基于Multisim的函数信号发生器-方波、三角波、正弦波[通俗易懂]

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设计要求

– 基本要求

设计制作一个方波-三角波-正弦波信号发生器，供电电源为±12V。
（1）输出频率能在1-10KHZ范围内连续可调；
（2）方波输出电压Uopp=12V(误差<20%)，上升、下降沿小于10us；
（3）三角波信号输出电压Uopp=8V(误差<20%)；
（4）正弦波信号输出电压Uopp≥1V，无明显失真。

– 提高要求
（1）将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可调范围30%–70%；
（2）三种波形的输出峰峰值Uopp均在1~10V范围内连续可调。

设计思路

– 电路组成
实验设计的函数发生器包括比较器与积分器组成的方波-三角波发生电路以及差分放大电路组成的三角波-正弦波转换电路，可依次生成方波、三角波、正弦波，将各模块组合起来即形成一个简易函数信号发生器。
– 方波-三角波发生电路及工作原理
方波-三角波发生电路是由迟滞比较器和RC积分器组成的自激振荡电路，两者的输出信号互为输入信号。
方波发生具体是由迟滞比较器与RC反馈组成的，其电压传输特性如下图所示：
在这里插入图片描述

在比较过程中，电容循环充放电产生自激振荡，故而可生成方波。
比较器输出的方波经过积分器便可得到同频率的三角波，如下图所示：

而三角波反馈回比较器的同相入端, 继而触发比较器循环翻转形成方波。
此电路的线性性、抗干扰能力都较好,通过加入电位器即实现频率连续可调, 且不影响输出信号幅值。

– 三角波-正弦波转换电路及工作原理
三角波-正弦波转换电路是由有源差分放大电路组成的。
根据差分放大器传输特性曲线的非线性，如下图所示：

当积分器输出的三角波正负峰值接近差分放大管的截止电压时，晶体管集电极电流随时间变化的波形正好接近于正弦波，从而实现三角波-正弦波的转换，且传输特性曲线越对称、线性区越窄越好。

– 频率连续可调
在方波-三角波生成电路中添加合适的电位器，改变积分器的RC值，可实现在一定范围内调节频率。
– 幅度连续可调
在各信号输出点与地之间加上合适阻值的电位器，即可通过调节电位器从而分压，实现在一定范围内幅度可调的功能。
– 矩形波占空比可调
将积分器中的电阻改为电位器，并加入两个反向二极管。利用二极管的单向导电性，当调节电位器使两个二极管串接的电阻值不同，从而使得电容充放电时间不同，继而实现在一定范围内调节占空比的功能。