常用的電壓放大器；共集放大電路(也稱為射極輸出器)輸入電阻高、輸出電阻低、帶負(fù)載能力強(qiáng)，常用于多級(jí)放大電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)；共基放大電路頻帶寬、高頻性能好，在高頻放大器中十分常見。衡量放大電路的指標(biāo)有：電壓或電流的放大倍數(shù)、輸入與輸出電阻、通頻帶、非線性失真系數(shù)、最大輸出功率和效率等。8.2.1單管放大電路共射放大電路共集放大電路共基放大電路

單管共射放大器實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，采用分壓式偏置、帶發(fā)射極電阻的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。輸入為10mV/1kHz正弦信號(hào)，負(fù)載是電阻R4，輸入與輸出通過電容C1、C2耦合。8.2.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.2單管共射放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析（1）確定靜態(tài)工作點(diǎn)

對(duì)結(jié)點(diǎn)1、3、7(即三極管的b、c、e三極)作直流工作點(diǎn)分析，可得電路的靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)據(jù)，并得UBE=V[1]-V[7]≈0.65V、UCE=V[3]-V[7]≈6.11V,由此可判斷該電路工作在放大區(qū)。調(diào)整偏置電阻R1或R5可以改變靜態(tài)工作點(diǎn)，但靜態(tài)工作點(diǎn)過高會(huì)產(chǎn)生飽和失真、過低會(huì)產(chǎn)生截止失真。R5為總值50％和20％時(shí)4號(hào)結(jié)點(diǎn)的輸出波形分別如圖所示。顯然，R5為總值50％時(shí)輸出波形沒有失真，而R5為總值20％時(shí)輸出波形出現(xiàn)了飽和失真。8.2.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.2單管共射放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析飽和失真（2）溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響本例利用溫度掃描分析研究溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，其分析參數(shù)設(shè)置為：溫度變化范圍0oC~70oC，掃描溫度增量為10oC，并設(shè)3號(hào)結(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓和R3支路的靜態(tài)電流為分析對(duì)象，分析結(jié)果如圖所示?？梢?，隨著溫度升高，3

號(hào)結(jié)點(diǎn)的電壓呈下降趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的集電極電流呈上升趨勢(shì)，符合靜態(tài)工作點(diǎn)隨溫度升高而升高的理論分析結(jié)果。8.2.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.2單管共射放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析（3）確定電壓放大倍數(shù)和通頻帶對(duì)輸出結(jié)點(diǎn)4做交流掃描分析可得電路的頻率特性如圖所示。其中，幅頻特性具有帶通性(低頻段和高頻段的放大倍數(shù)均低于中頻段)。當(dāng)移動(dòng)兩個(gè)游標(biāo)并打開其說明窗口時(shí)，可得幅頻特性的測(cè)量值。其中，Y軸對(duì)應(yīng)的最大值89.85為電壓放大倍數(shù)，兩個(gè)游標(biāo)對(duì)應(yīng)的y1和y2約等于最大值0.707倍(約63.5)時(shí)對(duì)應(yīng)的x1(598.3Hz)和x2(24.8MHz)分別為電路的下限和上限截止頻率，二者之差dx(24.2MHz)為電路的通頻帶。8.2.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.2單管共射放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.2.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.2單管共射放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析利用參數(shù)掃描分析負(fù)載電阻R4和發(fā)射極電阻R6變化對(duì)放大倍數(shù)和通頻帶的影響。圖示分別為R4和R6從1kΩ掃描至5kΩ時(shí)在結(jié)點(diǎn)4得到的電路頻率響應(yīng)特性。可見，負(fù)載電阻越大，放大倍數(shù)越大，空載時(shí)放大倍數(shù)最大。發(fā)射極電阻越大，放大倍數(shù)越小，通頻帶越寬，這與發(fā)射極電阻的負(fù)反饋?zhàn)饔媒Y(jié)果相一致。（4）元件參數(shù)對(duì)放大倍數(shù)和通頻帶的影響8.2.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.2單管共射放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析利用參數(shù)掃描分析耦合電容C1和旁路電容C3變化對(duì)放大倍數(shù)和通頻帶的影響。圖示分別為C1和C3從1μF掃描至10μF時(shí)在結(jié)點(diǎn)4得到的電路頻率響應(yīng)特性?？梢?，C1對(duì)通頻帶影響不大，而C3變化時(shí)下限截止頻率隨C3的增加而減小，通頻帶隨之展寬。這是因?yàn)镃3兩端電路的等效電阻比C1兩端的小，對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)變化大，相應(yīng)的下限截止頻率變化也大。（4）元件參數(shù)對(duì)放大倍數(shù)和通頻帶的影響（5）確定輸入和輸出電阻可以在輸入、輸出端口直接用歐姆表測(cè)輸入輸出電阻，或在端口加測(cè)量電阻用交流電壓表和交流電流表測(cè)輸入輸出電阻，還可以用傳遞函數(shù)分析方便快速地確定輸入和輸出電阻。在本實(shí)驗(yàn)電路中，可在將C1用短路線替代后，選擇輸入信號(hào)源為V1、輸出變量為3號(hào)結(jié)點(diǎn)電壓，得到圖示的傳遞函數(shù)分析結(jié)果。其中，第二行的4.28571k為電路的輸入電阻，第三行的5.0k為電路的輸出電阻。8.2.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.2單管共射放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.3集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

集成運(yùn)算放大器是應(yīng)用十分廣泛的模擬集成器件，具有高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗、高共模抑制比等特點(diǎn)。

運(yùn)放在加負(fù)反饋時(shí)工作于線性放大狀態(tài)，廣泛應(yīng)用于信號(hào)的放大、疊加、微分、積分和濾波等(負(fù)反饋會(huì)降低放大倍數(shù)，但可提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、展寬通頻帶、減少非線性失真、改變輸入輸出電阻等)；運(yùn)放在不加反饋或加正反饋時(shí)工作在非線性狀態(tài)，主要用于比較器和振蕩器。

本節(jié)將通過比例放大電路、加法運(yùn)算電路、減法運(yùn)算電路和有源濾波電路的實(shí)驗(yàn)，介紹運(yùn)放加負(fù)反饋的特點(diǎn)和應(yīng)用。8.3.1集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路集成運(yùn)算放大器運(yùn)放的電壓傳輸特性運(yùn)放加負(fù)反饋的電路8.3集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析比例放大電路能實(shí)現(xiàn)輸出與輸入的比例運(yùn)算：uo=kui,按系數(shù)k的極性可分為同相比例放大器和反相比例放大器。8.3.2比例放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

(1)反相比例放大器反相比例放大器的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。其中，輸入為1V/1kHz正弦信號(hào)，運(yùn)放為常用的741系列器件，R2為負(fù)反饋電阻，R3為靜態(tài)平衡電阻。反相比例放大器的輸入輸出關(guān)系是：從輸入輸出波形可見，反相比例放大器將輸入信號(hào)放大了10倍，且輸入輸出波形反相，與理論分析結(jié)果一致。8.3集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析比例放大電路能實(shí)現(xiàn)輸出與輸入的比例運(yùn)算：uo=kui,按系數(shù)k的極性可分為同相比例放大器和反相比例放大器。8.3.2比例放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

(2)同相比例放大器同相比例放大器的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。其中，輸入為1V/1kHz正弦信號(hào)，運(yùn)放為常用的741系列器件，R2為負(fù)反饋電阻，R3為靜態(tài)平衡電阻。同相比例放大器的輸入輸出關(guān)系是：從輸入輸出波形可見，同相比例放大器將輸入信號(hào)放大了11倍，且輸入輸出波形同相，與理論分析結(jié)果一致。8.3集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

(3)反饋深度對(duì)放大器性能的影響本實(shí)驗(yàn)以同相比例放大器為例，采用參數(shù)掃描分析，當(dāng)反饋電阻R2從50kΩ掃描至200kΩ時(shí)，電路的交流頻率響應(yīng)特性如圖所示?？梢?，隨著R2的增大，通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)由6倍上升至21倍，通帶寬度由166.8kHz下降至46.5kHz。即：R2大(反饋淺)時(shí)，放大倍數(shù)高、通頻帶窄；反之，R2小(反饋深)時(shí)，放大倍數(shù)低、通頻帶寬，且隨著反饋的加深，幅頻特性在截止頻率附近過渡帶的變化變緩，與理論分析結(jié)論一致。8.3.2比例放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.3集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

(3)反饋深度對(duì)放大器性能的影響本實(shí)驗(yàn)仍以同相比例放大器為例，采用參數(shù)掃描分析，當(dāng)輸入為1V/1KHZ正弦、反饋電阻R2從50kΩ掃描至200kΩ時(shí)，輸出結(jié)點(diǎn)的瞬態(tài)分析結(jié)果如圖所示(顯示了電路時(shí)域響應(yīng)隨R2變化的情況)?？梢姡S著R2大，波形失真明顯；反之，R2小時(shí)，波形基本不失真，這也與負(fù)反饋能減小非線性失真的結(jié)論相一致。8.3.2比例放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.3集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

(3)反饋深度對(duì)放大器性能的影響當(dāng)將信號(hào)源用相同指標(biāo)的交流電壓源V3替代后，可利用傳遞函數(shù)分析確定不同R2值時(shí)電路的輸入電阻和輸出電阻，結(jié)果如圖所示。比較結(jié)果可見，R2=50k(反饋深)時(shí)，輸入電阻變大、輸出電阻變小，而R2=200k(反饋淺)時(shí)，輸入電阻變小、輸出電阻變大。8.3.2比例放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.3集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.3.3加法運(yùn)算電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

加法運(yùn)算電路能實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入信號(hào)的疊加：uo=k1ui1+k2ui2+…+knuin。按k的極性也可分為同相或反相加法電路。反相加法實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，其輸入輸出關(guān)系為：uo=-(2V1+V2)。從圖示的輸出波形可見，該電路將輸入的正弦信號(hào)放大了2倍并疊加了一個(gè)與正弦信號(hào)幅值相同的直流分量，使雙極性的交流信號(hào)變成了單極性的脈動(dòng)信號(hào)。8.3集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.3.4減法運(yùn)算電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

減法運(yùn)算電路的輸入輸出關(guān)系是：uo=k1ui1-k2ui2。當(dāng)k1=k2=k時(shí)，減法電路就是差分電路：uo=k(ui1-

ui2)

，即輸出與兩輸入的差成比例。減法電路可用一個(gè)運(yùn)放通過在同相和反相端分別加輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)，也可用多個(gè)運(yùn)放通過反相比例電路和加法電路的組合來實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，其輸入輸出關(guān)系為uo=2(V1-V2)，即輸出是兩個(gè)輸入之差的2倍。當(dāng)將輸入電壓V1從1V掃描至6V時(shí)，可得圖示的輸出結(jié)點(diǎn)直流掃描分析結(jié)果。可見，輸出電壓隨輸入電壓差(V1-V2)的增加而線性增加。8.3集成運(yùn)放負(fù)反饋放大電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.3.5有源濾波器電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

有源濾波器是在RC或RL濾波器基礎(chǔ)上加入放大器構(gòu)成的電路，不僅能濾波而且能放大，具有體積小、效率高、頻率特性好、帶載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。圖示為一階有源低通濾波器實(shí)驗(yàn)電路，其頻率響應(yīng)特性由波特圖儀測(cè)量，其幅頻特性為如圖所示的低通濾波特性。其中，上圖曲線下數(shù)據(jù)顯示，頻率為1Hz時(shí)，電路的低頻通帶增益約為8.98，與理論值

十分接近；下圖曲線下數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)移動(dòng)游標(biāo)使輸出幅值為通帶增益的70.7%(約為6.3)時(shí)，對(duì)應(yīng)的截止頻率是16.173Hz，與理論值

也較接近。8.4RC正弦振蕩器及其應(yīng)用電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.4.1正弦波振蕩器

正弦波振蕩器是在只有直流供電、不外加輸入信號(hào)的條件下產(chǎn)生正弦波信號(hào)的電路，通常由放大器、帶選頻特性的正反饋回路和自動(dòng)穩(wěn)幅電路組成。正弦波振蕩器廣泛應(yīng)用于通信、測(cè)量和控制領(lǐng)域。根據(jù)選頻回路的不同，正弦波振蕩器可分為RC正弦波振蕩器、LC正弦波振蕩器和石英晶體振蕩器。其中，RC正弦振蕩器主要用于產(chǎn)生中低頻率正弦波，如在電子琴中產(chǎn)生音頻信號(hào)等；LC正弦波振蕩器主要用于高頻率振蕩，如收音機(jī)的本機(jī)振蕩；而石英晶體振蕩器主要應(yīng)用于對(duì)頻率穩(wěn)定度要求較高的場(chǎng)合，如產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)等。8.4RC正弦振蕩器及其應(yīng)用電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

RC正弦波振蕩器的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。其中，R1、C1、R2、C2組成的RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)引入正反饋，其諧振頻率：此時(shí)，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的增益為1/3。因此，為滿足正弦振蕩的幅值條件，由運(yùn)放和R3、R4、R5組成的同相比例放大器的增益：

在負(fù)反饋回路中，與二極管D1、D2的作用是，利用二極管電阻隨電流增加而減小的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)正半周和負(fù)半周的自動(dòng)穩(wěn)幅。8.4.2RC正弦波振蕩器的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.4RC正弦振蕩器及其應(yīng)用電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

實(shí)驗(yàn)中，按下R4之A鍵可改變負(fù)反饋深度，使電路產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩、停振和波形失真幾種不同的輸出信號(hào)。圖中分別顯示了R4為總值37％時(shí)起振和穩(wěn)幅振蕩的波形(其振蕩頻率約為154.3Hz，與理論結(jié)果基本相符)、R4小于總值34％時(shí)的停振波形和R4為總值50％時(shí)的失真波形。8.4.2RC正弦波振蕩器的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.4RC正弦振蕩器及其應(yīng)用電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

利用RC振蕩器構(gòu)成的電子琴實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。其中，RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)中的R2由一組電阻和開關(guān)構(gòu)成，閉合不同的開關(guān)(琴鍵)，對(duì)應(yīng)的R2不同，產(chǎn)生的振蕩頻率不同，即可輸出不同音階的音頻信號(hào)。再經(jīng)功率放大，即可在喇叭中產(chǎn)生相應(yīng)的聲音。設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)不同的音調(diào)選擇R2值。調(diào)試電路時(shí)，可先按下高音i鍵，用示波器監(jiān)視輸出波形，調(diào)解Rf1使電路輸出滿意的振蕩。然后，再按下1鍵，如波形失真，則再微調(diào)Rf1使波形改善。8.4.3電子琴原理電路的實(shí)驗(yàn)與分析8.5電壓比較器及其應(yīng)用電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

電壓比較器是一種能用不同的輸出電平表示兩個(gè)輸入電壓大小的電路。利用不加反饋或加正反饋時(shí)工作于非線性狀態(tài)的運(yùn)放即可構(gòu)成電壓比較器。作為開關(guān)元件，電壓比較器是矩形波、三角波等非正弦波形發(fā)生電路的基本單元，在模數(shù)轉(zhuǎn)換，監(jiān)測(cè)報(bào)警等系統(tǒng)中也有廣泛的應(yīng)用。常見的電壓比較器有單限比較器、滯回比較器和窗口比較器等。其中，單限比較器靈敏度較高，但抗干擾能力較差，而滯回比較器則正相反。本實(shí)驗(yàn)將介紹單限比較器和滯回比較器的特性，并介紹電壓比較器在矩形波發(fā)生器和監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用。8.5.1電壓比較器8.5電壓比較器及其應(yīng)用電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析(1)單限電壓比較器

實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。其中，運(yùn)放處于開環(huán)無反饋狀態(tài)，參考電壓和閾值電壓均為3V，被比較的輸入信號(hào)是10V/1kHz的正弦波，輸出通過兩個(gè)穩(wěn)壓管雙向限幅。由于參考電壓加在運(yùn)放的反相端，輸入信號(hào)加在同相端，所以，當(dāng)輸入信號(hào)大于閾值電壓時(shí)，輸出為正的穩(wěn)壓值(約為+5.1V)；反之，輸出為負(fù)的穩(wěn)壓值(約為-5.1V)。本實(shí)驗(yàn)輸入輸出波形如圖所示，其中，輸出信號(hào)是占空比約為0.43的矩形波。8.5.2電壓比較器的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.5電壓比較器及其應(yīng)用電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析(2)滯回電壓比較器

實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。其中，運(yùn)放引入了正反饋，參考電壓為零，輸入信號(hào)是5V/1kHz正弦波。與單限比較器不同，正反饋使滯回比較器的閾值不再是一個(gè)固定值，而是一個(gè)隨輸出狀態(tài)變化的量：UTH1和UTH2。圖示為用示波器B/A檔測(cè)量的反映輸出隨輸入變化的關(guān)系的電壓傳輸特性。當(dāng)輸入信號(hào)大于UTH1時(shí)，輸出為負(fù)穩(wěn)壓值；而當(dāng)輸入信號(hào)小于UTH2時(shí)，輸出才變?yōu)檎€(wěn)壓值。按下A鍵可調(diào)整回差電壓UTH1-UTH2?；夭铍妷捍髸r(shí)，比較器的抗干擾能力強(qiáng)，反之則靈敏度高。8.5.2電壓比較器的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.5電壓比較器及其應(yīng)用電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析在滯回比較器的基礎(chǔ)上，增加一條由C1、R6、R7和D3、D4組成的負(fù)反饋延遲支路，即可構(gòu)成矩形波發(fā)生器，其輸出波形如圖所示。電路中滯回比較器起開關(guān)作用，輸出為高、低兩種電平，通過R6、R7和D3、D4組成的負(fù)反饋支路給電容C1充電。當(dāng)電容的充電電壓達(dá)到比較器的閾值UTH1時(shí)，輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電容放電并被反向充電，達(dá)到UTH2時(shí)輸出電平再次翻轉(zhuǎn),如此反復(fù)形成了矩形波輸出。調(diào)整R7可使C1充電和放電的時(shí)間常數(shù)不同，實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的矩形波輸出。8.5.3矩形波發(fā)生器的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.5電壓比較器及其應(yīng)用電路的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

圖中R11、R12、R13和R14組成的電橋用于仿真?zhèn)鞲衅?。正常情況下調(diào)整R14使電橋平衡，輸出為零。而當(dāng)環(huán)境參數(shù)突變(如火災(zāi)時(shí)溫度突然升高)時(shí)，傳感器輸出電壓發(fā)生變化(可用按下A鍵改變R14阻值的方式模擬)，電橋平衡被打破，輸出不為零，經(jīng)第一級(jí)差分電路放大后送入第二級(jí)單限比較器，其參考電壓為R6和R7對(duì)12V電源的分壓。最后，比較器的輸出經(jīng)聲光報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。8.5.4監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)與分析

實(shí)際的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可以由傳感器、信號(hào)預(yù)處理電路和計(jì)算機(jī)等組成，也可如圖所示全部用硬件電路實(shí)現(xiàn)，其中的核心是電壓比較器。8.6直流穩(wěn)壓電源的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.6.1直流穩(wěn)壓電源

其中，電源變壓器將工頻交流電變換成符合要求的交流電壓；整流電路則將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓，通常由二極管或晶閘管(可控硅)構(gòu)成，目前常用的是橋式整流電路；濾波電路可以減小整流電壓的脈動(dòng)程度，通常由電容或電感構(gòu)成具有低通特性的濾波電路；穩(wěn)壓電路則進(jìn)一步減小直流電壓的脈動(dòng)程度，并確保在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，輸出的直流電壓穩(wěn)定。

直流穩(wěn)壓電源可以由干電池、蓄電池或直流發(fā)電機(jī)構(gòu)成，但大部分情況下是將工頻交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓，其電路組成如圖所示。8.6直流穩(wěn)壓電源的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.6.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析其中，交流電源是220V/50Hz工頻交流電，變壓器變壓比為20:1，所以，圖中交流電壓表U1所示為11.001V，與理論值11V十分接近。但直流電壓表U2顯示的整流輸出電壓平均值為8.719V，與計(jì)算值9.9V有一定差距。其原因除理論計(jì)算本身的近似性外，還因整流橋二極管是非理想的，當(dāng)將負(fù)載斷開減小輸出電流對(duì)二極管的影響時(shí)，可測(cè)得整流輸出電壓的平均值為9.772V，與理論計(jì)算結(jié)果比較接近。(1)整流電路實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。其中，開關(guān)S1連接了負(fù)載電阻R1，電路為只有變壓和橋式整流的實(shí)驗(yàn)電路。8.6直流穩(wěn)壓電源的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.6.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析(1)整流電路實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。其中，開關(guān)S1連接了負(fù)載電阻R1，電路為只有變壓和橋式整流的實(shí)驗(yàn)電路。

變壓和橋式整流電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可由示波器顯示，圖示為橋式整流電路的輸出波形，可見,橋式整流的輸出為單向脈動(dòng)電壓波形。8.6直流穩(wěn)壓電源的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.6.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析

圖中直流電壓表U2顯示的濾波電路輸出電壓平均值為13.643V，與理論計(jì)算值13.2V比較接近，其存在誤差的主要其原因是理論計(jì)算本身就是近似值，濾波輸出電壓的波形與時(shí)間常數(shù)C1和R1的乘積有關(guān)。時(shí)間常數(shù)越大輸出電壓越大，反之則越小。本實(shí)驗(yàn)中，若將電阻R1調(diào)至最大值的15%時(shí)，輸出電壓將為13.179V。(2)濾波電路實(shí)驗(yàn)圖中開關(guān)S1連接了電容C1、S2連接了R1，電路為在變壓和整流的基礎(chǔ)上加上了電容濾波的實(shí)驗(yàn)電路。8.6直流穩(wěn)壓電源的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.6.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析

有關(guān)電容濾波電路輸出電壓的波形可由示波器顯示。從圖示的輸出電壓波形可見，加入電容濾波后電路的輸出電壓平滑了很多。(2)濾波電路實(shí)驗(yàn)圖中開關(guān)S1連接了電容C1、S2連接了R1，電路為在變壓和整流的基礎(chǔ)上加上了電容濾波的實(shí)驗(yàn)電路。8.6直流穩(wěn)壓電源的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.6.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析

圖中直流電壓表U3顯示穩(wěn)壓電路的輸出電壓為5.004V，與LM7805CT的+5V直流輸出電壓十分接近。當(dāng)輸入交流電源電壓在220V上下±10%范圍內(nèi)變化時(shí)，集成穩(wěn)壓器的輸入電壓U2為12.263V~15.278V、輸出電壓U3為5.003V~5.004V；而當(dāng)負(fù)載電阻R1的阻值范圍在其最大值的5%~100%之間變化時(shí)，集成穩(wěn)壓器的輸出電壓U3為5.003V~5.004V?？梢?，直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓性能較好。(3)穩(wěn)壓電路實(shí)驗(yàn)

開關(guān)S2連接集成穩(wěn)壓器LM7805CT,開關(guān)S3連接R1，電路為包含了變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓的直流穩(wěn)壓電源電路。8.6直流穩(wěn)壓電源的仿真實(shí)驗(yàn)與分析8.6.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析

圖示波形為穩(wěn)壓電路的輸入、輸出波形，可見，穩(wěn)壓器的輸出特性較好。圖中，上面的曲線是輸入波形，下面的是輸出波形。(3)穩(wěn)壓電路實(shí)驗(yàn)

開關(guān)S2連接集成穩(wěn)壓器LM7805CT,開關(guān)S3連接R1，電路為包含了變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓的直流穩(wěn)壓電源電路。第9章Multisim14在數(shù)字電路中的應(yīng)用CHINAMACHINEPRESS機(jī)械工業(yè)出版社9.1組合邏輯電路的仿真與分析例：將下列邏輯表達(dá)式化成最簡(jiǎn)形式：1）改寫成最小項(xiàng)之和的形式：9.1.1邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)2）打開邏輯轉(zhuǎn)換儀

點(diǎn)擊從A到H八個(gè)變量上方與之相對(duì)應(yīng)的小圓圈選中該變量，列出變量不同取值的組合所對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，根據(jù)上述邏輯表達(dá)式的最小項(xiàng)之和的形式，列寫出真值表。9.1.1邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)3）點(diǎn)擊按鈕，對(duì)話框的最下欄出現(xiàn)的即為最簡(jiǎn)表達(dá)式。例：分析下列組合邏輯電路的功能：9.1.2組合邏輯電路的分析1）將邏輯分析儀的“a”“b”“c”三端分別接電路的A、B、C，最右端的接線端子接電路的輸出。例：分析下列組合邏輯電路的功能：9.1.2組合邏輯電路的分析2）點(diǎn)擊

按鈕

，可直接得到真值表。通過真值表可以分析得出該電路的功能為輸入偶數(shù)個(gè)“1”時(shí)輸出為1，輸入奇數(shù)個(gè)1時(shí)輸出為0，即奇偶校驗(yàn)電路。例：仿真分析優(yōu)先編碼器74LS148N的功能。9.1.3編碼器74LS148N的邏輯符號(hào)、邏輯功能表及引腳對(duì)應(yīng)關(guān)系。例：仿真分析優(yōu)先編碼器74LS148N的功能。9.1.3編碼器

構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn)電路，數(shù)據(jù)輸入端D0～D7，用“地”和“Vcc”分別表示狀態(tài)“0”和狀態(tài)“1”。輸出端接3個(gè)發(fā)光二極管LED1、LED2、LED3，分別指示輸出狀態(tài)，輸出為“1”時(shí)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，輸出為“0”時(shí)，發(fā)光二極管熄滅。仿真結(jié)果與上圖所示功能邏輯一致。例：仿真分析二-十進(jìn)制譯碼器74LS42N的功能。9.1.4譯碼器74LS42N的邏輯符號(hào)、邏輯功能表及引腳對(duì)應(yīng)關(guān)系。例：仿真分析二-十進(jìn)制譯碼器74LS42N的功能。9.1.4譯碼器

用字信號(hào)發(fā)生器輸出作為譯碼器電路輸入，用8個(gè)發(fā)光二極管來顯示輸出的狀態(tài)。打開字信號(hào)發(fā)生器面板，按照74LS42功能表輸入信號(hào)邏輯，設(shè)置完畢后，進(jìn)行仿真。例：仿真分析數(shù)據(jù)選擇集成電路74151N的功能。9.1.5數(shù)據(jù)選擇器74151N的邏輯功能例：仿真分析數(shù)據(jù)選擇集成電路74151N的功能。9.1.5數(shù)據(jù)選擇器

輸入信號(hào)采用兩路不同頻率和脈寬的方波信號(hào)，分別接D0和D1，輸入選擇信號(hào)“CBA”即為“001”，選擇器輸出端為D1信號(hào)，用虛擬示波器的A端接V1信號(hào)源信號(hào)，用示波器B端接數(shù)據(jù)選擇器輸出端。例：仿真分析數(shù)據(jù)選擇集成電路74151N的功能。9.1.5數(shù)據(jù)選擇器

仿真后，打開虛擬示波器，兩個(gè)通道的輸出波形如圖所示，示波器上方波形為數(shù)據(jù)選擇器輸出端波形，下方為V1信號(hào)源波形，從波形上可以看到，V2信號(hào)源輸出信號(hào)被數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出。例：仿真分析數(shù)值比較器集成電路74LS85的功能。9.1.6數(shù)值比較器

兩個(gè)待比較的數(shù)字量分別為A3A2A1A0=0111，B3B2B1B0=1000，3個(gè)輸出端分別接3個(gè)發(fā)光二極管，用發(fā)光二極管的亮滅檢測(cè)三個(gè)輸出分別是什么信號(hào)，以此判斷兩個(gè)數(shù)字量的大小。例：仿真分析競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。9.1.8競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)

或門的兩個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)向相反的方向跳變，從理論上來說，或門的輸出信號(hào)始終為高電平，但用示波器觀察到的結(jié)果并非如此，而是在輸入信號(hào)發(fā)生變化的瞬間，輸出端會(huì)產(chǎn)生極窄的負(fù)脈沖，該現(xiàn)象即為競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。例：仿真分析競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。9.1.8競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)

或門的兩個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)向相反的方向跳變，從理論上來說，或門的輸出信號(hào)始終為高電平，但用示波器觀察到的結(jié)果并非如此，而是在輸入信號(hào)發(fā)生變化的瞬間，輸出端會(huì)產(chǎn)生極窄的負(fù)脈沖，該現(xiàn)象即為競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。9.2時(shí)序邏輯電路的仿真與分析例：仿真分析D觸發(fā)器74LS175的邏輯功能。9.2.1基本觸發(fā)器74LS175的邏輯功能例：仿真分析D觸發(fā)器74LS175的邏輯功能。9.2.1基本觸發(fā)器

將“CLEAR”端置為“1”，觸發(fā)器在時(shí)鐘“CLK”的作用下，將輸入“D”的狀態(tài)由“Q”端輸出，輸出信號(hào)始終在時(shí)鐘“CLK”的上升沿進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。例：仿真分析D觸發(fā)器74LS175的邏輯功能。9.2.1基本觸發(fā)器

將“CLEAR”端置為“0”，根據(jù)74LS175的邏輯功能圖可知，其輸出始終為“0”，示波器測(cè)試波形如圖所示。例：仿真分析雙向移位寄存器74LS194的邏輯功能。9.2.2移位寄存器74LS194的邏輯功能例：仿真分析雙向移位寄存器74LS194的邏輯功能。9.2.2移位寄存器

將“CLEAR”接電源，令S1S0=10，寄存器處于“左移”工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)由“SL”端輸入，在手動(dòng)移位脈沖“CLOCK”的作用下，將“1011”依次輸入，并用燈的亮滅顯示輸出結(jié)果，輸出為“1”時(shí)燈亮，反之燈滅。例：仿真分析同步計(jì)數(shù)器74LS161的邏輯功能。9.2.3基本計(jì)數(shù)器74LS161的邏輯功能例：仿真分析同步計(jì)數(shù)器74LS161的邏輯功能。9.2.3基本計(jì)數(shù)器該電路處于計(jì)數(shù)工作模式，計(jì)數(shù)器反復(fù)由“0000”至“1111”計(jì)數(shù)，構(gòu)成十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。例：仿真分析同步計(jì)數(shù)器74LS161的邏輯功能。9.2.3基本計(jì)數(shù)器

按下按鈕后，置數(shù)控制端輸入為低電平，置數(shù)有效，計(jì)數(shù)器輸出被置為置數(shù)輸入端設(shè)定的值，在圖中，置數(shù)輸入端為“1000”，置數(shù)后，計(jì)數(shù)器從置數(shù)處繼續(xù)計(jì)數(shù)。

在Multisim14中有專門針對(duì)555定時(shí)器設(shè)計(jì)的向?qū)Вㄟ^向?qū)Э梢院芊奖愕貥?gòu)建555定時(shí)器應(yīng)用電路。9.2.4555定時(shí)器仿真與分析

單擊菜單“Tools”→“CircuitWizards”→“555TimerWizard”命令，可啟動(dòng)定時(shí)器使用向?qū)?。“Type”下拉列表框中的選項(xiàng)列表可以設(shè)定555定時(shí)電路的兩種工作方式：無穩(wěn)態(tài)工作方式和單穩(wěn)態(tài)工作方式。1.555定時(shí)電路的無穩(wěn)態(tài)工作方式的仿真分析9.2.4555定時(shí)器仿真與分析參數(shù)說明：

Vs：工作電壓。

Frequency：工作頻率。

Duty：占空比。

C：電容大小。

Cf：反饋電容大小。

R1、R2、RL：電阻，其中R1、R2不可更改。1.555定時(shí)電路的無穩(wěn)態(tài)工作方式的仿真分析9.2.4555定時(shí)器仿真與分析

將輸出信號(hào)頻率設(shè)為500Hz，占空比設(shè)為50%，工作電壓設(shè)為12V，單擊“BuildCircuit”按鈕，即可生成無穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路。1.555定時(shí)電路的無穩(wěn)態(tài)工作方式的仿真分析9.2.4555定時(shí)器仿真與分析輸出信號(hào)波形2.555定時(shí)電路的單穩(wěn)態(tài)工作方式的仿真分析9.2.4555定時(shí)器仿真與分析

Vs：電壓源。

Vini：輸入信號(hào)高電平電壓。

Vpulse：輸入信號(hào)低電平電壓。

Frequency：工作頻率。

InputPulseWidth：輸入脈沖寬度。

OutputPulseWidth：輸出脈沖寬度。

C：電容大小。

Cf：反饋電容大小。

R1，R：電阻器值，其中電阻值R不可更改。2.555定時(shí)電路的單穩(wěn)態(tài)工作方式的仿真分析9.2.4555定時(shí)器仿真與分析

將輸出信號(hào)頻率設(shè)為500Hz，工作電壓設(shè)為12V，其他設(shè)定如圖所示，單擊“BuildCircuit”按鈕，即可生成單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路。2.555定時(shí)電路的單穩(wěn)態(tài)工作方式的仿真分析9.2.4555定時(shí)器仿真與分析

觸發(fā)信號(hào)由脈沖信號(hào)源提供，每當(dāng)信號(hào)源向555芯片提供一個(gè)負(fù)脈沖都會(huì)觸發(fā)電路，使其輸出一定寬度的脈沖信號(hào)，且輸出脈沖持續(xù)一定的時(shí)間后自行消失。9.3A/D與D/A轉(zhuǎn)換電路的分析與設(shè)計(jì)ADC的主要功能是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，其輸入/輸出說明如下：

Vin：模擬電壓信號(hào)的輸入端子。

Vref+，Vref-：參考電壓“+”、“-”端子，接直流參考電源的正極和負(fù)極，ADC輸入模擬信號(hào)的范圍不能超過該參考電壓，正負(fù)電壓差也是ADC轉(zhuǎn)換精度的決定因素之一。

SOC：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)端，該端口電平從低電平變成高電平時(shí)，轉(zhuǎn)換開始。

EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位輸出端，高電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。9.3.1A/D轉(zhuǎn)換電路的仿真分析9.3A/D與D/A轉(zhuǎn)換電路的分析與設(shè)計(jì)

滑動(dòng)變阻器R1構(gòu)成分壓電路，通過改變滑動(dòng)變阻器的大小，即可改變輸入模擬信號(hào)的大小，ADC輸出的高4位和低4位分別接1個(gè)數(shù)碼管，顯示輸入模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。9.3.1A/D轉(zhuǎn)換電路的仿真分析9.3A/D與D/A轉(zhuǎn)換電路的分析與設(shè)計(jì)

信號(hào)源輸出方波信號(hào)，接ADC的“SOC”端，當(dāng)信號(hào)源輸出高電平時(shí)，ADC啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，“EOC”輸出低電平，通過示波器觀測(cè)二者的波形可知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要約1μs。9.3.1A/D轉(zhuǎn)換電路的仿真分析9.3A/D與D/A轉(zhuǎn)換電路的分析與設(shè)計(jì)

在上述A/D仿真電路基礎(chǔ)上添加一個(gè)VDAC芯片，將ADC的輸出信號(hào)接到VDAC的輸入端，實(shí)際上是將ADC的輸入模擬信號(hào)先進(jìn)行模擬—數(shù)字變換，然后再進(jìn)行數(shù)字—模擬變換。9.3.2D/A轉(zhuǎn)換電路的仿真分析9.3A/D與D/A轉(zhuǎn)換電路的分析與設(shè)計(jì)

利用雙蹤波器對(duì)原信號(hào)和DAC輸出信號(hào)進(jìn)行比較觀察，將示波器A通道接在ADC的模擬信號(hào)輸入端，B通道接在VDAC的模擬信號(hào)輸出端。9.3.2D/A轉(zhuǎn)換電路的仿真分析9.4多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

先完成顯示電路、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路和振蕩電路等單元電路設(shè)計(jì)，最后再由單元電路搭接成完整的數(shù)字鐘。9.4.1數(shù)字鐘功能分析Multisim14中提供了兩種數(shù)碼管。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)1.數(shù)碼顯示器不需譯碼管的數(shù)碼管需要譯碼器的數(shù)碼顯示7段數(shù)碼管由74LS48進(jìn)行了譯碼，從74LS48的A、B、C、D端輸入二進(jìn)制數(shù)即可顯示數(shù)據(jù)。為簡(jiǎn)化電路，本數(shù)字鐘電路采用不需譯碼器的數(shù)碼管。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)1.數(shù)碼顯示器

在數(shù)字鐘電路中，六十進(jìn)制計(jì)數(shù)和十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)是最基礎(chǔ)的電路部分，關(guān)系著時(shí)鐘計(jì)數(shù)的正確與否。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)2.六十進(jìn)制計(jì)數(shù)和十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)1）分、秒六十進(jìn)制電路設(shè)計(jì)

六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器可通過十進(jìn)制和六進(jìn)制計(jì)數(shù)器串聯(lián)而成，因?yàn)橥郊臃ㄓ?jì)數(shù)器74LS161可構(gòu)成十六進(jìn)制以下的任意計(jì)數(shù)器，六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以采用74LS161來進(jìn)行設(shè)計(jì)。將74LS161輸出端的0101（十進(jìn)制為5）狀態(tài)譯碼后接到Load端，即可在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到5后將輸出置0，實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)2.六十進(jìn)制計(jì)數(shù)和十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)1）分、秒六十進(jìn)制電路設(shè)計(jì)

同樣，把輸出端的1001（十進(jìn)制為9）狀態(tài)譯碼后引到Load端，即可在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到9后將輸出置0，實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)2.六十進(jìn)制計(jì)數(shù)和十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)1）分、秒六十進(jìn)制電路設(shè)計(jì)

經(jīng)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器串聯(lián)在一起就構(gòu)成了六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)2.六十進(jìn)制計(jì)數(shù)和十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)1）分、秒六十進(jìn)制電路設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)化整個(gè)數(shù)字鐘電路，把60進(jìn)制計(jì)數(shù)器做成子電路。選擇菜單中的Place-NewSubcirciut命令，出現(xiàn)子電路名稱編輯窗口如圖，輸入“60”，點(diǎn)“OK”后，在電路編輯窗口中出現(xiàn)一個(gè)方框如圖。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)2.六十進(jìn)制計(jì)數(shù)和十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)子電路名稱編輯窗口子電路符號(hào)1）分、秒六十進(jìn)制電路設(shè)計(jì)9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)2.六十進(jìn)制計(jì)數(shù)和十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)

雙擊工具欄窗口中的子電路名稱或點(diǎn)擊子電路符號(hào)左上角的圖標(biāo)“

”，打開子電路編輯窗口，在子電路編輯窗口中繪制電路的方法與繪制主電路的方法完全一致。也可以直接把設(shè)計(jì)好的電路拷到子電路編輯窗口中，把需要與外界連接的引腳印引出來，以便與主電路的其它部分相連接。具體做法是：選擇菜單中的Place-Connectors命令，如果引出的是輸入引腳則選擇“InputConnector”，如果引出的是輸出引腳則選擇“OutputConnector。1）分、秒六十進(jìn)制電路設(shè)計(jì)應(yīng)用60進(jìn)制子電路仿真六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其工作狀態(tài)與直接設(shè)計(jì)的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作狀態(tài)完全一樣。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)2.六十進(jìn)制計(jì)數(shù)和十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)1）分、秒六十進(jìn)制電路設(shè)計(jì)

用兩個(gè)74LS161來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)滿足十位為1、個(gè)位為2時(shí)，兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)清0，設(shè)計(jì)方法與六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器一樣。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)2.六十進(jìn)制計(jì)數(shù)和十二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)2）小時(shí)十二進(jìn)制電路設(shè)計(jì)用單刀雙擲開關(guān)切換計(jì)數(shù)功能與校時(shí)功能，切換到計(jì)數(shù)功能時(shí)，時(shí)鐘進(jìn)行正常的計(jì)數(shù)；切換到校時(shí)功能時(shí)，校時(shí)電路輸出校時(shí)脈沖，數(shù)字鐘的時(shí)、分電路在校時(shí)脈沖的作用下進(jìn)行校時(shí)。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)3.校時(shí)電路設(shè)計(jì)2）小時(shí)十二進(jìn)制電路設(shè)計(jì)由555定時(shí)器構(gòu)成的1kHz的自激振蕩器9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)4.振蕩器用3個(gè)74LS90串聯(lián)構(gòu)成了千分頻的電路，則上述振蕩電路輸出的便是1Hz的信號(hào)。9.4.2數(shù)字鐘各單元電路設(shè)計(jì)4.振蕩器9.4.3數(shù)字鐘各單元電路集成設(shè)計(jì)與仿真數(shù)字鐘總電路圖第10章Multisim14在電力電子電路仿真中的應(yīng)用CHINAMACHINEPRESS機(jī)械工業(yè)出版社問題電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，主要應(yīng)用于電力變換。

常見的電力變換包括：交流-直流變換（AC/DC）、直流-直流變換（DC/DC）、交流-交流變換（AC/AC）、直流-交流變換（DC/AC）。

本章在介紹其工作原理基礎(chǔ)上，主要應(yīng)用Multisim14對(duì)電力電子電路進(jìn)行仿真，以便更好地掌握電力電子技術(shù)基本電路原理和功能。10.1交流-直流變換交流-直流（AC-DC）變換時(shí)指將工業(yè)電網(wǎng)中那的單相或三相對(duì)稱正弦220V/380V、50Hz交流電壓變換成直流電壓，由交流變換成直流的電路稱為整流電路。電源電路中的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種，按組成的器件可分為不可控、半控和全控三種方式。本節(jié)主要對(duì)可控的整流電路進(jìn)行仿真分析。10.1.1單相可控整流電路從Multisim14元件工具欄中分別調(diào)用元件，調(diào)用單向交流電壓源AC-POWER、晶閘管SCR、脈沖電壓源PULSE-VOLTAGE、電阻元件，調(diào)用雙通道示波器XSC1，按照單向半波可控整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的要求建立仿真電路，如圖9-1所示。電源器件參數(shù)設(shè)置為：V1=220V，f=50Hz，，R1=1。圖9-1單相半波可控整流電路10.1交流-直流變換1.單相半波可控整流電路（1）t=0ms時(shí)，觸發(fā)角為0°雙擊PULSE_VOLTAGE，打開設(shè)置窗口，設(shè)置脈沖電壓源周期T=0.02s，設(shè)置延時(shí)t從而改變晶閘管的觸發(fā)角（1）當(dāng)t=0ms時(shí)，觸發(fā)角為0°；（2）當(dāng)t=3.3ms時(shí)，觸發(fā)角為60°。（2）t=3.3ms時(shí)，觸發(fā)角為60°圖9-3單相半波可控整流電路仿真電路10.1.1單相可控整流電路10.1交流-直流變換1.單相半波可控整流電路根據(jù)單相半波帶濾波可控整流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在輸出端并聯(lián)濾波電容器C1（22mF），電路如圖9-4所示。仿真運(yùn)行后，電路如圖所示。從圖9-5中可見，由于濾波電容的存在，使得負(fù)載電壓的脈動(dòng)減小，負(fù)載電壓趨于平緩。圖9-5單相半波帶濾波可控整流電路仿真波形10.1.1單相可控整流電路10.1交流-直流變換1.單相半波可控整流電路圖9-4單相半波帶濾波可控整流電路在全波整流電路中，選擇兩個(gè)整流器件和代中心抽頭的電源變壓器組成全波整流電路。通過整流器件在正負(fù)半周內(nèi)的通斷，使交流電的兩半周期都得到了利用，提高了整流器的效率。圖9-6單相全波可控整流電路10.1.1單相可控整流電路10.1交流-直流變換2.單相全波可控整流電路設(shè)置脈沖電壓源V2和V3的觸發(fā)脈沖，周期脈寬為20ms（電壓頻率f=50Hz），設(shè)置脈沖電壓源的延時(shí)時(shí)間，以改變晶閘管的觸發(fā)角，從而改變輸出電壓的波形。啟動(dòng)仿真，單相全波可控整流電路的輸出電壓曲線如圖9-8所示。對(duì)于單相全波可控整流電路，負(fù)載電流連續(xù)變化。圖9-6單相全波可控整流電路10.1.1單相可控整流電路10.1交流-直流變換2.單相全波可控整流電路單相橋式半控整流電路中，交流電壓源V1為220V，脈沖電壓源V2和V4構(gòu)成晶閘管S1和S2的觸發(fā)電路，晶閘管S1、S2和D1、D2構(gòu)成整流橋，電阻R1為電路負(fù)載。根據(jù)橋式電路的特點(diǎn)，只要控制晶閘管導(dǎo)通，則負(fù)載上總有正向電壓，負(fù)載電流單方向流動(dòng)，單相橋式半控整流電路如圖9-9所示。圖9-9單相橋式半控整流電路10.1.2單相橋式整流電路10.1交流-直流變換1.單相橋式半控整流電路（a）10.1.2單相橋式整流電路10.1交流-直流變換1.單相橋式半控整流電路設(shè)置V1、V2延時(shí)時(shí)間，以改變觸發(fā)角度，仿真波形如圖9-11所示。（1）設(shè)置V1延時(shí)時(shí)間為0ms，觸發(fā)角0°；V2延時(shí)時(shí)間10ms，觸發(fā)角180°，仿真波形如圖（a）所示。（2）設(shè)置V1延時(shí)時(shí)間為3.3ms，觸發(fā)角60°；V2延時(shí)時(shí)間13.3ms，觸發(fā)角240°，仿真波形如圖（b）所示。（b）圖9-11單相橋式半控整流電路10.1.2單相橋式整流電路10.1交流-直流變換2.單相橋式全控整流電路創(chuàng)建單相橋式全控整流電路如圖9-12所示。其中，V1為220V交流電壓源，V2~V4脈沖電壓源是晶閘管的控制電路，S1~S4組成橋式整流，R3為電路負(fù)載。圖9-12單相橋式全控整流電路10.1.2單相橋式整流電路10.1交流-直流變換2.單相橋式全控整流電路設(shè)置V2、V3延時(shí)時(shí)間為2ms、觸發(fā)角36°；V4、V5延時(shí)時(shí)間12ms，觸發(fā)角216°，仿真波形如圖9-13所示。從圖9-13中可以看出，單相橋式全控整流電路的輸出電壓為一串脈動(dòng)電流波，可通過修改脈沖電壓源的延時(shí)時(shí)間來改變觸發(fā)角，輸出電壓的波形隨之改變。圖9-13單相橋式全控整流電路仿真波形10.1.3三相橋式整流電路10.1交流-直流變換當(dāng)整流電路的電源為三相交流電時(shí)，構(gòu)成三相整流電路，目前，在各種整流電路中，應(yīng)用最廣泛的就是三相橋式全控整流電路。三相橋式整流電路習(xí)慣上將其中陰極連接在一起的晶閘管（S1、S3、S5）稱為共陰極組，陽極連接在一起的三個(gè)晶閘管（S2、S4、S6）稱為共陽極組。此外，習(xí)慣上希望晶閘管從1至6的順序?qū)ǎ瑸榇?，將晶閘管按圖9-14中的順序進(jìn)行編號(hào)。圖9-14三相橋式整流電路10.1.3三相橋式整流電路10.1交流-直流變換將交流電壓源設(shè)置為220V，f=50Hz，晶閘管相位角控制器U1頻率設(shè)為50Hz，可調(diào)電壓源輸出電壓的大小就是觸發(fā)角度的大小，將此時(shí)V4的電壓幅值調(diào)為30V，即晶閘管的觸發(fā)角α=30°。啟動(dòng)仿真，三相橋式全控整流電路的輸出電壓曲線如圖9-15所示。圖9-15三相橋式整流電路仿真波形10.2直流-直流變換直流-直流（DC-DC）變換是將固定的直流電壓變換成固定或可調(diào)的直流電壓，也稱為直流斬波或DC/DC變換器。用斬波器實(shí)現(xiàn)直流變換的基本思想是通過對(duì)電力電子開關(guān)器件的快速通、斷控制把恒定的直流電壓或電流斬切成一系列的脈沖電壓或電流，在一定濾波的條件下，負(fù)載上可以獲得平均值可小于或大于電源的電壓或電流。如果改變開關(guān)器件通、斷的動(dòng)作頻率，或改變開關(guān)器件通、斷的時(shí)間比例，就可以改變這一脈沖序列的脈沖寬度，以實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流平均值的調(diào)節(jié)。斬波器廣泛用于電力牽引。例如地鐵、電力機(jī)車、無軌電車和電瓶搬運(yùn)車等直流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速。與傳統(tǒng)的在電路中串電阻調(diào)壓的方法相比，不僅有較好的起動(dòng)、制動(dòng)特性，而且省去體積大的直流接觸器和耗電大的變阻器，電能損耗也大大減少。10.2.1直流降壓斬波電路10.2直流-直流變換降壓式（BUCK）斬波電路是直流斬波電路中最基本的電路，是用IGBT作為全控型器件的降壓斬波電路，用于直流到直流的降壓變換。若斬波電路的開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間為ton，關(guān)斷時(shí)間為toff，則開關(guān)工作周期T=ton+toff。定義占空比為，則輸出電壓（Us為輸入電源電壓）。由此，當(dāng)Us一定時(shí)，改變D就可以調(diào)節(jié)輸出電壓Uo。圖9-16直流降壓斬波BUCK電路10.2.1直流降壓斬波電路10.2直流-直流變換按照直流降壓斬波電路，晶閘管Q2為電路的主開關(guān)，其控制信號(hào)由函數(shù)發(fā)生器XFG2提供，將其設(shè)置為方波，頻率為500Hz，振幅10V，偏置為0V，占空比50%，運(yùn)行仿真，輸出波形如圖9-17所示。該電路為帶電容濾波的降壓斬波電路，電容可以過濾掉諧波分量，一般采用LC濾波器，輸出電壓波動(dòng)小，是一個(gè)恒定的直流電壓，可以用做開關(guān)型穩(wěn)壓電路。圖9-17直流降壓斬波BUCK仿真電路10.2.2直流升壓斬波電路10.2直流-直流變換直流升壓（Boost）斬波電路的輸出電壓高于輸入電壓，控制開關(guān)與負(fù)載并聯(lián)連接，電容C必須足夠大，以保證輸出電壓的穩(wěn)定，電感L能夠儲(chǔ)存電能，使電壓有泵的作用。若斬波電路的開關(guān)工作周期T=ton+toff。定義占空比為，則輸出電壓（Us為輸入電源電壓）。由此可見，當(dāng)Us一定時(shí)，改變D就可以調(diào)節(jié)輸出電壓Uo。圖9-18直流升壓（Boost）斬波電路10.2.2直流升壓斬波電路10.2直流-直流變換直流升壓斬波仿真電路如圖9-17所示。V1是9V直流電源，電力場(chǎng)效應(yīng)管Q1（2SK3070L）為開關(guān)管，柵極受脈沖發(fā)生器XFG1控制，二極管D1起續(xù)流作用，電容C1和電阻R1并聯(lián)構(gòu)成電路負(fù)載。圖9-18直流升壓（Boost）斬波電路10.2.2直流升壓斬波電路10.2直流-直流變換設(shè)置XFG1的頻率，占空比，振幅和偏置電壓等參數(shù)。當(dāng)頻率設(shè)置為50Hz時(shí)，運(yùn)行仿真，對(duì)于由電力場(chǎng)效應(yīng)管組成的直流升壓斬波電路的輸出電壓為一連串有擾動(dòng)的直流電壓，在短暫的上升之后，趨于穩(wěn)定后約為20V，如圖9-20所示。輸出電壓值可以通過XFG1頻率設(shè)置調(diào)整，隨著XFG1頻率設(shè)置降低，輸出電壓值升高。圖9-20直流升壓斬波Boost電路仿真波形10.2.3直流降壓-升壓斬波電路10.2直流-直流變換直流降壓-升壓斬波變換電路（Buck-Boost）的輸出電壓可以高于或低于輸入電壓，是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器，但其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。輸出電壓滿足公式，控制脈沖源的占空比，如果占空比大于1/2，則升壓；反之降壓。圖9-21Buck-Boost電路10.2.3直流降壓-升壓斬波電路10.2直流-直流變換直流降壓-升壓斬波仿真電路如圖9-21所示。V1為12V直流電源，V2為受控源,V3為脈沖源，V2和V3一起組成開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路，Q1為開關(guān)管，柵極受電壓控制電壓源V2控制，V2受脈沖源V3控制，可以通過設(shè)置脈沖源V3的參數(shù)來改變占空比和輸出電壓的值。圖9-21Buck-Boost電路10.2.3直流降壓-升壓斬波電路10.2直流-直流變換（1）升壓（D>0.5）設(shè)置脈沖源V3的初始值，脈沖值，脈沖寬度，周期等，設(shè)置脈沖寬度為0.6ms，脈沖周期1ms，占空比D=0.6，運(yùn)行仿真結(jié)果如圖9-22所示，可以看到輸出電壓在一段時(shí)間后趨于穩(wěn)定約30V（其輸出電壓的極性與輸入電壓相反）。圖9-22D>0.5升壓時(shí)電路波形10.2.3直流降壓-升壓斬波電路10.2直流-直流變換（2）降壓（D<0.5）當(dāng)設(shè)置脈沖源V3的脈沖寬度為0.2ms，脈沖周期1ms，占空比D=0.2，運(yùn)行仿真，仿真結(jié)果如圖9-23所示，可以看到，輸出電壓在短暫的上升之后趨于穩(wěn)定，約為2.2V。圖9-23

D<0.5升壓時(shí)電路波形10.3逆變電路與整流相對(duì)應(yīng)，直流-交流（DC-AC）變換是把直流電變成交流電，稱為逆變。在逆變電路中，把直流電經(jīng)過直交變換，向交流電源反饋能量的變換電路稱為有源逆變；將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)載所需要的不同頻率和電壓值的交流電稱為無源逆變，也是以電子開關(guān)器件控制構(gòu)成的PWM運(yùn)行方式。一般情況下，逆變電路多指無源逆變電路。逆變電路可以在控制電路的控制下，將直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源輸出，其應(yīng)用廣泛，通常是變頻器的核心部件。10.3.1DC-AC單相橋式逆變電路10.3逆變電路單相橋式逆變器屬于無源逆變電路，在由電力電子器件組成的橋式電路中，改變兩組開關(guān)的頻率，可改變輸出交流電的頻率，輸出交流電的頻率與兩組開關(guān)的切換頻率成正比，由此實(shí)現(xiàn)了直流電到交流電的逆變，下面是負(fù)載為電阻時(shí)的DC-AC單相橋式逆變電路，如圖9-24所示。圖9-24

DC-AC單相橋式逆變電路1.DC-AC單相橋式逆變電路10.3.1DC-AC單相橋式逆變電路10.3逆變電路在圖9-24中，V1是輸入直流電壓，晶體管S1-S4構(gòu)成逆變電路，交流電壓源和單相PWM控制器U1組成晶體管驅(qū)動(dòng)電路，電阻R為負(fù)載。圖9-24

DC-AC單相橋式逆變電路1.DC-AC單相橋式逆變電路10.3.1DC-AC單相橋式逆變電路10.3逆變電路設(shè)置V2的參數(shù)作為PWM控制器的調(diào)制波（圖（a）），設(shè)置U1的參數(shù)作為載波（圖（b）），參數(shù)設(shè)置如圖所示9-25所示，運(yùn)行仿真。圖9-25V2和U1的參數(shù)設(shè)置1.DC-AC單相橋式逆變電路（a）（b）10.3.1DC-AC單相橋式逆變電路10.3逆變電路在圖9-24中，V1是輸入直流電壓，晶體管S1-S4構(gòu)成逆變電路，交流電壓源和單相PWM控制器U1組成晶體管驅(qū)動(dòng)電路，電阻R為負(fù)載。圖9-24

DC-AC單相橋式逆變電路1.DC-AC單相橋式逆變電路10.3.1DC-AC單相橋式逆變電路10.3逆變電路運(yùn)行仿真后，示波器XSC2中PWM的驅(qū)動(dòng)波形如圖9-26所示，示波器XSC1中為輸出波形如圖9-27所示。1.DC-AC單相橋式逆變電路圖9-26PWM的驅(qū)動(dòng)波形圖9-27DC-AC單相橋式逆變電路仿真波形10.3.1DC-AC單相橋式逆變電路10.3逆變電路在圖9-24的DC-AC單相橋式逆變電路增加一個(gè)濾波電感（1H）和電容（10uF），帶LC濾波的DC-AC全橋逆變電路如圖9-28所示，重新啟動(dòng)仿真后，可以看到一段時(shí)間穩(wěn)定后，輸出一個(gè)穩(wěn)定的正弦波，如圖9-29所示。2.帶LC濾波的DC-AC全橋逆變電路圖9-28帶LC濾波的DC-AC全橋逆變電路圖9-29帶LC濾波的DC-AC全橋逆變電路仿真波形10.3.2三相橋式逆變電路10.3逆變電路通常，中、大功率的三相負(fù)載均采用三相橋式逆變器，創(chuàng)建如圖所示的三相橋式逆變電路。其中V1為50V直流電源，功率MOSFET管Q1-Q6構(gòu)成逆變電路，電壓控制電壓源和三相PWM控制器U1組成晶體管驅(qū)動(dòng)電路，電感L、電容C和電阻R構(gòu)成負(fù)載。10.3.2三相橋式逆變電路10.3逆變電路由于電路復(fù)雜，連線較多，為方便觀察，常采用連接器連接，能夠減少電路連接中繁雜的線條。從元件庫調(diào)用所需元件，將PWM控制電路與晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)電路采用在頁連接器，通過相同的連接器名稱進(jìn)行相連，隱去中間的連接線，整個(gè)圖直觀又清晰。10.3.3正弦脈寬調(diào)制逆變電路10.3逆變電路PWM（PulseWidthModulation）控制是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。PWM控制技術(shù)再逆變電路中的應(yīng)用最廣泛。SPWM（SinusoidalPWM）是脈沖的寬度按照正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，具有輸出諧波小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，是現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的脈寬調(diào)制方式之一。SPWM是采用一個(gè)正弦波與三角波相交的方案確定各分段矩形脈沖的寬度，以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波，并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波，當(dāng)調(diào)制波和載波相交時(shí)，由他們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得再正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。10.3.3正弦脈寬調(diào)制逆變電路10.3逆變電路SPWM產(chǎn)生電路如圖9-32所示，函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為1kHz的三角波信號(hào)作為載波信號(hào)，函數(shù)發(fā)生器XFG2產(chǎn)生的50Hz正弦信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，比較器作為調(diào)制器。三角波信號(hào)和正弦波信號(hào)分別加在比較器的正相和反相輸入端，通過比較器輸出的SPWM波。1.SPWM產(chǎn)生電路圖9-32SPWM產(chǎn)生電路10.3.3正弦脈寬調(diào)制逆變電路10.3逆變電路XFG1和XFG2的設(shè)置如圖9-33所示。1.SPWM產(chǎn)生電路圖9-33SPWM產(chǎn)生電路10.3.3正弦脈寬調(diào)制逆變電路10.3逆變電路從圖9-34中可以看出，經(jīng)過比較器產(chǎn)生的波形是一系列等幅不等寬的矩形，在半個(gè)周期內(nèi)呈呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。1.SPWM產(chǎn)生電路圖9-34SPWM產(chǎn)生電路波形10.4交流-交流變換交流-交流（AC-AC）變換器是將一種形式的交流電變換成另一種形式的交流電。通常，將僅改變交流電壓有效值的變換器稱為交流調(diào)壓器，而將改變交流電壓有效值和頻率的變換器稱為交-交變頻電路。10.4交流-交流變換由晶閘管及控制電路組成的交流調(diào)壓電路，可方便調(diào)節(jié)輸出的交流電壓。創(chuàng)建如9-34所示的單相交流調(diào)壓仿真電路，其中，V1為交流輸入電壓，晶閘管S1、S2反并聯(lián)后接在交流電源和負(fù)載之間，S1控制交流電源正半周的通斷，S2控制交流電源負(fù)半周的通斷。其門極控制信號(hào)分別由脈沖源V2和V3提供，V2和V3的觸發(fā)時(shí)間相差10ms，V3先觸發(fā)。10.4.1單相交流調(diào)壓電路圖9-35單相交流調(diào)壓電路10.4交流-交流變換啟動(dòng)仿真，單相交流調(diào)壓電路的輸出電壓如圖9-36所示。調(diào)整脈沖源V2、V3的觸發(fā)時(shí)間，可調(diào)整輸出電壓的有效值，輸出電壓波形隨之改變。10.4.1單相交流調(diào)壓電路圖9-35單相交流調(diào)壓電路仿真波形10.4交流-交流變換交-交變頻器是把工頻交流電直接變換成不同頻率的交流電路，也叫周波變換器。電路由兩組反并聯(lián)的三項(xiàng)晶閘管可逆變換器構(gòu)成，運(yùn)行正、反兩組變流器的觸發(fā)角α隨時(shí)間線性變化，使輸出電壓平均值為正弦波。當(dāng)改變觸發(fā)角α的變化率，則輸出電壓平均值變化的速率也變化，也就改變了輸出電壓的頻率；同時(shí)，當(dāng)改變觸發(fā)角α的變化范圍時(shí)，也改變了輸出電壓的最大值極交流電壓的有效值。10.4.2單相交-交變頻電路10.4交流-交流變換創(chuàng)建如圖9-3所示的單相交-交變頻仿真電路。其中，V1為50Hz的三相交流電源，晶閘管S1-S6組成三相晶閘管正組變流器，晶閘管S7-S12組成三相晶閘管反組變流器，可調(diào)電壓源V2和橋式電路的相位角控制器U1組成晶閘管的控制電路，R1和L1構(gòu)成負(fù)載。10.4.2單相交-交變頻電路圖9-37單相交交變頻電路10.4交流-交流變換啟動(dòng)仿真，交-交變頻電路的輸出電壓如圖9-38所示。調(diào)整脈沖源的觸發(fā)時(shí)間，改變觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間，可調(diào)整輸出電壓的頻率和有效值，輸出電壓波形隨之改變。10.4.2單相交-交變頻電路圖9-38交交變頻電路仿真波形10.5本章小結(jié)本章主要應(yīng)用Multisim14軟件對(duì)電力電子技術(shù)中整流電路、逆變電路、AC/AC電路、DC/DC電路進(jìn)行仿真，將其結(jié)構(gòu)原理形象化、波形圖可視化，提高學(xué)習(xí)效率，學(xué)生能夠在仿真過程中加深對(duì)基本變換電路的理解，培養(yǎng)邏輯思維和科學(xué)思維，不斷探索理論知識(shí)點(diǎn)的含義，培養(yǎng)拓展能力和創(chuàng)新精神。電力電子技術(shù)是支撐我國(guó)電力能源、航空航天、國(guó)防軍工等國(guó)家重大需求的關(guān)鍵基礎(chǔ)性技術(shù)之一，是兼具知識(shí)基礎(chǔ)和工程應(yīng)用性的專業(yè)課程。學(xué)生能夠通過基本變換電路的理解和仿真應(yīng)用，感受國(guó)家科技發(fā)展速度，激發(fā)中華民族自豪感和使命感，形成以愛國(guó)為核心的創(chuàng)造精神和奮斗精神，引導(dǎo)學(xué)生在時(shí)代洪流中的情感共鳴，持續(xù)創(chuàng)新思維，不斷拓展視野。第11章Multisim14在高頻電子電路仿真中的應(yīng)用CHINAMACHINEPRESS機(jī)械工業(yè)出版社問題高頻電子電路是在高頻段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)特定電子功能的電路，它被廣泛地應(yīng)用于通信系統(tǒng)和各種電子設(shè)備中，對(duì)高頻電子電路的分析主要包括電路中高頻信號(hào)的產(chǎn)生、放大和變換等。本章在總結(jié)高頻電子電路的幾種主要功能的電路原理的基礎(chǔ)上，主要介紹如何利用Multisim14仿真軟件對(duì)上述功能進(jìn)行仿真分析，以便于更好地掌握高頻電子電路的原理和功能。11.1高頻小信號(hào)諧振放大電路高頻小信號(hào)諧振放大電路是集放大和選頻功能于一體，由有源放大元件和無源選頻網(wǎng)絡(luò)所組成的高頻電子電路，在通信設(shè)備中主要用于接收機(jī)的高頻和中頻放大器，目的是對(duì)系統(tǒng)中有用的高頻小信號(hào)進(jìn)行線性電壓放大和頻率選擇。11.1高頻小信號(hào)諧振放大電路11.1.1高頻小信號(hào)諧振放大電路的組成高頻小信號(hào)諧振放大電路的基本組成包括晶體管、負(fù)載、輸入信號(hào)和直流饋電等。圖10-1所示為一典型高頻小信號(hào)諧振放大電路，其晶體管基極為正偏，工作在甲類，負(fù)載為L(zhǎng)C并聯(lián)諧振回路，調(diào)諧在輸入信號(hào)的頻率465kHz上。圖10-1典型高頻小信號(hào)諧振放大電路11.1高頻小信號(hào)諧振放大電路11.1.1高頻小信號(hào)諧振放大電路的組成在Multisim14仿真軟件的電路窗口中，創(chuàng)建如圖10-1所示的高頻小信號(hào)諧振放大電路模型，其中晶體管Q1選用虛擬晶體三極管。單擊仿真按鈕，即可從示波器中觀察到輸入信號(hào)和輸出信號(hào)波形，如圖10-2所示。圖10-2輸入和輸出波形11.1高頻小信號(hào)諧振放大電路11.1.1高頻小信號(hào)諧振放大電路的組成如圖10-2所示，創(chuàng)建的高頻小信號(hào)諧振放大電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)方向相反，且輸出信號(hào)幅值（105.497V）是輸入信號(hào)幅值（-9.707V）的-11.87倍，即圖10-1所示的高頻小信號(hào)諧振放大電路能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行反相放大。圖10-2輸入和輸出波形11.1高頻小信號(hào)諧振放大電路11.1.2高頻小信號(hào)諧振放大電路LC選頻回路LC選頻回路是高頻電子電路中最基本，應(yīng)用最廣泛的選頻網(wǎng)絡(luò)，是構(gòu)成高頻諧振放大器、正弦波振蕩電路及各種選頻電路的重要基礎(chǔ)部件。LC選頻回路可以從不同頻率的多種輸入信號(hào)中篩選出有用信號(hào)，抑制無用信號(hào)和噪聲，這對(duì)于提高整個(gè)電路的輸出信號(hào)質(zhì)量和抗干擾能力是極其重要的。此外，通過靈活運(yùn)用L、C元器件，還可以實(shí)現(xiàn)各種形式的阻抗變換電路。11.1高頻小信號(hào)諧振放大電路11.1.2高頻小信號(hào)諧振放大電路LC選頻回路圖10-3中，R是電感線圈中的損耗電阻，is和Rs1是并聯(lián)諧振回路的外加信號(hào)源，us和Rs2是串聯(lián)諧振回路的外加信號(hào)源；Zp和Zs分別是并聯(lián)諧振回路和串聯(lián)諧振回路的回路等效阻抗。圖10-3典型LC單諧振回路電路結(jié)構(gòu)1.LC單諧振回路選頻特性(a)并聯(lián)諧振回路