不稳定多谐振荡器的仿真
本示例将演示不稳定多谐振荡器的仿真。
不稳定多谐振荡器是一种能够产生连续方波脉冲的自振荡电路。它没有稳态，会在两个晶体管之间自动切换，从而产生周期性信号。
多谐振荡器可用于在各种系统中生成时钟信号。
数学描述
脉冲和间歇的持续时间由晶体管基极电路中的RC电路决定。
每个晶体管的“导通”状态持续时间：
总振荡周期（对称电路情况下）：
信号频率：
模型电路图：
.png)
定义用于加载和运行模型的函数：
In [ ]:
function start_model_engee()
try
engee.close("npn_transistor", force=true) # 模型关闭
catch err # 如果没有需要关闭的模型，且 engee.close() 未被调用，则会在 catch 块之后执行该模型的加载操作
m = engee.load("$(@__DIR__)/astable_multivibrator.engee") # 加载模型
end;
try
engee.run(m, verbose=true) # 运行模型
catch err # 如果模型未加载且未执行 engee.run()，则会在 catch 块之后执行最后两行代码
m = engee.load("$(@__DIR__)/astable_multivibrator.engee") # 加载模型
engee.run(m, verbose=true) # 运行模型
end
end
Out[0]:
运行仿真
In [ ]:
start_model_engee();
将仿真数据写入变量：
In [ ]:
t = simout["astable_multivibrator/右侧"].time[:]
V_right = simout["astable_multivibrator/右侧"].value[:]
V_left = simout["astable_multivibrator/左侧"].value[:]
I_R1 = simout["Resistor 1.i"].value[:]
I_R4 = simout["Resistor 4.i"].value[:]
Out[0]:
数据可视化
In [ ]:
using Plots
可视化两个晶体管的集电极-发射极电压：
In [ ]:
plot(t, V_left, linewidth=2)
plot!(t, V_right, linewidth=2)
Out[0]:
可视化连接到晶体管集电极的电阻上的电流：
In [ ]:
plot(t, I_R1, linewidth=2)
plot!(t, I_R4, linewidth=2)
Out[0]:
处理仿真结果：
启动统计库：
In [ ]:
using Statistics
定义用于计算电压振荡频率和周期的函数：
In [ ]:
function calculate_oscillation_properties(time::Vector{T}, x::Vector{T}) where T <: Real
# 向量长度的验证
if length(time) != length(x)
error("时间和信号向量必须具有相同的长度")
end
n = length(time)
n < 2 && return (NaN, NaN) # 数据不足
# 求信号的平均值
avg = sum(x) / n
# 寻找均值自下而上被穿透的时刻
up_crossings = T[]
for i in 2:n
if x[i-1] < avg && x[i] >= avg
# 用于精确确定交叉时间的线性插值
t = time[i-1] + (time[i] - time[i-1]) * (avg - x[i-1]) / (x[i] - x[i-1])
push!(up_crossings, t)
end
end
# 检查交点数量是否充足
length(up_crossings) < 2 && return (NaN, NaN)
# 周期的计算（以时间单位为单位）
periods = diff(up_crossings)
mean_period = mean(periods)
frequency = 1 / mean_period
return "振动频率：$frequency 赫兹。振动周期：$mean_period 秒。"
end
Out[0]:
将该函数应用于电压值向量（可代入任意信号）：
In [ ]:
calculate_oscillation_properties(collect(t)[:,1], collect(V_left)[:,1])
Out[0]:
结论：
在本例中，我们探讨了一个不稳定多谐振荡器的模型，其中决定振荡频率和周期的关键元件是基极电阻（R2、R3）以及构成定时RC电路的电容器。 集电极电阻（R1、R4）对信号频率没有影响——它们的作用仅限于限制流过晶体管的电流并确定输出电压的幅值。