不稳定多谐振荡器的仿真

本例将演示不稳定多谐振荡器的仿真。

不稳定多谐振荡器是产生连续矩形脉冲的自振荡电路。它没有稳定的状态，并在两个晶体管之间自动切换，产生周期性信号。

多纤颤器可用于在各种系统中生成时钟信号。

数学描述

脉冲和暂停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"ON"状态的持续时间:

总振荡周期（对称方案）:

信号的频率:

模型图:

定义加载和运行模型的函数:

function start_model_engee()
    try
        engee.close("npn_transistor", force=true) # закрытие модели 
        catch err # в случае, если нет модели, которую нужно закрыть и engee.close() не выполняется, то будет выполнена её загрузка после catch
            m = engee.load("$(@__DIR__)/astable_multivibrator.engee") # загрузка модели
        end;

    try
        engee.run(m, verbose=true) # запуск модели
        catch err # в случае, если модель не загружена и engee.run() не выполняется, то будут выполнены две нижние строки после catch
            m = engee.load("$(@__DIR__)/astable_multivibrator.engee") # загрузка модели
            engee.run(m, verbose=true) # запуск модели
        end
end

start_model_engee (generic function with 1 method)

运行模拟

start_model_engee();

Building...
Progress 0%
Progress 5%
Progress 11%
Progress 16%
Progress 21%
Progress 27%
Progress 32%
Progress 37%
Progress 43%
Progress 48%
Progress 54%
Progress 59%
Progress 65%
Progress 70%
Progress 75%
Progress 81%
Progress 86%
Progress 92%
Progress 97%
Progress 100%
Progress 100%

将仿真数据写入变量:

t = simout["astable_multivibrator/правый"].time[:]
V_right = simout["astable_multivibrator/правый"].value[:]
V_left = simout["astable_multivibrator/левый"].value[:]
I_R1 = simout["Resistor 1.i"].value[:]
I_R4 = simout["Resistor 4.i"].value[:]

WorkspaceArray{Float64}("Resistor 4.i").value

数据可视化

using Plots

两个晶体管上集电极-发射极电压的可视化:

plot(t, V_left, linewidth=2)
plot!(t, V_right, linewidth=2)

连接到晶体管集电极的电阻上的电流可视化:

plot(t, I_R1, linewidth=2)
plot!(t, I_R4, linewidth=2)

加工仿真结果:

启动统计资料库:

using Statistics

用于查找电压波动频率和周期的函数的定义:

function calculate_oscillation_properties(time::Vector{T}, x::Vector{T}) where T <: Real
    # Проверка длины векторов
    if length(time) != length(x)
        error("Векторы времени и сигнала должны быть одинаковой длины")
    end
    n = length(time)
    n < 2 && return (NaN, NaN)  # Недостаточно данных

    # Находим среднее значение сигнала
    avg = sum(x) / n

    # Ищем моменты пересечения среднего значения снизу вверх
    up_crossings = T[]
    for i in 2:n
        if x[i-1] < avg && x[i] >= avg
            # Линейная интерполяция для точного определения времени пересечения
            t = time[i-1] + (time[i] - time[i-1]) * (avg - x[i-1]) / (x[i] - x[i-1])
            push!(up_crossings, t)
        end
    end

    # Проверка достаточного количества пересечений
    length(up_crossings) < 2 && return (NaN, NaN)

    # Расчёт периодов (в единицах времени)
    periods = diff(up_crossings)
    mean_period = mean(periods)
    frequency = 1 / mean_period

    return "Частота колебаний: $frequency Гц. Период колебаний: $mean_period с."
end

calculate_oscillation_properties (generic function with 1 method)

将函数应用于电压值向量（任何信号都可以替换）:

calculate_oscillation_properties(collect(t)[:,1], collect(V_left)[:,1])

"Частота колебаний: 461.73240656747765 Гц. Период колебаний: 0.002165756584931969 с."

结论:

在这个例子中，我们考虑了一个不稳定的多谐振荡器模型，其中决定振荡频率和周期的关键因素是形成延时RC电路的基本电阻（R2，R3）和电容。集电极电阻（R1，R4）对信号的频率没有影响-它们的作用仅限于限制通过晶体管的电流并形成输出电压的幅度。