基于Multisim的方波-三角波-正弦波-锯齿波函数发生器电子电路仿真项目设计
目录
第一章：前言、课程设计任务与要求
第二章：电路设计原理
2.1 正弦波产生电路工作原理
2.2 方波产生电路工作原理
2.3 三角波产生电路工作原理
2.4 锯齿波产生电路工作原理
第三章：Multisim仿真项目实验数据与方法记录
3.1 正弦波发生实验数据与方法
3.2 方波发生实验数据与方法
3.3 三角波发生实验数据与方法
3.4 锯齿波发生实验数据与方法
第四章： 总结与体会
第一章：前言、课程设计任务与要求
函数信号发生器是一种信号发生装置，能产生某些特定的周期性时间函数波形信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域，现代工业生产的函数发生器多采用集成电路。为进一步掌握电路基本理论与增强实验实践能力，本项目采用由集成运算放大器等分立式元件共同组成简易的方波-正弦波-三角波-锯齿波。
通过对电路分析与电子电路课程的学习，以及在电子电路实验的实践操作中，本设计应达到的 任务与要求为：
- 输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调；
- 正弦波幅值为±2V；
- 方波幅值为2V，占空比可调；
- 三角波峰-峰值为2V；
- 锯齿波峰-峰值为2V；
- 设计电路所需的直流电源可用实验室电源。
第二章：电路设计原理
2.1 正弦波产生电路工作原理
正弦波产生电路是一种振荡模型，满足巴克豪森稳定性准则：电子振荡器系统信号由输入到输出再反馈到输入的相差为360°，且增益为1，为振荡器振荡的必要条件。我们注意到电路启动时具有频率丰富的热白噪声，我们如果在放大电路中引入正反馈调节，在所有频率的信号都得到放大，在通过滤波相关的元件筛选出针对特定频率的信号，与原来同相位的信号叠加，重新输入至放大器中往复，最终形成振荡的信号。因此，一个正弦产生电路一般包括：放大电路，正反馈网络，选频网络，非线性环节。
2.1.1 产生正弦振荡的条件：
-
以热白噪声作为输入信号，要求输出频率一定且可调、一定幅值的信号；
-
引入的正反馈调节且振荡频率可控；
-
在产生稳定的振荡后，要求电路输出量自维持，也即：
其中，前者被称为幅值平衡条件，后者被称为相位平衡条件；
-
信号幅值有从小到大直至稳幅的变化过程，必须满足起振条件，也即：
2.1.2 基本组成部分及其作用
- 放大电路：放大幅值；
- 正反馈网络：满足相位平衡条件；
- 选频网络：具有变化的电位器，确定保证产生正弦振荡的信号；
- 非线性环节：稳幅；
- 同向比例放大电路：使得幅值达到要求。
2.1.3 文氏桥正弦型振荡电路及分析
用同相比例运算电路作放大电路，以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串联负反馈，两个网络构成桥路，一对顶点作为输出电压，一对顶点作为放大电路的净输入电压，就构成文氏桥振荡器。如图2.1.3.1所示：
[^]: 图2.1.3.1 文氏桥正弦型振荡电路图
2.2 方波产生电路工作原理
方波是一种典型的非正弦波，它有且只有高电平和低电平两个值，是数字逻辑信号的重要的部分，要求两种状态的相互自动转化，输出的信号必须以某种方式反馈于它的输入，以某种周期进行交替变化，电路中必须要有相应的延迟环节，因而使用滞回比较器和RC回路自充放电作为延迟环节来模拟方波信号的发生。
2.2.1 产生方波的条件
-
集成运算工作在非线性区；
-
正反馈调节；
-
输出电压限幅。
2.2.2 基本组成部分及作用
-
滞回比较电路：正反馈；
-
一阶RC回路：延迟环节，进行电压的跳变；
-
调节占空比环节：调节占空比。
2.2.3 滞回比较器电路及分析
输入电压和输出电压之间的反馈完成，依赖于电容的充放电过程，如图2.2.3.1
[^]: 图2.2.3.1 滞回比较器电路图
-
当 , C 正在充电;
-
直到 ;
-
充电过程中 ;
-
直到,发生跳变，此时;
-
换为,C开始放电，循环往复；
2.3 三角波产生电路工作原理
从数学关系不难看出，将方波函数按照区间积分可以得到三角波函数，因此只需要在方波产生的电路基础上串联一个积分运放器。
2.3.1 基本组成部分及作用
- 方波产生电路；
- 积分放大器；
- 调频环节。
2.3.2 串联分析
注意电阻调频电阻R1的位置与Uo相连，如图2.3.2.1所示：
[^]: 图2.3.2.1 三角波发生电路基本框架
2.4 锯齿波产生电路工作原理
锯齿波是更为一般的三角波，我们只需要改变三角波的占空比即可得到锯齿波。
2.4.1 基本组成部分及作用
- 三角波产生电路；
- 调节占空比环节。
2.4.2 基本组成电路
注意调节占空比环节的接法，如图2.4.2.1所示：
第三章：Multisim仿真项目实验数据与方法记录
3.1 正弦波发生实验数据和方法
完整的仿真电路图如图3.1.1所示
[^]: 图3.1.1 正弦发生仿真电路图
其中，闭合开关，先将R4调节100%，以满足起振条件，观察到XSC2变化至稳幅状态，再调回R4至40%不变，可以观察到XSC1即为满足条件的正弦信号，调节R1，R6可以更改信号频率，更改R2可以更改信号幅值，仿真数据如图3.1.2所示
[^]: 图3.1.2 正弦波
3.2 方波发生实验数据与方法
完整的仿真电路图如图3.2.1所示
[^]: 图3.2.1 方波仿真电路图
滑动S2，S4所在的电位器，可以调节方波占空比，实验数据如图3.2.2所示：
[^]: 图3.2.2 方波
3.3 三角波发生实验数据与方法
完整的仿真电路图如图3.3.1所示
[^]: 图3.3.1 三角波仿真电路图
调节合适R17和外接电源电压的值可以得到符合要求的三角波，如图3.3.2所示：
[^]: 图3.3.2 三角波
3.4 锯齿波发生实验数据与方法
完整的仿真电路图如3.4.1所示
[^]: 图3.4.1 锯齿波仿真电路图
调节S1，S4所在电位器可以改变占空比，实验数据如图3.4.2所示：
[^]: 图3.4.2 锯齿波
第四章：总结与体会
原来用来水字数的总结体会全删了；- 后期调整上传博客发现渲染数学公式失效，中间也搁置了几个月终于解决，这里膜一下Menci大佬的markdown渲染器，出乎意料的解决了问题orz；
- 我怎么还在检查大一的报告啊（菜；
