NI Multisim 11.0中函数信号发生器的使用

NI Multisim 11.0中函数信号发生器的使用

NI Multisim 11.0是美国国家仪器有限公司（National Instruments，简称NI）推出的以Windows为基础的一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件，用户界面友好，简单易用，提供了功能强大的电子仿真设计界面和方便的电路图及文件管理功能。Multisim 11.0提供的直观图形化环境可使学生快速放置基本组件，帮助他们掌握电路基础概念和理论。更重要的是，Multisim 11.0包含丰富的元器件，并将安捷伦测试仪器引入虚拟仪器中，使用户在使用Multisim 11.0时能产生身临其境的感觉。

一、NI Multisim 11.0中函数信号发生器的种类和功能

1.NI Multisim 11.0中函数信号发生器的种类

NI Multisim 11.0中提供了20多种在电工电子电路分析中常用的仪器仪表，其中的函数信号发生器有2种，一种是虚拟函数信号发生器，打开NI Multisim 11.0软件后，单击仿真/仪器/函数信号发生器后，有一个函数信号发生器的虚影随鼠标移动，在电路窗口相应位置单击鼠标，完成虚拟仪器的放置，得到如图1a所示的函数信号发生器图标，双击该图标，便可以得到如图1b所示的函数信号发生器的参数设置控制面板。也可以直接从整个工作界面最右侧的仪表工具栏单击拖拽到电路工作窗口。

a 虚拟函数信号发生器图标

b 虚拟函数信号发生器控制面板

图1 虚拟函数信号发生器

另一种是仿真安捷伦（Agilent）函数信号发生器，图2a所示是安捷伦函数信号发生器的图标，图2b所示是安捷伦33120A型函数信号发生器内部参数设置控制面板。

a 安捷伦函数信号发生器图标

b 安捷伦33120A型函数信号发生器控制面板

图2 仿真安捷伦函数信号发生器

2.函数信号发生器的功能

函数信号发生器能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波、射频和微波等）信号，频率范围可从几微赫到几十兆赫，函数信号发生器在电路实验、信号测试、调整电子电路及设备时具有十分广泛的

用途，都要求提供符合所规定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，需要能够产生高频的振荡器。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。

二、虚拟函数信号发生器的使用

1.控制面板的各部分功能

NI Multisim 11.0仿真软件中提供的虚拟函数信号发生器的外观和操作与实际函数信号发生器相似，可以提供正弦波、三角波、矩形波（方波）。虚拟函数信号发生器控制面板上各功能区如图3所示。

图3 虚拟函数信号发生器控制面板功能区

波形选择区：用于选择输出波形，分别为正弦波、三角波、矩形波。

频率设置：用于设置输出信号的频率，可选范围1 fHz～1 000 THz。

占空比设置：用于设置输出的三角波和方波电压信号的占空比，设定范围1%～99%。

振幅设置：用于设置输出信号的峰值，可选范围1 fVp～1 000 TVp。

偏移设置：用于设置输出信号的偏置电压，即设置输出信号中直流成分的大小。

设置上升/下降时间：用来设置方波的上升沿与下降沿的时间。

+，-，公共端：分别表示波形电压信号的正极性输出端、负极性输出端、公共端。从“+，公共”端子输出的正极性信号；从“-，公共”端子输出的负极性信号；从“+，-”端子输出信号幅值是单极性信号幅值的两倍；同时连接“+，公共，-”端子，“公共”端子作为公共地端，此时输出两个幅值相等、极性相反的信号。

在仿真过程中，要改变输出波形的类型、大小、占空比或偏置电压时，必须先暂时关闭工作界面上的仿真开关，在对上述内容改变后，再启动仿真开关，函数信号发生器才能按新设置的数据输出信号波形。

2.虚拟函数信号发生器的应用举例

频率、幅值的设置与测量

按图4a所示连接虚拟仪器，并设置虚拟函数信号发生器XFG1的有关参数（如图4b所示）。通过控制面板的波形选择区选择正弦波信号，在输出信号的频

率设置区设置频率的大小和单位，假如设置为50 Hz，在信号幅度设置区设置输出电压的幅值为10 Vp，其有效值为V。

a 虚拟仪器连接图

b 虚拟信号发生器的设置

图4 虚拟函数信号发生器的连接及设置

XMM1是虚拟万用表，选择测量正弦交流电压，测量结果是被测电压的有效值；XFC1是频率计。分别双击XMM1，XFC1的图标，运行仿真，可以观察到XMM1和XFC1的读数分别是7.071 V和50 Hz，与函数信号发生器设置输出信号电压的参数相同（如图5所示）。

图5 虚拟函数信号发生器输出信号的测量结果

信号极性和幅值的观察与测量

①按图6a所示连接示波器XSC1，虚拟函数信号发生器的设置不变，从“+，公共端”输出的电压信号送到示波器的A通道，比例是5 V/Div（如图6b所示），从示波器观察其波形，并测出其幅值是10 V。

a 虚拟函数信号发生器的连接图

b 虚拟函数信号发生器的输出波形

图6 虚拟函数信号发生器的连接及输出波形

②按图7所示连接示波器XSC1，虚拟函数信号发生器的设置不变，从“+，-”端输出的电压信号送到示波器A通道，比例是10 V/Div，从示波器观察其波形，并测出其幅值是20 V，即从“+，-”端输出的信号幅值是单极性信号幅值的两倍。图7 虚拟信号发生器与示波器的连接及输出波形

③按图8所示同时连接“+，公共，-”端子，“公共”端子作为公共地端，分别送到示波器的A，B通道，此时输出两个幅值相等极性相反的信号。

图8 虚拟信号发生器分别输出单极性信号及波形

微分电路和积分电路

①RC微分电路由电阻R1和电容C1串联组成，电路的时间常数满足τ=RC?T，电阻R1两端的电压作为输出电压。其中，由虚拟函数信号发生器XFG1提供可调的方波信号占空比q=50%、幅值Um=±10 V、频率1 kHz（周期0.001 S），用双踪示波器XSC1来观测输入矩形波与电阻两端输出的电压u的波形（如图9所示）。

图9 RC微分电路仿真测试图及波形