基于Multisim的函数信号发生器设计与仿真

1、基于Multisim的简易函数信号发生器设计与仿真函数信号发生器是具有两种或两种以上波形信号输出的信号发生器。把几种不同类型的基本电路组合在一起就可以构成一个函数发生器。本电路是由一个文氏桥振荡电路。过零比较电路，积分电路，电压跟随电路和直流稳电路组成。其工作原理是：首先由文氏桥振荡电路产生一个所需频率的正弦波振荡信号，该正弦信号一部分由电压比较器引出，另一部分由电压跟随器耦合到过零比较电路的输入端，经比较器处理后，将在输出端产生一个相同频率的方波信号，同理，一部分方波信号由电压跟随器引出作为发生器方波信号输出；另一部分继续由跟随器送入下一级积分电路，方波信号被积分电路处理后，在输出端输出一个

2、相同频率的三角波信号，并由跟随器引出作为发生器又一信号输出。在整个过程中，直流稳压电路作为所有集成运放提供电源。如图1-1所示： 图1-1一、 电源选择集成稳压电源是指将不稳定的直流电压变为稳定的直流电压，由于集成稳压器具有稳压精度高、工作稳定可靠、外围电路简单、体积小、质量轻等显著优点，所以它完全可以跟信号发生器提供稳定电源。集成稳压电路基本结构如图1-2所示，该电路是采用LM7818和LM7918构成的正、负18伏电压同时输出的稳压电源电路，其他元件参数如图所示： 图1-2二、 文氏桥振荡电路选择振荡电路是大多数信号发生器电路的核心技术，文氏桥振荡电路为其中的一种，在电路中选择合适的元器件

3、参数，便可得到相应的输出频率和振幅，即，而振幅取决于集成运放的峰Up（1） 参数分析根据设计要求，需应用集成运放设计频率为1KHZ的信号发生器a 选择 C6 C7 R3 R4取 C6=C7=0.015uF 则R4 = 1/（2）= 1/（2）=10.6K取系列值R3 = R4 = 10Kb 选择IC IC选用MC4558CG型集成运放，其基本参数如下：nodes: 3=+ 2= - 1=out 5=V+ 4=V-* VCC= 18 VEE= -18 CC= 1e-011 A= 200000 RI= 2e+006* RO= 75 VOS= 0.002 IOS= 2e-008 IBS= 8e-00

4、8C 选择 R1 R2 VD2 VD3 采用非线性元件VD2 VD3 来自动调节反馈强弱，即利用二极管正向伏安特性的非线形可实现正弦波发生器的自动稳幅。从提高温度稳定性的角度考虑，应选硅管。根据半导体二极管的电流方程： 式子中，I 为二极管电流；IS 为二极管反向饱和电流；U为二极管两端外加电压；UT = T/11600 为温度电压当量，单位为V。当T=300K时UT =26Mv ，二极管工作在F 区域，UF 为二极管正向压降。当F 时，二极管的正向电阻（RD）较大，U增加，正向电阻（RD）减小。正弦波的每半周期总有一个二极管处于正向偏置，利用RD 的变化改变反馈的强弱。振幅增大时RD 减小，

5、负反馈增强来限制振幅增大。作为负反馈支路其中R1 R2 RD 应满足 R2 + RD = R1 ，即Au =(1 +Rf /R1) 其中Rf = RD +R2 , RD = U/I 。Au =(1 +Rf /R1) 为该电路的起振条件，稳定后Au = 3 Fu = 1/3 。所以，令R1 = 5k 则RD +R2 = k10则系列值 R1 = 5.1K R2 = 9.1K其正弦波输出信号电压值由该集成运放的正反向饱和电压UB决定（MC4558CG型UB =）。如图1-3 所示： 图1-3 (2 ) Multisim7 仿真演示，如图1-4 所示： 图1-4三、 方波发生电路选择 电路比较器可以

6、用来比较输入信号的之间的新对大小，电压比较器至少有两个输入端和一个输出端，其中一个输入端基准电压Uref ,另一个输入端接入被比较信号Ui 。输出信号U0有两种状态，高电平U0H或低电平U0L 。当Ui 高于或低于Uref 时，U0的电压发生变化。本电路就用此原理，将输入的正弦波转换成方波输出，并利用稳压二极管的电压钳制作用，可以在输入端得到一个小于饱和输出电压UB的某一个值。（1） 参数分析a选择IC R15 R6 。 IC选择MC4558CG型集成运放，其基本参数如下：nodes: 3=+ 2= - 1=out 5=V+ 4=V-* VCC= 18 VEE= -18 CC= 1e-011

7、A= 200000 RI= 2e+006* RO= 75 VOS= 0.002 IOS= 2e-008 IBS= 8e-008其饱和输出电压UB =16V ，取R15 =R6 =10Kb 选择 R7 VD4 VD5。 VD4 VD5选择1N4735A型稳压二极管，其基本参数如下：1N4735A D IS= 5.038e-012 RS= 0.001 CJO= 1e-012 VJ= 0.75+ TT= 5e-009 M= 0.3333 BV= 6.253 IBV= 0.3156 N= 1+ EG= 1.11 XTI= 3 KF= 0 AF= 1 FC= 0.5+ TNOM= 27则限流电阻R7 =

8、 UB (BV +VJ )/IBV = 16-（6.253 +0.75）/ 0.3156 = 0.028 K由此可知：1N4735A型稳压二极管将输出方波信号钳制7V左右（7V是指方波振幅值），R7 取系列值 R7 =1 K。方波发生电路如图1-5所示： 图1-5 (2 ) Multisim7 仿真演示，如图1-6 所示： 图1-6四、 三角波发生电路选择 我们知道，积分电路主要用于信号的处理，若向积分器输入方波信号，由于方波的高、低电平为恒定值，所以积分电容将进行恒定充放电，其输出电压为斜波（三角波）。图1-7中 R8 、 C8分别为积分电阻和积分电容，R10的作用是限制积分器的低频增益，同

9、时抑制零点漂移的影响（即反馈电阻）。若该电路作为积分器使用，则必须满足R10 R8 ,集成运放输入电阻要高，也知下限频率1 / (2RC ) ，为使三角波的线性度较好，则方波频率(1) 参数分析a选择IC IC选用MC4558CG型集成运放，其基本参数如下：nodes: 3=+ 2= - 1=out 5=V+ 4=V-* VCC= 18 VEE= -18 CC= 1e-011 A= 200000 RI= 2e+006* RO= 75 VOS= 0.002 IOS= 2e-008 IBS= 8e-008b 选择 R8 R9 R10 C8由积分电路输出电压，输入电压基本公式：令 则由 得：为了满足R10 R8 , 取系列值 所以 取系列值 也知 符合要求。其电路如1-7所示： 图1-7 （2）Multisim7 仿真演示，如图1-8 所示： 图1-8 五、 电压跟随器 输出电压等于输入电压，且跟随输入电压变化的电路。