数电课程设计_窗口电压比较器的Multisim仿真

1、数电课程设计窗口电压比较器的Multisim仿真班级：电科091班姓名：赵有以学号：09070101254 任务概述1.1设计目的：用Multisim对窗口电压比较器进行仿真。1.2任务及要求：1）用Multisim设计窗口电压比较器2）电压检测范围为48V3）当输入电压在检测范围内时，给出声音指示1.3设计说明与提示1）可用运放构造窗口电压比较器2）可以用运放产生方波，骡动蜂鸣器产生声音2.设计方案考虑使用使用运放完成设计。具体方案为，两个运放构成窗口电压比较器， 一个运放构成方波信号发生器驱动蜂鸣器发声。并用窗口电斥比较器的输出信号 控制方波信号的输出与否。3 总体电路功能框图及说明系统整

2、体结构如图1所示。窗口电压比较器负责对外部的输入电压进行检 测，为检测范围内时，电压比较器给出控制信号控制方波发生器产生方波，驱 动蜂鸣器发声。蜂鸣器图1系统整体结构4. 各功能模块的设计4.1窗口电压比较器窗口电压比较器的功能是，对外部的输入电压进行检测，当在检测范围内时, 电压比较器给出控制信号。电路原理图如图2所示：+ 12V图2窗I I电压比较器原理图由电路结构可知，tq+=12x 10 + 10 =8乙 u _ = 12x巴=47。10 + 10 + 10-10 + 10 + 10当输入电压vt <47时，均+>旳，冷+<咚，故ulo = 7cc=127,% = %

3、 = 0卩,D1 截止，D2 导通，P； = 07c当输入电压 Vt >8Z 时，u2+>u2_9 故ulo = 07 ,u2o = Vcc =12Z , DI 导通，D2 截止，匕=07。当输入电压4/ v X < 8/时，u1+ >坷.,心+ > u2_ ,故坷。= ycc= 12Z ,% =D1截止，D2截止，乙的值由后面电路确定。可见，对检测范围(4-8V)之外的电压，电路都能给出低电平信号，检测范 圉之内的电斥，能使输出处于浮空状态。因此，上面的设计满足要求。4.2方波发生器方波发生器的功能是，当窗口电匕较器输出有效信号(本设订中是浮空输 出)时，输出方

4、波信号，驱动蜂鸣器发声，其他情况下，将不输出方波信号。电 路原理图如3所示：=0.0022s设某时刻输出电斥叫= ?cc，则同相输入端电斥为咛=+6。通过R7对Cl 充电，反相输入端电位升高，到达一定时间后H亠将趋向于+ 5,但一旦 U3_ = +UT ,再稍微增大，叫将从c跳变为0,与此同时，“3+将从+5变为-内。 随后，电容放电，到达一定时间后©将趋向于-J 但一日.4=-S，再稍微 增大，“。将从0跳变为N，与此同时，"并将从-内变为+ S，电容乂开始正 向充电。上述过程周而复始，电路就产生了白激振荡。参考模拟电子技术基础可知，振荡周期为T = 1R.C, hi振荡

5、频率为/ = !/? = 455仕o同时考虑将前而的电压比较器输出接到反相输入端坷_的悄况。当电压比较 器处丁浮空输出时，电路心_不受前面电路的影响，将产生门激振荡；当电压比 较器输出低电平时，电容G将不能充电，也就不会发生|'|激振荡。电容C2的作用是通交隔肖。当电路不发生H激振荡时，分析可知,I卩g， 若无电容，蜂鸣器将继续发声。加入电容后，只有当电路产生门激振荡时，蜂鸣 器才发声。4.3整体电路图整体电路图如图4所示:5. 设计的实现5.1 Mutisim 简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推岀的以Windows为基础的仿真 匸具，适用于板级的模拟/数字电路板的设

6、计I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。匚程师们可以使用Multisim交互式地措建电路原理图，并对电路进行仿真。 Multisim提炼/ SPICE仿真的复杂内容，这样匸程帅无需懂得深入的SPICE技4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介设计流程。Multisim软件的启动界而和工作界而分别如如图5、图6所示：NATIONAL尸 INSTRUMENTSELECTROMC

7、S WORKBENCH GROJPznacyyChinaT31738750Multsim Power Pre tditonVerson 10.0.1寿Nl Multisim" 1010.0.1Imtjafczing: co-nmxfc (93%).图5 Multisim启动界面图5 Multisim I】作界而5.2器件的选择本设计屮用到的主耍器件是运放。考虑到仅仅是为了做仿真，验证电路功能 的正确性，因此可选用理想运放OPAMP_5T_VIRTUAL。在供电电路上，选择单电源供电。5.3设计的实现启动Multisim,按图4的电路图在Multisim中连好电路,并在输出电容C? 的

8、两侧用双通道示波器观察波形。电路在Multisim中的效果如图6所示:图6电路在Multisim中的效果6. 调试记录6.1出现的问题及解决方案在测试过程中，出现的问题及解决方案见表1: 表1出现的问题及解决方案出现的问题原因解决方案A点无波形方波发生器电路有误修正连接波形不理想运放选择错误使用理想运放电压比较器不起作用二极竹接反修正连接窗口电压不对R1-R3电阻有误更换电阻6.2最终的效果运行仿真，将会在计算机扬声器中听到声音。双击示波器，可观察到如图7 的波形：图7仿真结果7. 收获体会及改进想法7.1收获体会通过本次设计,使我了解了 Multisim使用,同时学会了利用Multisim设计 并仿真简单的电路。但需更注意，仿真永远只是模拟。仿真结果与实际结果在 一定的差距，要想知道电路的lE确与否，还得通过实际的电路來检验。7.2改进想法1）可以采用非理想运放如LM324