基于Multisim14的波形發(fā)生器的仿真研究

姚屏 王艷 唐東峰 濮振華

摘要：Multisim軟件仿真在電路設計與基礎實驗教學中具有非常重要的應用價值。本文運用Multisim14對波形發(fā)生器進行了設計，通過仿真，觀察輸出信號的波形，并對電路的相關參數(shù)進行理論分析。仿真分析結果表明與理論一致，并能正確輸出正弦波、矩形波和三角波。通過該例說明，采用Multisim軟件對電路進行設計方便有效，能較好的應用與基礎實驗教學中。

關鍵詞：Multisim;波形發(fā)生器;設計與仿真;

中圖分類號：TN702 文獻標識碼：A

0 引言

隨著現(xiàn)代社會信息化進程不斷推進，電工技術已經(jīng)被廣泛地應用于社會的多個領域。在學生樹立理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力、動手能力、合作精神、以及創(chuàng)新思維培養(yǎng)方面，都有著十分重要的作用[1-2]。本論文借鑒國內外各高校開放實驗教學的實踐經(jīng)驗，在傳統(tǒng)的實驗內容以及學生所掌握的電路理論知識基礎上，對電路實驗室進行開放，設計了“波形發(fā)生器”開放實驗，將經(jīng)典實驗與學科前沿實驗結合、基本實驗方法與現(xiàn)代化實驗方法結合、實驗內容與激發(fā)學生興趣及密切聯(lián)系實際相結合等方面進行探索，目的在于通過電路實驗教學改革，充分發(fā)揮實驗室在人才培養(yǎng)中的作用，不斷提升學生創(chuàng)新精神和實踐能力[3-6]。

1 波形發(fā)生器的基本原理及電路的組成

波形發(fā)生器作為一種常見的信號源，是現(xiàn)代測試領域內應用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設備時，都需要有信號源，它可以產(chǎn)生多種波形信號，如正弦波、方波、三角波等，因而廣泛應用于通信、雷達、導航、宇航等領域。

為了更好地與實驗相結合，本文利用Multisim進行簡單的波形轉換仿真，把它分為3個部分的單元電路：1）通過正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生正弦波，因為需要產(chǎn)生1個穩(wěn)定的振蕩條件，所以在放大電路中加了正反饋。2）正弦波發(fā)生器與過零比較器結合讓正弦波變化為方波。3）在過零比較器后面連接一個積分電路使波形最后轉換為三角波。圖1為波形發(fā)生器的系統(tǒng)結構圖，由圖可以看出，整個系統(tǒng)由3個環(huán)節(jié)構成，分別產(chǎn)生正弦波、方波和三角波。圖2為具體的實現(xiàn)電路。

本波形發(fā)生器的第一個環(huán)節(jié)是采用文氏橋式RC正弦波振蕩電路來實現(xiàn)正弦波的輸出（圖2的B點以左的電路部分）。正弦波產(chǎn)生電路中，欲使振蕩電路能自行建立振蕩，必須滿足的條件（A為基本放大電路增益，F(xiàn)為反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)）。開始接通電源后，略大于3，其中：，即略大于，這樣就有可能自行起振。

第二個環(huán)節(jié)由過零比較器實現(xiàn)方波的輸出（圖2中B、C兩點之間的電路）。由于是要考慮實際的集成運放構成電壓比較器，可以考慮加限幅措施，避免運放內部管子進入深度飽和區(qū)，來提高響應速度。

第三個環(huán)節(jié)是在過零比較器的后面加上積分電路實現(xiàn)從方波到三角波的轉換，積分運算電路主要是由RC及放大器組成的（圖2中C、D兩點之間的電路）。根據(jù)輸入信號的頻率，通過合理地設置R7和C3的值來改變時間常數(shù)，就可以完成相應波形的轉換[7]。

2 仿真結果分析

根據(jù)計算，改變的值，取0～10kΩ，觀察輸出波形。 當時，沒有輸出信號，因為此時電路的放大倍數(shù)，電路不能起振;當時，輸出波形如圖3（a）所示，信號已振蕩，但是輸出電壓幅值較小，起振時間較長;逐漸減小，從圖3（b）至圖3（d）可以看出 ，隨著的減小，起振速度加快，輸出電壓幅度也增大，但振蕩頻率沒有改變。

圖4是整個電路所需要的3種輸出波形，要求學生比較濾波電路輸出的正弦波與RC振蕩器產(chǎn)生的正弦波的幅值、頻率、相位，注意靈敏度的選取，分析幅值、相位變化的原因。

圖4（a）中，藍色的波形是A點的波形，紅色的B點的波形。由該圖可見，正弦波的輸出頻率：

當電路達到穩(wěn)定的輸出時，放大倍數(shù)：

與理論一致。

圖4（b）中，藍色的波形是C點的波形，紅色的D點的波形。由該圖可見，矩形波和三角波輸出頻率與圖4（a）中的保持一致。

3 結論

本文利用Multisim軟件設計了一款波形發(fā)生器產(chǎn)生電路，能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波。通過上述分析可見，利用EDA工具軟件Multisim進行電子技術設計型實驗，改變了利用電子元器件、儀器等物質手段的傳統(tǒng)設計型實驗教學模式，具有開發(fā)性、靈活性、豐富性、生動性、實時交互性和高效性等功能特征，極大地豐富了電子電路的教學方法，拓展了教學內容的廣度和深度，為提高電子技術教學質量提供了又一個有效手段。

參考文獻

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[7] 吉皓月，夏何銀，宋琳.應用Multisim進行簡單的波形轉換仿真[J].中國新技術新產(chǎn)品， 2020，12：5-7.

基金項目：湖南科技大學瀟湘學院校級課程建設與教學改革項目（904/G32067）

通信作者：姚屏（1977-），女，湖南省邵陽市，講師，碩士研究生，研究方向：通信與信息系統(tǒng)