多功能函数发生器设计系统仿真实验报告函数发生器

多功能函数发生器设计

一、实验目的和要求

设计出能产生方波、三角波、正弦波信号的各单元电路，并利用multisim 仿真对其中各参数进行调试，在各单元电路设计完成之后，再将他们连

接起来。最后通过多路开关控制器的作用，拨动开关不同键，选择不同的参数值，从而可以实现输出函数信号种类的可选择性，以及输出函数信号的频率可调、幅度可调。

1.输出频率能在30Hz-2KHz范围内连续可调，无明显失真；

2.方波输出电压Vp≤12V；

3.三角波输出电压Vp≤5V；

4.正弦波输出电压Vp≤11V

二、实验原理和内容

本设计首先利用RC正弦波振荡电路产生一个正弦波，正弦波通过电压比较器产生方波，方波通过积分电路形成三角波，最后三角波通过差分电路产生可输出的正弦波。电路原理框图如下。

图1 电路原理框图

本设计为分工合作，我负责的部分为RC正弦振荡器和电压比较器两部分。

三、主要仪器设备

四、实验步骤及操作方法

1.RC正弦波振荡电路的设计

1.1 RC正弦波振荡电路原理图如下图所示：

图2 RC正弦波振荡电路原理图

如图所示的RC正弦波振荡电路，根据设计要求采用电阻值均为15kΩ的R1，R2，可调电位器R4 的总阻值为100kΩ。电容C1 和C2 为0.22μF，D1，D2 是型号1N4001 的二极管，用来保护电路，采用的集成运放为

OPAMP_5T_VIRTUAL。R1 、C1、R2、C2 组成RC 串并联网络形成正反馈，运放、R4、R5、D1、D2 组成同相比例放大器，D1，D2 具有稳幅作用。

在此电路中，由RC 串、并联网络组成正反馈支路和选频网络，这部分电路决定了电路的振荡频率；由R4、D1、D2 和R5 组成负反馈支路和稳幅环节。负反馈电路控制运算放大器的增益。反馈过深，不易起振，反馈过小，容易造成波形失真。适当调节可变电阻

R4 的值，使电路能够起振，并输出为正弦波信号，其中D1、D2 的非线性作用可实现电路稳幅。并联电阻R5 有改善二极管非线形引起波形失真的作用。

根据RC 文氏电桥振荡电路的理论参数，可以计算的电路的振荡频率为：

f0=

1

2πRC

=

1

2×3.14×15×103×0.22×10−6

≈48Hz

1.2 RC正弦波振荡电路的仿真

用Multisim12对电路进行仿真，打开示波器，发现示波器中有微弱波形，近似直流信号，振荡电路开始起振，上述微弱波形慢慢明显，振荡逐渐增强，再过一段时间，这种振荡波形信号逐渐增强，并趋于稳定，有固定的振荡频率与幅度值，如下图所示：

图3 RC正弦波振荡器仿真

从图中可得出产生的正弦波电压最大值：Umax=200mV×1.5=3V

用频率计检测到产生的正弦波的频率如下图：

图4 正弦波频率

由上图可知：正弦波频率f≈48Hz

于是可得，理论参数算得的振荡频率与实际仿真频率数据一致。

2.频率可调的正弦波振荡电路的设计

2.1 频率可调正弦波振荡电路原理图如下图所示：

图5 频率可调的正弦波振荡电路

在RC正弦波振荡器电路上改装成上图所示的频率可调的正弦波振荡电路。在上图中，R1，R2，R3，R4组成反馈网络，D1，D2 起稳定的作用。

取R1= R2= R3=10kΩ，为了使电路能够起振，R4 取3 kΩ。R5 与可变电阻R6加上0到100nF可变电容C1组成串联回路，R8与可变电阻R9加上0到100nF可变电容C6组成并联回路，整个部分构成RC串并联回路。为了使输出正弦波信号的频率可调，在RC 串并联回路中，采用可变电容，改变电容接入值，即可改变输出信号的频率。可变电阻R6，R9 可实现振荡电路输出信号频率的微调。

2.2 频率可调正弦波振荡电路的仿真

（1）令可变电容C1、C2接入值分别为1%，调节可变电阻R6、R9为适当阻值，则可得到下图所示波形：

图6 频率可调的正弦波振荡电路的仿真

输出信号的频率为：

图7 产生正弦波的频率

此时，从仿真结果图中可得出输出信号电压最大值为：Vp=10V×1.4=14V。

输出信号频率为：f=2.447kHz。

（2）令可变电容C1、C2接入值分别为10%，调节可变电阻R6、R9为适当阻值，则可得到下图所示波形：

图8 频率可调的正弦波振荡电路的仿真

输出信号的频率为：

图9 产生正弦波的频率

此时，从仿真结果图中可得出输出信号电压最大值为：Vp=10V×1.4=14V。

输出信号频率为：f=248.2Hz。

（3）令可变电容C1、C2接入值分别为100%，调节可变电阻R6、R9为适当阻值，则可得到下图所示波形：

图10 频率可调的正弦波振荡电路的仿真

输出信号的频率为：

图11 产生正弦波的频率