基于Multisim函数信号发生器设计实现与改进.docx

模拟电子技术大作业
2015-2016学年第二学期

题 目： 基于Multisim对函数信号发生器设计，实现及改进
班 级： 14电 子二班
成 员： 孙** ；
余** ；
许** ；
成 绩：____________________________

姓名
分工
自评分
总评分
孙**
正弦波——方波——三角波设计之一：文档整合

余**
查找资料；模电实验电路实现，主导进行锯齿波实现

许**
正弦波——方波——三角波设计之一

小组互评分

教师评分

组别
分数
组别
分数
组别
分数
组别
分数
1

4

7

10

2

5

8

11

3

6

9

12

小组互评答辩环节记录：

1摘要： - 2 -
2 课程设计目及作用 - 2 -
3总体方案选择 - 3 -
4 三种方案详细介绍 １
（一）方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图 １
1.1方波发生电路 １
1.2方波—三角波 ２
1.3正弦波 ２
1.4实验可得结果 ３
1.5结果分析 ５
（二）:正弦波——方波——三角波设计及实现 ５
2.1整体电路 ５
2.2理论分析 ５
2.3实验课结果 ６
2.4结果分析 ８
（三）:方波——三角波——正弦波实验验证及改进 ８
3.1仿真原图形 ８
3.2仿真改进图形——实现锯齿波 ９
3.3仿真结果一 ９
3.4仿真结果二 １１
5参考文献 １１
1摘要：
本设计简述了三种关于方波，三角波，正弦波电路设计方法，并其仿真所得图形做了简单比较，分析出各自优缺点。首先要设计电路图，电路图主要用Multisim软件设计并连接电路图并进行仿真，并且记录相关图形并进行相应分析。
关键词：方波电路；三角波电路；正弦波电路；Multisim
2 课程设计目及作用
1．巩固和加深对电子电路基本知识理解，提高综合运用本课程所学知识能力。
2．培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题方法。
3．通过电路方案分析、论证和比较，设计计算和选取元器件;初步掌握简单实用电路分析方法和工程设计方法。
4．了解及课题有关电子电路以及元器件工程技术规范，能按设计任务书要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计及实验成果，正确地绘制电路图等。
5．培养严肃、认真工作作风和科学态度
3总体方案选择
产生正弦波，方波，三角波方案有多种，但这里有三位小组成员分别设计三种方案，分别有着自己独特构想。
方案一：首先采用是方波发生电路构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。再运用积分电路，用于将方波作为输入，产生输出三角波。最后加入低通
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滤波器，而将三角波转化为正弦波。
方案二：改进电路信号发生器主要由RC桥式震荡器，滞回比较器，积分器三大主要电路模块构成。经过RC桥式震荡电路产生正弦波，再经过滞回比较电路产生方波，最后经过积分电路产生三角波。
方案三：最后我们则验证了我们做模拟电子实验八，并通过仿真设计出了锯齿波电路。
4 三种方案详细介绍
（一）方波-三角波-正弦波函数发生器整体电路图

1.1方波发生电路
方波发生电路构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波频率。使产生频率范围在10~~100Hz。
方波振荡周期 T = 2 R1 C1 ln(1+2R4/R3)。
R1=7K，R3=7K ，R4=7K。
振荡频率 f = 1/T。可见，f及C1成反比，调整电容C1值可以改变电路振荡频率。图中稳压管 D1 D2 为调整方波幅值，UP-P = D1 +D2=14V。
1.2方波—三角波
方波——三角波电路中构成同相输入迟滞比较器电路，用于产生输出方波。可变电容C1具有调频作用，可用于调节方波频率。运算放大器U1及电阻R5及电容C2构成积分电路，用于将U2电路输出方波作为输入，产生输出三角波。
图中R6在调整方波—三角波输出频率时，不会影响输出波形幅度。若要求三角波幅值，可以调节可变电容C2。
三角波部分参数设定如下：
对于输出三角波 其振荡周期 T = (4 R5 R6 C2) / R3 ，f = 1/T。 而要调整输出三角波振幅，则需要调整可变电容C2值。以使三角波UP-P = 5V。
1.3正弦波
改变输入频率，是电路中频率一定时三角波频率为固定或变化范围很小。加入低通滤波器，而将三角波转化为正弦波。在图5中当改变输入频率后，三角波及正弦波幅度将发生相应改变。由于
振荡周期 T = (4 R5 R6 C2) / R3，
C2为调节三角波幅度使UP-P = 5V，R10调节输出正弦波得幅值UP-P = 3V。
三角波→正弦波变换主要用差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器时，可以有效抑制零点漂移，因此可将频率很低三角波变换成正弦波。波形变换原理是利用差分放大器传输特性非线性。
1.4实验可得结果

1.5结果分析
由上面结果可得，三角波及方波图形都不是特别准确，而且方波失比较明显，我们考虑可能及相关器材选择有关，或者是电路有关，于是我们设计了下一种方案。
（二）:正弦波——方波——三角波设计及实现
2.1整体电路

2.2理论分析
（1）正弦波电路
利用 RC桥式振荡器滞回比较器积分器正弦波方波三角波利用RC桥式震荡电路产生正弦波，原理如图所示，其中RC串并联支路构成正反馈支路，同时兼并选频网络，R4，R3，以及二极管构成负反馈支路并且稳幅。
调节电位器R4，可以改变负反馈深度，以便于满足震荡振幅条件和改变波形。在电位器支路串联两个并联二极管，利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时二极管动态电阻增大特点，，加入非线性环节，从而使输出电压稳定，两个二极管特性必须匹配，否则将会出现波形正负半周不对称。
 电路震荡频率计算公式: f=1/(2paRC)
振幅值条件： Rf>=2Rs
（2）方波产生电路
 在单限比较器，输入电压在阈值电压附近任何微小变化，都将引起输出电压跃变，单限比较器虽然灵敏，但是抗干扰能力比较弱，滞回比较器具有滞回特性，既具有惯性，而具有一定抗干扰能力，所以我们在此选择滞回比较器产生方波。方波幅值为：Uom=+-Us
（3）三角波产生电路
利用积分产生三角波。
2.3实验课结果

2.4结果分析
由上面结果可得，三种波形都比较准确，可是由于振荡器原因使得波形一开始不是很稳定，直到达到一定时间距离后才可以显示出稳定波形，不过，这也是振荡器特点。
（三）:方波——三角波——正弦波实验验证及改进
3.1仿真原图形

3.2仿真改进图形——实现锯齿波

3.3仿真结果一

结果一分析
由图可得，所测得图形都比较准确，而且由差分放大电路输出得到正弦波幅值大于5V，明显满足电路设计要求，此外，从仿真输出正弦波形中可以看出输出正弦波失真率较小，也满足失真系数THD<5%波形特征要求。
3.4仿真结果二

结果二分析
由仿真图一进行改造，中间积分电路不变，将滤波电路删去，再将滞回比较器和积分电路中间加上两个二极管即可，即在R12上下分别加上一个二极管并连接在一起，再将R4右端和两个二极管连在一起即可实现。

5参考文献
[1] 清华大学电子学教研组编. 杨素行主编. 模拟电子技术基础简明教程.3
版.北京：高等教育出版社，2006.
[2] 童诗白,华成英主编．模拟电子技术基础．第五版.北京：高教出版社，2015.
[3] 李万臣主编．模拟电子技术基础及课程设计.黑龙江：哈尔滨工程大学出版
社，2001.
[4] 胡宴如主编. 模拟电子技术. 北京： 高等教育出版社，2000.
[5] 谢礼莹《 模拟电路实验技术》重庆大学出版社.2012.2 
[6] 黄山学院《综合性电路系统》指导书.2015.3
[7] 基于Multisim非正弦波信号发生器设计及仿真. 张爱英; 毛战华.2014.7