基于Multisim14的波形發生器的仿真研究

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

隨著現代社會信息化進程不斷推進，電工技術已經被廣泛地應用于社會的多個領域。在學生樹立理論聯系實際，培養分析問題、解決問題的能力、動手能力、合作精神、以及創新思維培養方面，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驗，在傳統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“波形發生器”開放實驗，將經典實驗與學科前沿實驗結合、基本實驗方法與現代化實驗方法結合、實驗內容與激發學生興趣及密切聯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，充分發揮實驗室在人才培養中的作用，不斷提升學生創新精神和實踐能力[3-6]。

1 波形發生器的基本原理及電路的組成

波形發生器作為一種常見的信號源，是現代測試領域內應用最為廣泛的通用儀器之一。在研制、生產、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）通過正弦波發生電路產生正弦波，因為需要產生1個穩定的振蕩條件，所以在放大電路中加了正反饋。2）正弦波發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為波形發生器的系統結構圖，由圖可以看出，整個系統由3個環節構成，分別產生正弦波、方波和三角波。圖2為具體的實現電路。

本波形發生器的第一個環節是采用文氏橋式RC正弦波振蕩電路來實現正弦波的輸出（圖2的B點以左的電路部分）。正弦波產生電路中，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為反饋網絡的反饋系數）。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。

第二個環節由過零比較器實現方波的輸出（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，來提高響應速度。

第三個環節是在過零比較器的后面加上積分電路實現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，就可以完成相應波形的轉換[7]。

2 仿真結果分析

根據計算，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，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：

當電路達到穩定的輸出時，放大倍數：

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生器產生電路，能產生正弦波、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設計型實驗教學模式，具有開發性、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