函數(shù)發(fā)生器仿真試驗報告

多功能函數(shù)發(fā)生器設(shè)計一、實驗?zāi)康暮鸵笤O(shè)計出能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波信號的各單元電路，并利用multisim仿真對其中各參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，在各單元電路設(shè)計完成之后，再將他們連接起來。最后通過多路開關(guān)控制器的作用，撥動開關(guān)不同鍵，選擇不同的參數(shù)值，從而可以實現(xiàn)輸出函數(shù)信號種類的可選擇性，以及輸出函數(shù)信號的頻率可調(diào)、幅度可調(diào)。.輸出頻率能在30Hz-2KHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；.方波輸出電壓VpW12V；.三角波輸出電壓VpW5V；.正弦波輸出電壓VpW11V二、實驗原理和內(nèi)容本設(shè)計首先利用RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生一個正弦波，正弦波通過電壓比較器產(chǎn)生方波，方波通過積分電路形成三角波，最后三角波通過差分電路產(chǎn)生可輸出的正弦波。電路原理框圖如下。圖1電路原理框圖注：本設(shè)計為分工合作，我設(shè)計的部分為RC正弦振蕩器和電壓比較器兩部分，RC積分電路和差分放大電路為田曉蕾同學(xué)設(shè)計。三、主要儀器設(shè)備名稱型號主要性能參數(shù)電子計算機(jī)Inspiron3537主頻：2.3GHzMultisim12.0提供的虛擬儀器設(shè)備1四、實驗步驟及操作方法.RC正弦波振蕩電路的設(shè)計圖2RC正弦波振蕩電路原理圖1.1RC正弦波振蕩電路原理圖如下圖所示:XSC】R4lOOkD60Key=A5圖2RC正弦波振蕩電路原理圖1.1RC正弦波振蕩電路原理圖如下圖所示:XSC】R4lOOkD60Key=A51OOk0D2-W-1N4001匚，O.22|JF[k ：]：S0kDVEE VIRTUALXFC1D11N4001R5R115kQVEEJlWvccUI如圖所示的RC正弦波振蕩電路，根據(jù)設(shè)計要求采用電阻值均為15k。的R1,R2,可調(diào)電位器R4的總阻值為100k。。電容C1ffC2為0.22uF,D1,D2是型號1N4001的二極管，用來保護(hù)電路，采用的集成運放為OPAMP_5T_VIRTUALR1、C1、R2、C2組成RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成正反饋，運放、R4、R5、D1、D2組成同相比例放大器，D1,D2具有穩(wěn)幅作用。在此電路中，由RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成正反饋支路和選頻網(wǎng)絡(luò)，這部分電路決定了電路的振蕩頻率；由R4、D1、D2和R5組成負(fù)反饋支路和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。負(fù)反饋電路控制運算放大器的增益。反饋過深，不易起振，反饋過小，容易造成波形失真。適當(dāng)調(diào)節(jié)可變電阻R4的值，使電路能夠起振，并輸出為正弦波信號，其中D1、D2的非線性作用可實現(xiàn)電路穩(wěn)幅。并聯(lián)電阻R5有改善二極管非線形引起波形失真的作用。根據(jù)RC文氏電橋振蕩電路的理論參數(shù)，可以計算的電路的振蕩頻率為:

f= —=-—— —— —— ~48Hz」。2nRC2x3.14x15x103X0.22x10-61.2RC正弦波振蕩電路的仿真用Multisim12對電路進(jìn)行仿真，打開示波器，發(fā)現(xiàn)示波器中有微弱波形，近似直流信號，振蕩電路開始起振，上述微弱波形慢慢明顯，振蕩逐漸增強(qiáng)，再過一段時間，這種振蕩波形信號逐漸增強(qiáng)，并趨于穩(wěn)定，有固定的振蕩頻率與幅度值，如下圖所示:Ypos.fpiv)Oscilloscope-XSCIChanneA200mV/DivScale:Xpos.(piv):TimebaseScale:(20ms/DivExt.triggerTZ^TlChannel_A122,750mV122,750mV0.000VChannel_BChannelBScale:ReverseSaveYpos.fpiv)Oscilloscope-XSCIChanneA200mV/DivScale:Xpos.(piv):TimebaseScale:(20ms/DivExt.triggerTZ^TlChannel_A122,750mV122,750mV0.000VChannel_BChannelBScale:ReverseSaveBExtYpos.flDiv):0恒回回已Tme1.280s1.280s0.000sLevel:0VSingleNormalAutnNoneTriggerEdge:圖3RC正弦波振蕩器仿真從圖中可得出產(chǎn)生的正弦波電壓最大值：Umax=200mVX1.5=3V用頻率計檢測到產(chǎn)生的正弦波的頻率如下圖：圖4圖4正弦波頻率由上圖可知：正弦波頻率f'48Hz于是可得，理論參數(shù)算得的振蕩頻率與實際仿真頻率數(shù)據(jù)一致。.頻率可調(diào)的正弦波振蕩電路的設(shè)計頻率可調(diào)正弦波振蕩電路原理圖如下圖所示：圖5頻率可調(diào)的正弦波振蕩電路在RC正弦波振蕩器電路上改裝成上圖所示的頻率可調(diào)的正弦波振蕩電路。在上圖中，R1，R2，R3，R4組成反饋網(wǎng)絡(luò)，D1，D2起穩(wěn)定的作用。取R1=R2=R3=10k。，為了使電路能夠起振，R4取3kQ°R5與可變電阻R6加上電容值為0到100nF的可變電容C1組成串聯(lián)回路，R8與可變電阻R9加上電容值為0到100nF的可變電容C2組成并聯(lián)回路，整個部分構(gòu)成RC串并聯(lián)回路。為了使輸出正弦波信號的頻率可調(diào)，在RC串并聯(lián)回路中，采用可變電容，改變電容接入系數(shù)，即可改變輸出信號的頻率?？勺冸娮鑂6,R9可實現(xiàn)振蕩電路輸出信號頻率的微調(diào)。頻率可調(diào)正弦波振蕩電路的仿真(1)令可變電容C1、C2接入值分別為1%,調(diào)節(jié)可變電阻R6、R9為適當(dāng)阻值，則

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輸出信號的頻率為:圖7產(chǎn)生正弦波的頻率止匕時，從仿真結(jié)果圖中可得出輸出信號電壓最大值為：Vp=10VX1.4=14V。輸出信號頻率為：f=2.447kHz。（2）令可變電容C1、C2接入值分別為10%，調(diào)節(jié)可變電阻R6、R9為適當(dāng)阻值，則可得到下圖所示波形：

輸出信號的頻率為:圖9產(chǎn)生正弦波的頻率此時，從仿真結(jié)果圖中可得出輸出信號電壓最大值為：Vp=10VX1.4=14V。輸出信號頻率為：f=248.2Hz。（3）令可變電容C1、C2接入值分別為100%，調(diào)節(jié)可變電阻R6、R9為適當(dāng)阻值，則可得到下圖所示波形：

輸出信號的頻率為:圖11產(chǎn)生正弦波的頻率此時，從仿真結(jié)果圖中可得出產(chǎn)生的正弦波輸出電壓最大值為：Vp=10VX1.4=14V。輸出信號頻率為：f=24.8Hz。由上述步驟（1）、（2）、（3）對電路圖5的仿真結(jié)果可知，經(jīng)改裝后的RC正弦波振蕩電路可產(chǎn)生不同頻率的正弦波，通過可變電容C1、C2對頻率進(jìn)行粗調(diào)，通過調(diào)節(jié)可變電阻R6、R9可對頻率進(jìn)行細(xì)調(diào)。頻率可達(dá)到在24.8HZ到2.447KHZ內(nèi)可調(diào)，但所產(chǎn)生的正弦波都有一定程度的失真，所以不能用于輸

出，由于其仍具有對稱特性，所以可通過電壓比較器產(chǎn)生方波。.方波產(chǎn)生電路的設(shè)計方波產(chǎn)生電路的設(shè)計RC振RC振本設(shè)VCC甌”地心R2：他由D1★lNd71.lA-15VVEEVCC甌”地心R2：他由D1★lNd71.lA-15VVEE圖12過零電壓比較器方波產(chǎn)生電路的仿真輸入的正弦信號如下圖所示Functiongenerator-X...WauefermsCommcin+WauefermsCommcin+圖13輸入正弦信號在multisim12仿真中，利用瞬態(tài)分析法分析輸出信號，選項設(shè)置如下圖:圖14選項設(shè)置輸出信號仿真結(jié)果如下:"rcnsiaTtA^dysisTrcnsiErtArdvstsTrariientAndvsisTransientAndysisTr-s^sent]Tr-arsenzAnolyiisTrsrmerit￡*fangboTransientAnalysisWW&四石>D 5m 10m 15m 2Qm 25mTime圖膽業(yè)i_SelectedTrace:V(vo]圖15電壓比較器仿真輸出信號9由上圖可知，此電壓比較器能將輸入的正弦波信號在一定時間后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的方波信號輸出，可用于方波產(chǎn)生。.總電路設(shè)計及仿真總體電路設(shè)計根據(jù)設(shè)計思想，首先由RC正弦波振蕩電路產(chǎn)生一個正弦波；再通過零電壓比較器，產(chǎn)生方波；將方波信號接到積分電路的輸入端，產(chǎn)生三角波；最后將三角波信號接到差分放大器的輸入端，產(chǎn)生可輸出的正弦波。根據(jù)這一原理，將各單元電路按RC正弦振蕩器-方波發(fā)生器-三角波發(fā)生器-正弦波發(fā)生器的順序連接起來，組成多功能函數(shù)信號發(fā)生器。總電路圖如下：（其中積分電路和差分方大器為另一同學(xué)田曉蕾設(shè)計）圖16函數(shù)發(fā)生器設(shè)計總電路函數(shù)信號發(fā)生器能產(chǎn)生方波、三角波、正弦波三種波形，在圖16中，開關(guān)S1控制三種波形的輸出。在RC正弦振蕩電路中，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電容C1、C2接入系數(shù)可以改變輸出信號的頻率。R6、R9為可變電阻，調(diào)節(jié)R6、R9可進(jìn)行輸出頻率的微調(diào)。在輸出函數(shù)信號波形選擇的上，方波信號輸出、三角波信號輸出、正弦波信號輸出分別連接到多路開關(guān)控制器S1的不同鍵的端口中，多路開關(guān)控制器S1通過同相放大器（如圖17）接到輸出。當(dāng)S1打開第一個鍵時，輸出為方波信號，打開第二個鍵時，輸出為三角波信號，打開第三個鍵時，輸出為正弦波信號，圖17所示同相放大器用于調(diào)節(jié)輸出信號的幅度，可通過調(diào)節(jié)電位器R18實現(xiàn)。10

總體電路仿真(1)打開開關(guān)S1的第一個鍵，這時選擇方波信號輸出，令同相放大器中可變電阻接入比例為100%,利用瞬態(tài)分析法進(jìn)行分析，其選項設(shè)置如下：圖18選項設(shè)置11

仿真結(jié)果如下:GrapherView 一口?FileEditUinGraphTraceCurccrfLegendToolsHelpj22>,曲旦阿□ik 人?國?q商匐咱j22>,曲旦阿□ik 人?國?q商匐咱aj”京：□國Osdloscape-XSC5|OsdhscDpe-XSCa]TrareiHilAnalysis|Transientdialysis|Tra_6feiHArahsfc|Tianaent川汨?！闠ransient/hsfsqTransientAnalysis15.2.aT17.5m10.0m0.0S.GniTime(5)胭也」SelectedDiagram:TransientAnalysis圖19函數(shù)發(fā)生器發(fā)生方波仿真從圖中可得，產(chǎn)生方波輸出電壓最大值為Vmax=12V。（2）打開仿真電路開關(guān)，將開關(guān)S1第一個鍵關(guān)閉，打開S1的第二個鍵，這時選擇三角波信號輸出，觀察示波器，有如下波形:圖20函數(shù)發(fā)生器發(fā)生三角波仿真12從圖中可得，產(chǎn)生三角波輸出電壓最大值為Vmax=5V。(3)將開關(guān)53第二個鍵關(guān)閉，打開S3的第三個鍵，這時選擇正弦波信號輸出，觀察示波器，有如下波形：圖32函數(shù)發(fā)生器發(fā)生正弦波仿真從圖中可得，產(chǎn)生三角波輸出電壓最大值為Vmax=5x2.2=11Vo.元器件清單Qu苜口tityI DeszipiioriRefDesPackage■qRESISTOR.LDkaRLrR^R3rR5rR7rRUarRH.RL5.RiPQi.-JER_93LRCESrVCCUCCGenericiPQl-JER_90LJRCESrVEEVEEGenericiRESISTOR.RL1iPQi.-JER_93LRCESrGROUNDrGenericiRESISTOR.9gRL2iRESISTOR.15LORL3iCAPACITOR.IZDrFCL1丁3□PAM='_?TJ/IR7lKiL,aPAMP_5T_V[FlTUALU4PU5PU6GenericLJ4RESISTOR.LkDRLfirR19r史20,R2S771pofTEr'jnaMFTERP50tnRLB-7RESISTOR.LOtnR21PR22PR23.R2￡gR醞RZ713CAPACITOR.LpFCL2PC13rC14LT1RESISTOR.R29~lF1POfTHECIMF正LLOtnR3DLn1RESISTOR.3kflR4TF7porcrE口昨正心ZADkflR6PR9TT1RESISTOR.LBkQR3LT72ENER,12VDLrD2Generic772XIARIAELEjZAPACrraR