基于Multisim11的压控振荡电路仿真设计

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基于Multisim11的压控振荡电路仿真设计

所在学院机械与电气工程学院

专业电气工程及其自动化

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我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《基于Multisim11的压控振荡电路仿真设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

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摘要

Multisim是美国国家仪器有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于初级的模拟及数字电路板的设计工作，Multisim不仅具有丰富的仿真分析能力，而且还包含了电路原理图的图形输入及电路硬件描述语言的输入方式。有了Multisim软件就相当于有了一个电子实验室，可以非常方便的从事各种电路设计及仿真分析工作。

随着无线通信技术的快速发展，使得市场对压控振荡电路产生了巨大的需求。压控振荡器是通过调节可变电阻或电容可以改变波形的振荡频率，一般是通过人工来调节的。而在自动控制场合往往要求能自动地调节振荡频率。常见的情况是给出一个控制电压，要求输出波形的振荡频率与控制电压成正比。这种电路称为压控振荡器。

本次设计的内容是基于Multisim11的压控振荡电路仿真设计，阐述了压控振荡器的电路原理以及组成结构。本次设计是采用集成运算放大器741芯片组成的滞回电压比较器和反向积分电路，利用二极管1N4148相当于电子开关的功能，控制电容的充放电时间，构成的压控振荡电路，从而实现输入电压对输出频率变化的控制。只要改变输入端的电压，就可以改变输出端的输出频率。并在电路设计与仿真平台Multisim11仿真环境中创建集成压控振荡器电路模块，进而使用Multisim仿真工具对其进行仿真从而达到设计的目的和要求。

关键词：Multisim，压控振荡器，1N4148

Abstract

National Instruments Multisim is introduced in Windows-based simulation tool for primary analog and digital circuit board design, Multisim simulation analysis not only has the ability to enrich it, and also includes a circuit schematic graphical input and input circuit hardware description language. With Multisim software has the equivalent of an electronic laboratory can be very convenient to a variety of circuits in the design, simulation and analysis.

With the rapid development of wireless communication technology, making the market for a voltage controlled oscillator circuit generates a huge demand. By adjusting the voltage controlled oscillator is a variable resistor or capacitor can change the oscillation frequency of the waveform is generally adjusted by the manual. In the automatic control applications often require the oscillation frequency can be automatically adjusted. Common case is given a control voltage and oscillation frequency control voltage required is proportional to the output waveform. This circuit is called VCO.

The design is based on the contents of the voltage controlled oscillator circuit simulation Multisim11 designed to explain the principles of the VCO circuit structure and composition. The design of an integrated operational amplifier is composed of 741 chips, and the hysteresis comparator reverse integration circuit using a diode 1N4148 equivalent electronic switch, control charge and discharge time of the capacitor, voltage controlled oscillation circuit, enabling the input voltage control of the output frequency variation. As long as the input voltage changes, the output terminal can change the output frequency. And create integrated VCO circuit module in the circuit design and simulation platform Multisim11 simulation environment, and then use them Multisim simulation tools to achieve the objectives and requirements of simulation design.

Key Words:Multisim, VCO, 1N4148

目录

摘要 ......................................................................................................................................... I Abstract...................................................................................................................................... II 目录 ...................................................................................................................................... III 第1章概述 (1)

1.1 Multisim简介 (1)

1.2 Multisim发展 (1)

1.3 Multisim11新增的功能 (2)

1.4 Multisim主要特点 (3)

第2章压控振荡电路的总体设计 (5)

2.1设计要求 (5)

2.2总体设计框图 (5)

2.3压控振荡电路芯片的介绍 (5)

2.4压控振荡电路分立元器件的介绍 (7)

第3章单元电路的设计 (8)

3.1滞回比较器的设计 (8)

3.2反相积分电路的设计 (10)

第4章压控振荡电路的基本原理 (12)

4.1电路的构成及工作原理 (12)

4.2振荡频率与输入电压的函数关系 (12)

第5章压控振荡电路的仿真与调试 (14)

5.1运行与仿真 (14)

5.2原理图及PCB板图的绘制 (16)

5.3 仿真与实测分析 (18)

总结 (21)

参考文献 (22)

致谢 (23)

第1章概述

1.1 Multisim简介

Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于初级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim 提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。

1.2 Multisim发展

本论文用的是Multisim 11版本。此软件的历史版本升级情况为EWB4.0 >EWB5.0> EWB6.0> Multisim2001>Multisim 7> Multisim 8，后来由美国国家仪器（NI）有限公司收购Interactive Image Tecnologie，自此起版本为Multisim 9> Multisim 10> Multisim 11。Multisim2001是一个用于电路设计和仿真的EDA工具软件，由于其强大的功能，形象生动的仿真效果，友好的界面，丰富的元件库和仪表库，在我国各级各类学校得到广泛的推广应用，尤其是电气类专业可以将其作为电子电路的教学示教、仿真实验、电子电路的设计等。

2003年推出的新版本Multisim7。它将以前的EWB5.0和Multisim2001版本功能大幅度的提高，比如在EWB5.0版本中做电路仿真实验调用虚拟仪器时，一个种类每次只能调用一台，这是一个很大的缺陷。又如Multisim2001版本，它与实际元器件相对应的

现实性仿真元器件模型只有6种，而Multisim7版本比此前的版本多增加了4种；Multisim2001版本的虚拟仪器只有11种，而Multisim7版本比此前的版本多增加了7种；尤其是像示波器这类常用的电子仪器，Multisim2001版本只是提供了双踪示波器，而Multisim7版本却能提供4踪示波器，这给做数字电路仿真实验等需要同时观察多路波形提供了一个极其方便的平台。又比如Multisim2001版本只能提供“亮”与“灭” 黑白两种状态指示灯，而Multisim7版本却能提供蓝、绿、红、黄、白5种状态的指示灯，使用起来更加方便。总而言之，Multisim7版本的电子仿真软件是一款比较先进、功能比较强大的仿真软件。

2004年底推出的新版本Multisim8在保留了EWB原版本形象直观等优点的基础之上，扩充了元件库中仿真元器件的数量，还大大提高了软件的仿真测试和分析功能，特别是增加了若干个与实际元器件相对应的建模精确的真实仿真元器件模型，使仿真结果更加精确、可靠。

2010年1月，由美国国家仪器（NI）有限公司推出的分别针对专业电路设计的教育版和专业版电路仿真软件Multisim11。这一款简单容易上手使用的Multisim软件以图形化的方式消除了以往传统电路仿真的复杂性，可以更好的帮助教育工作者、学生及工程师使用。Multisim11教育版专注于教学，内有电路教程和课件。这一系统帮助教育工作者吸引学生，用互动、动手操作的方式研究电路行为，深化电路理论。由于Multisim的交互式组件、模拟驱动仪器、实际的模拟和数字测量的整合，使Multisim在学术界、专科技术院校和大学获得了广泛应用。Multisim11专业版帮助工程师优化电路设计，减少错误和原型重复。

1.3 Multisim11新增的功能

（1）提高了Multisim原理图与Ultiboard布线之间的设计同步性与完整性。包括对于设计冲突的用户界面改进，允许对同一封装中多个门电路之间进行显式匹配的全新对话框以及通过电子表格视图中的结果标签页来更方便地找出那些容易被忽略的设计改动。（2）专为学生定制了NI myDAQ。NI myDAQ是一款适合大学工程类课程的便携式数据采集设备，集成了8个虚拟仪表。NI myDAQ、NI LabVIEW和Multisim三者可以协同进行实际的工程实验，使学生们在课堂或实验室之外也能接触原型系统并分析电路性能。

（3）扩展了原有元器件库。新增了源自Microchip、Texas Instruments、Linear Technologies

等公司的五百五十多种元器件，使元件总数达到一万七千余种。

（4）不断改进虚拟接口。所谓虚拟接口就是无须在连接点之间显式地放置连线，可以用虚拟接口进行网络连接，广泛用于单页、多页和层次结构的设计中。改进的方面有隐藏接口名称、精确名称定位和更安全的接口命名功能，以此来帮助用户创建可读性更高的原理图。

（5）提高打开和保存文件的速度以及移动组件、取消、更改和重新更改的速度。以前在Multisim中打开多个设计时，有时难以识别哪些设计是主动仿真设计，为了克服这种情况，仿真设计指示器出现在主动仿真设计旁边的设计工具栏（Design Toolbox）的层次（Hierarchy）标签内，设计者可以快速识别各种文档的层次关系。

（6）提升了可编程逻辑器件（PLD）原理图设计仿真与硬件实现一体化融合的性能。将一百多种新型基本元器件放置到仿真工作界面，搭接电路后可直接生成VHDL代码。（7）新增波特图分析仪。通过安装NI ELVISmx 驱动软件4.2.3及以上版本，用户可以访问一个新的NI ELVIS仪器——波特图分析仪，以帮助学生分析其实际电路。

（8）增加了AC单频分析。

（9）新增NI范例查找器。NI Multisim 11软件为了帮助用户熟悉仿真软件的使用，自身携带了大量的实例，用户可通过关键词或带有逻辑性的文件夹搜索所有范例进行学习。

1.4 Multisim主要特点

NI Multisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。Multisim 仿真软件自20世纪80年代产生以来，已经过数个版本的升级，除保持操作界面直观、操作方便、易学易用等优良传统外，电路仿真功能也得到不断完善。目前，其最新版本NI Multisim 11主要有以下特点。

（1）众多的虚拟仪表从最早的EWB 5.0含有7个虚拟仪表到NI Multisim 11提供22种虚拟仪器，这些仪器的设置和使用与真实仪表一样，能动态交互显示。用户还可以创建LabVIEW的自定义仪器，既能在LabVIEW图形环境中灵活升级，又可调入NI Multisim 11方便使用。

（2）直观的图形界面在NI Multisim 11中保持了原EWB图形界面直观的特点，电路仿真工作区就像一个电子实验工作台，元件和测试仪表均可直接拖放到屏幕上，可通过单击鼠标用导线将它们连接起来，虚拟仪器操作面板与实物相似，甚至完全相同。可方便

选择仪表测试电路波形或特性，可以对电路进行20多种电路分析，以帮助设计人员分析电路的性能。

（3）独特的虚实结合在NI Multisim 11电路仿真的基础上，NI公司推出教学实验室虚拟仪表套件（ELVIS），用户可以在NI ELVIS平台上搭建实际电路，利用NI ELVIS仪表完成实际电路的波形测试和性能指标分析。用户可以在NI Multisim 11电路仿真环境中模拟NI ELVIS的各种操作，为实际NI ELVIS平台上搭建、测试实际电路打下良好的基础。NI ELVIS仪表允许用户自定制并进行灵活的测量，还可以在NI Multisim 11虚拟仿真环境中调用，以此完成虚拟仿真数据和实际测试数据的比较。

（4）简化了FPGA应用在NI Multisim 11电路仿真环境中搭建数字电路，通过测试功能正确后，执行菜单命令将之生成原始VHDL语言，有助于初学VHDL语言的用户对照学习VHDL语句。用户可以将这个VHDL文件应用到现场可编程门阵列（FPGA）硬件中，从而简化了FPGA的开发过程。

（5）丰富的元件自带元件库中的元件数量已超过17000个，可以满足工科院校电子技术课程的要求。NI Multisim 11的元件库不但含有大量的虚拟分离元件、集成电路，还含有大量的实物元件模型，包括一些著名制造商，如Analog Device、Linear Technologies、Microchip、National Semiconductor以及Texas Instruments等。用户可以编辑这些元件参数，并利用模型生成器及代码模式创建自己的元件。

（6）完备的仿真分析以SPICE 3F5和XSPICE的内核作为仿真的引擎，能够进行SPICE 仿真、RF仿真、MCU仿真和VHDL仿真。通过NI Multisim 11自带的增强设计功能优化数字和混合模式的仿真性能，利用集成LabVIEW和Signalexpress可快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能。

（7）远程的教育用户可以使用NI ELVIS 和LabVIEW来创建远程教育平台。利用LabVIEW中的远程面板，将本地的VI在网络上发布，通过网络传输到其他地方，从而给异地的用户进行教学或演示相关实验。

（8）强大的MCU模块可以完成8051、PIC单片机及其外部设备（如RAM、ROM、键盘和LCD等）的仿真，支持C代码、汇编代码以及十六进制代码，并兼容第三方工具源代码；具有设置断点、单步运行、查看和编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。