Multisim基于运放的简易函数发生器原理，仿真，制作（大学生向）

摘要

本文记叙了大一笔者设计并制作建议函数发生器的绝大部分过程，意在温故知新，实现正负10V供电电压，仿真输出频率在1khz，2khz，1.5khz三挡可调的正弦波，方波，三角波形，焊接任意一个频率即可。本文为笔者第一篇博客，如有错误不当望指教！

设计思路

笔者的思路是以正弦波发生器为首输出正弦波，再接比较器输出方波，最后接积分器输出三角波，调频依据正弦波发生器的原理设置即可。

正弦波发生器

如图1，笔者采用RC型正弦波发生器，利用文氏电桥产生自激振荡，经运放放大器后可以输出失真较小的正弦波形。

 图1

文氏电桥为图1中左侧两个电容和两个电阻，也称选频网络，其增益表达式为

 确定选频网络的R和C后，欧米伽最大值为1/3，且此时相移为0度。

右侧的运放发达电路放大增益倍数为1+10/3.5=3.85倍，此时由环路增益表达式

得环路放大倍数为1.28倍，而即便很小的信号经过多次的1.28倍放大最终会无穷大，超出供电电压而使输出图像失真，故需要加上稳幅电路（图1中两个二极管并联电路），当信号幅度超过一定值（由二极管的导通电压决定）时，必然会使二极管导通，电阻并联导致环路增益来到0.96倍 ，进而减小输出信号的幅度，当信号小到一定值时二极管断开，环路增益又回到1.28倍，如此往复，就可以输出失真度较小的正弦波形，如图1

调频

输出信号的频率由文氏电桥产生的信号频率决定，文氏电桥的特征频率表达式如下

该表达式仅限于文氏电桥两个电阻相等，两个电容相等的情况，不同时只需将RC替换为根号下R1R2C1C2相乘。据此下图为笔者设计的调频电路

 

图2 

s1闭合为2khz，s2闭合为1.5khz，s3闭合为1khz，需要注意的是改变文氏电桥的电阻后，选频网络增益也会改变，导致环路增益也会改变，原来的固定倍数不再适用，因此用一个10k可变电阻替换原来的3.5k电阻，改变频率后需要微调可变电阻来得到正常的输出图形。

比较器转方波

利用电压比较器的特性将正弦波转化成方波波形，笔者选择了反向迟滞比较器。

迟滞比较器相比于普通比较器的好处是当输入电压达到基准电压后，输出电压改变的同时基准电压也改变，可以有效避免毛刺波形引起的不理想输出，在实际电路搭建中非常有帮助，电路及原理图如下，笔者不做过多解释。

 图3

其中两个基准电压的k值表达式为

由此笔者设计的正弦波转方波电路如下图

 

图4 

需要注意的是，比较器的输出波形都具有直流偏移，根据我已有的电容，串联一个10uF电容减小直流偏移，但无法完全排除。

积分器转三角波

积分器依据特定的电路连接方式，经公式推导，可将输入信号求积分再输出，笔者不做更多的原理讲解，直接贴上笔者的学习链接如下什么是积分放大器？积分放大电路教程，公式+原理，几分钟就搞懂 - 百芯EMA (aiema.cn)

由此，笔者设计的反向积分电路如下图

 

图5 

其中，R11功能是为电容放电。

仿真电路图

焊接 

笔者选择1khz频率制作

 

接入供电电压后三个波形全部成功显示 

出现问题

如上图所示，放大三角波形后出现过冲现象，表现为异常的尖端脉冲，过冲有可能会引起电路元件的损坏，根本原因是传输线两端阻抗不匹配造成的，笔者给输出串联一个100千欧的电阻后过冲基本消失。

参考文献

《新概念模拟电路》系列丛书全五册合集 西安交大杨建国教授

[Multisim][模电实验]简易函数信号发生器的设计与实现_北京邮电大学2019级信通院电子电路实验下_设计一个方波-三角波-正弦波发生器,主要技术指标:-优快云博客