基于Multisim14的波形发生器的仿真研究

姚屏 王艳 唐东峰 濮振华

摘要：Multisim软件仿真在电路设计与基础实验教学中具有非常重要的应用价值。本文运用Multisim14对波形发生器进行了设计，通过仿真，观察输出信号的波形，并对电路的相关参数进行理论分析。仿真分析结果表明与理论一致，并能正确输出正弦波、矩形波和三角波。通过该例说明，采用Multisim软件对电路进行设计方便有效，能较好的应用与基础实验教学中。

关键词：Multisim;波形发生器;设计与仿真;

中图分类号：TN702 文献标识码：A

0 引言

随着现代社会信息化进程不断推进，电工技术已经被广泛地应用于社会的多个领域。在学生树立理论联系实际，培养分析问题、解决问题的能力、动手能力、合作精神、以及创新思维培养方面，都有着十分重要的作用[1-2]。本论文借鉴国内外各高校开放实验教学的实践经验，在传统的实验内容以及学生所掌握的电路理论知识基础上，对电路实验室进行开放，设计了“波形发生器”开放实验，将经典实验与学科前沿实验结合、基本实验方法与现代化实验方法结合、实验内容与激发学生兴趣及密切联系实际相结合等方面进行探索，目的在于通过电路实验教学改革，充分发挥实验室在人才培养中的作用，不断提升学生创新精神和实践能力[3-6]。

1 波形发生器的基本原理及电路的组成

波形发生器作为一种常见的信号源，是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源，它可以产生多种波形信号，如正弦波、方波、三角波等，因而广泛应用于通信、雷达、导航、宇航等领域。

为了更好地与实验相结合，本文利用Multisim进行简单的波形转换仿真，把它分为3个部分的单元电路：1）通过正弦波发生电路产生正弦波，因为需要产生1个稳定的振荡条件，所以在放大电路中加了正反馈。2）正弦波发生器与过零比较器结合让正弦波变化为方波。3）在过零比较器后面连接一个积分电路使波形最后转换为三角波。图1为波形发生器的系统结构图，由图可以看出，整个系统由3个环节构成，分别产生正弦波、方波和三角波。图2为具体的实现电路。

本波形发生器的第一个环节是采用文氏桥式RC正弦波振荡电路来实现正弦波的输出（图2的B点以左的电路部分）。正弦波产生电路中，欲使振荡电路能自行建立振荡，必须满足的条件（A为基本放大电路增益，F为反馈网络的反馈系数）。开始接通电源后，略大于3，其中：，即略大于，这样就有可能自行起振。

第二个环节由过零比较器实现方波的输出（图2中B、C两点之间的电路）。由于是要考虑实际的集成运放构成电压比较器，可以考虑加限幅措施，避免运放内部管子进入深度饱和区，来提高响应速度。

第三个环节是在过零比较器的后面加上积分电路实现从方波到三角波的转换，积分运算电路主要是由RC及放大器组成的（图2中C、D两点之间的电路）。根据输入信号的频率，通过合理地设置R7和C3的值来改变时间常数，就可以完成相应波形的转换[7]。

2 仿真结果分析

根据计算，改变的值，取0～10kΩ，观察输出波形。 当时，没有输出信号，因为此时电路的放大倍数，电路不能起振;当时，输出波形如图3（a）所示，信号已振荡，但是输出电压幅值较小，起振时间较长;逐渐减小，从图3（b）至图3（d）可以看出 ，随着的减小，起振速度加快，输出电压幅度也增大，但振荡频率没有改变。

图4是整个电路所需要的3种输出波形，要求学生比较滤波电路输出的正弦波与RC振荡器产生的正弦波的幅值、频率、相位，注意灵敏度的选取，分析幅值、相位变化的原因。

图4（a）中，蓝色的波形是A点的波形，红色的B点的波形。由该图可见，正弦波的输出频率：

当电路达到稳定的输出时，放大倍数：

与理论一致。

图4（b）中，蓝色的波形是C点的波形，红色的D点的波形。由该图可见，矩形波和三角波输出频率与图4（a）中的保持一致。

3 结论

本文利用Multisim软件设计了一款波形发生器产生电路，能产生正弦波、方波和三角波。通过上述分析可见，利用EDA工具软件Multisim进行电子技术设计型实验，改变了利用电子元器件、仪器等物质手段的传统设计型实验教学模式，具有开发性、灵活性、丰富性、生动性、实时交互性和高效性等功能特征，极大地丰富了电子电路的教学方法，拓展了教学内容的广度和深度，为提高电子技术教学质量提供了又一个有效手段。

参考文献

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[5] 孙淑艳，黄晓明，柳赟.高校电工电子实验的创新实践与思考—由教学案例“立体声音响放大器的设计”谈起[J].实训与实践探索，2018.12：65-69.

[6] 李露等.基于电工学实验教学培养学生创新意识和能力的研究与探索[J].教育教学论坛，2014，50：267-268.

[7] 吉皓月，夏何银，宋琳.应用Multisim进行简单的波形转换仿真[J].中國新技术新产品， 2020，12：5-7.

基金项目：湖南科技大学潇湘学院校级课程建设与教学改革项目（904/G32067）

通信作者：姚屏（1977-），女，湖南省邵阳市，讲师，硕士研究生，研究方向：通信与信息系统