可变占空比方波发生器的设计与应用
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2 Multisim 软件的介绍
2.1 Multisim简介
仿真软件Multisim最早是由加拿大图像交互技术公（Interactive Image Technoligics，IIT)研发的电子电路仿真工具，由于经营不善，Multisim被美国国国家仪器公司（NI）收购，并将其更名为NI Multisim 。其主要是对模拟电路和数字电路仿真设计与开发，设计人员可以通过现进行电路设计输入，接着生成布线图，最后根据布线经行刻板和元器件的焊接。
现实中各个厂商所开发的电子元器件五花八门，虽然相同种类的元器件的功能一样，但是每一个元器件的具体参数都不尽相同，这无疑对电子电路开发者是个不小的麻烦。仿真软件Multisim的出现，解决了这个困扰着科技工作者的问题。Multisim中收录了各个厂商的生产的各种元器件，这些元器件在仿真环境下其性能是稳定的，这对于科技工作者设计电子电路来说，稳定开发环境是至关重要的。
Multisim的版本不断更新，目前Multisim 13软件是EWB软件的最新版本，它的推出进一步增强的Multisim仿真分析能力，给电路开发带来了广阔空间[2]。
2.2 Multisim 软件发展
EVB虚拟电子工作台软件自发布以来，从EVB4.0发展到现在的Multisim 13，其中由加拿大EWB （Electrical Workbench）的发展的版本有EWB4.0、EWB5.0、EWB6.0、Multisim2001、Multisim 7、Multisim 8，美国国家仪器（NI）有限公司发展的版本有Multisim 9、Multisim 10、Multisim 11、Multisim 12、Multisim 13。Multisim不断升级和完善的过程，使得Multisim的功能越来越强大，更加便捷地方便人们的操作[3]。
2.3 Multisim 软件特点
仿真软件Multisim之所以如此广泛应用，主要是因为其有便捷的操作界面和快速分析能力等特点。
（1）直观的图形界面
以前的电路实验中，我们利用设计原理图进行电路连接，事先选择好所需的电子元器件，然后搭建电路，通过测量工具分析设计电路是否达到设计要求。而仿真软件Multisim就是将上述步奏搬进计算机软件当中，通过实际操作，在相应的窗口中进行相应实时显示。
（2）分析工具
仿真软件Multisim具有很多分析工具，这些分析工具结合相应的仿真数据，进行一些常规到极端的分析，能够深度的分析你所设计电路的功能，像在理想的工作环境，极
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限工作环境下的性能等。主要的分析工具有：直流工作点分析、嵌套扫描分析、交流分析、线宽分析、瞬态分析、批处理分析、傅里叶分析、噪声分析、失真度分析等。
（3）测试仪器
Multisim提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量：万用表函数信号发生器、安捷伦示波器、瓦特表、测量探针、示波器、波特仪、字符发生器、泰克仿真示波器、逻辑分析仪等。
（4）详细的报告
利用仿真软件Multisim进行仿真，其是能够使呈现出电路建立后的错误报告，电路所使用的全部元器件详单，元器件的设置的参数列表，设计的原理图性能报表，电路模型参数报告等。
（5）独特的射频（RF）模块
提供基本射频电路的设计、分析和仿真。仿真软件Multisim中所提供的射频模块是由某些特殊的功能的元器件组成的，其中包括用户自定义射频调试模块，射频信号性能分析模块，射频信号网络匹配单元模块，射频信号网络分析模块等组成。
（6）兼容性好的信息转换
在仿真软件Multisim进行电路的仿真和性能分析时，可能我们需要某些特殊功能时，仿真软件Multisim自身并不具有，但是Multisim良好的兼容性，让用户可以利用其他软件经行辅助分析。主要是将用户在Multisim中产生的数据导入其他软件，进行后续分析。还有就是将其他软件的数据导入到仿真软件Multisim进行进一步处理两个主要方向。Multisim的良好的信息转换为用户的提供了广阔的开发环境。
（7）强大的MCU模块
最新版本仿真软件Multisim不在像原来的版本那样，无法在Multisim中建立单片机的电路和进行单片机C程序或汇编程序的导入。目前Multisim中可以提供多种型号的单片机供用户使用，而且用户还可以对单片机的参数进行相应的设置，另外用户也可以将编辑的好的C程序或汇编程序导入Multisim中的单片机中，也可以在Multisim中进行实时的编写，这大大加强的Multisim的功能，使Multisim由单纯的分立式元器件模式，发展扩大到程序模式，极大的提高电子设计人员的工作量。
（8）强大的仿真能力
虽然仿真软件Multisim功能和占有内存量不断增大，但是由于软件中内置具有强大处理功能的内核，以及对自身的不断优化，Multisim依旧可以非常流畅的运行。无论用户是在电路的建立，元器件参数的设定，仿真的分心等各个方面，Multisim都可以保证其运行的流畅Multisim仿真性能的不断优化，极大提高用户的使用的信心[4]。
2.4 Multisim 软件的电路设计应用
（1）航空航天应用：随着航空航天的设备不断发展，航天成本越来越大，利用仿
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真Multisim强大性能，有时完全可以代替相当多的不必要实物实验，进行相应的仿真，可以节约大量的成本和时间，对于航空航天的发展极为有利。
（2）半导体分析应用：21世纪电子技术的快速进步，离不开半导体的发展，而半导体的开发与研制，尤其其半导体的参数分析对于半导体极为重要。在半导体参数分析方面，Multisim扮演者重要较色。
（3）智能医疗设备的应用：Multisim提供的开发环境，对于医疗设备的开发及其有用，Multisim与医疗设备厂商合作，对于一些高端医疗仪器开发，无疑是大大降低开发周期，为人类的医疗事业的进步起到了助推器作用。
（4）环境保护应用：电子技术的不断发展，产生了越来越多的电子垃圾，这些电子垃圾对于环境和人类健康的影响是巨大的，推广的Multisim的使用，可以有效降低电子厂商的设备损耗，可以提高生产设备的质量，提高电子设备使用周期。
（5）汽车电子应用：人们生活水平的不断提高，小汽车的使用量也越来越多，将Multisim与汽车厂家的合作开发，对生产智能化，低耗能的汽车有着广阔的空间[5]。
2.5 Multisim 软件的教学应用
（1）模拟电路和分析
利用Multisim软件窗口化，所化即所得的模式，让学生在软件中对一些电子元器件、模拟电路进认知很分析，让学生在软件的各种仿真工具下分析每个元器件的作用和性能，在提高学生理论知识，同时开发者学生的头脑。并且让学生亲生利用软件设计一些模拟电路，来充分的提高他们对模拟电路技术的理解，与此同时也进一步的提高学生的实践动手能力。
（2）数字逻辑电路、微控制器和FPGA
Multisim包含数字逻辑门，计数器和微控制器和现场可编程门阵列的便于学生学习的电路模型，软件提供了数字逻辑电路、微控制器和FPGA的模型，学生可以利用软件详细的观察和思考这些电子电路模型。尤其在现场可编程门阵列方面，它的开发可以提高学生的编程兴趣和能力，对于一些程序化、智能化的电路有着很好示范作用。
（3）电力电子元件和系统
能源问题是当今社会的主流问题，合理的电力电子元件和系统的开发对能源问题的解决能起到很大促进作用。但是一些原有元器件的升级，尤其在日常生活中大量使用的一些损耗较大的元器件，这些元器件的推陈出新对能源的节约很有帮助。因此可以让学生们对自己先前所接触的的一些电力电子元件和系统进行仿真分析，根据仿真结果，设计优化的电力电子元件和系统。
（4）学生设计和科研项目
学生在平时的学习和实践中，可以利用Multisim为学生专门开发的免费版本，进行相应的电路仿真与分析，并利用Multisim生成布线图，在进行刻板。学生利用仿真软件
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可以使自己平时的想法与思考成为现实，对学生扎实自己理论知识和提高动手实践能力有着较强的帮助[6]。
2.6 Multisim 电路仿真步骤
（1）根据电路设计原理，利用仿真软件Multisim提供的环境，建立仿真电路； （2）设定元件的工作模式、参数和标号； （3）激活电路进行逻辑仿真； （4）分析仿真结果；
（5）结果不正确时重新调整元器件及虚拟仪器的参数； （6）保存电路图，打印仿真结果。
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3 电路方案的设计
可变占空比方波发生器设计方案多种多样，常见的主要是采用集成运放的模拟电路以及采用555定时器数字电路的设计方案。设计几种方案，并进行分析，选择合适的方案加以应用。
3.1 集成集成运放电路方波发生器
集成运放电路方波发生器中集成运放电路模块，利用迟滞电压比较器的特性，产生模拟的方波信号，再利用控制元器件的参数，调节产生方波信号的占空比，以实现设计要求。
3.1.1 集成运算放大器简介
集成电路（IC）是采用一定的工艺，将所需各种元器件整合到一起，做成一块芯片来实现某项或多项功能。集成运算放大器（简称“集成运放”）属于模拟集成电路，它结构是由具有很高电压增益的直接耦合多级放大电路组成，电阻一般分为四个基本组成部分组成，分别是输入端，中间级，输出级和偏置电路。
集成运放电路的输入级又称前置级，是决定运放性能好坏的关键。我们一般为了减轻信号源的负担，一般要求电路的输入电阻要尽可能的高。同时为抑制飘零和不失真的传输信号，要使电路的差模电压放大倍数较大。集成运放电路中间级是整个集成运放的主放大器，其性能的好坏直接影响到放大器的放大比例。我们一般为了减轻前级的压力，应具有较高的输入电阻，同时还应该给中间级提高合适的驱动电流。集成运放电路的输出级又称功率放大级，为了提高负载能力，我们一般要求其应具有较小的输出电阻。同时为了起到放大级和负载隔离的作用，应尽量的题号输入电阻。集成运放电路的偏置级主要是为上述各级提供稳定和合适的偏执电流。
由于集成运算放大器具有开环增益高，输入阻抗大，输出阻抗小，体积小巧，功耗较低，工作稳定，兼容性强，使用灵活等特点，使得其应用非常广泛，已经渗透到电子技术的各个领域。它不仅可以用作对信号的放大、运算、处理和变换，也可以用来产生各种波形信号[7]。
3.1.2 集成运放电路方波发生器组成
可变占空比方波发生器是由迟滞电压比较器和RC电路组成。迟滞电压比较器在电路中起到开关作用，而RC电路所起到定时作用，即对产生电压保持一定时长的稳定。RC回路既起到延迟作用又有反馈作用，通过RC充、放电过程实现输出电压不断翻转[8]。在集成运放电路的输出端对接如两个稳压二极管，利用稳压二极管的反向导通特性，使产生的方波正负电压幅度值限定在一定的范围内。集成运放电路方波发生器的组成电路