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多功能函数发生器设计
一、 实验目的和要求
设计出能产生方波、三角波、正弦波信号的各单元电路，并利用multisim 仿真对其中各参数进行调试，在各单元电路设计完成之后，再将他们连
接起来。最后通过多路开关控制器的作用，拨动开关不同键，选择不同的参数值，从而可以实现输出函数信号种类的可选择性，以及输出函数信号的频率可调、幅度可调。
1. 输出频率能在30Hz-2KHz范围内连续可调，无明显失真； 2. 方波输出电压Vp≤12V； 3. 三角波输出电压Vp≤5V； 4. 正弦波输出电压Vp≤11V
二、 实验原理和内容
本设计首先利用RC正弦波振荡电路产生一个正弦波，正弦波通过电压比较器产生方波，方波通过积分电路形成三角波，最后三角波通过差分电路产生可输出的正弦波。电路原理框图如下。
方波输出 三角波输出 RC积分电路 正弦波输出 差分放大电路 RC正弦振荡器
电压比较器 图1 电路原理框图
本设计为分工合作，我负责的部分为RC正弦振荡器和电压比较器两部分。
三、 主要仪器设备
名称 电子计算机 Multisim12.0提供的虚拟仪器设备 型号 Inspiron 3537 主要性能参数 主频：2.3GHz 四、 实验步骤及操作方法
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1. RC正弦波振荡电路的设计
1.1 RC正弦波振荡电路原理图如下图所示：
图2 RC正弦波振荡电路原理图
如图所示的RC正弦波振荡电路，根据设计要求采用电阻值均为15kΩ的R1，
R2，可调电位器R4 的总阻值为100kΩ。电容C1 和C2 为0.22μF，D1，D2 是型号1N4001 的二极管，用来保护电路，采用的集成运放为OPAMP_5T_VIRTUAL。
R1 、C1、R2、C2 组成RC 串并联网络形成正反馈，运放、R4、R5、D1、D2 组成同相比例放大器，D1，D2 具有稳幅作用。
在此电路中，由RC 串、并联网络组成正反馈支路和选频网络，这部分电路决定了电路的振荡频率；由R4、D1、D2 和R5 组成负反馈支路和稳幅环节。负反馈电路控制运算放大器的增益。反馈过深，不易起振，反馈过小，容易造成波形失真。适当调节可变电阻
R4 的值，使电路能够起振，并输出为正弦波信号，其中D1、D2 的非线性作用可实现电路稳幅。并联电阻R5 有改善二极管非线形引起波形失真的作用。
根据RC 文氏电桥振荡电路的理论参数，可以计算的电路的振荡频率为：
1.2 RC正弦波振荡电路的仿真
用Multisim12对电路进行仿真，打开示波器，发现示波器中有微弱波形，近似直流信号，振荡电路开始起振，上述微弱波形慢慢明显，振荡逐渐增强，再过一段时间，这种振荡波形信号逐渐增强，并趋于稳定，有固定的振荡频率与幅度值，如下图所示：
图3 RC正弦波振荡器仿真
从图中可得出产生的正弦波电压最大值：Umax=200mV×1.5=3V 用频率计检测到产生的正弦波的频率如下图：
图4 正弦波频率
由上图可知：正弦波频率f≈48Hz
于是可得，理论参数算得的振荡频率与实际仿真频率数据一致。 2. 频率可调的正弦波振荡电路的设计
2.1 频率可调正弦波振荡电路原理图如下图所示：
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图5 频率可调的正弦波振荡电路
在RC正弦波振荡器电路上改装成上图所示的频率可调的正弦波振荡电路。在上图中，R1，R2，R3，R4组成反馈网络，D1，D2 起稳定的作用。
取R1= R2= R3=10kΩ，为了使电路能够起振，R4 取3 kΩ。R5 与可变电阻R6加上0到100nF可变电容C1组成串联回路，R8与可变电阻R9加上0到100nF可变电容C6组成并联回路，整个部分构成RC串并联回路。为了使输出正弦波信号的频率可调，在RC 串并联回路中，采用可变电容，改变电容接入值，即可改变输出信号的频率。可变电阻R6，R9 可实现振荡电路输出信号频率的微调。 2.2 频率可调正弦波振荡电路的仿真
（1）令可变电容C1、C2接入值分别为1%，调节可变电阻R6、R9为适当阻值，则可得到下图所示波形：
图6 频率可调的正弦波振荡电路的仿真
输出信号的频率为：
图7 产生正弦波的频率
此时，从仿真结果图中可得出输出信号电压最大值为：Vp=10V×1.4=14V。 输出信号频率为：f=2.447kHz。
（2）令可变电容C1、C2接入值分别为10%，调节可变电阻R6、R9为适当阻值，则可得到下图所示波形：
图8 频率可调的正弦波振荡电路的仿真
输出信号的频率为：
图9 产生正弦波的频率
此时，从仿真结果图中可得出输出信号电压最大值为：Vp=10V×1.4=14V。 输出信号频率为：f=248.2Hz。
（3）令可变电容C1、C2接入值分别为100%，调节可变电阻R6、R9为适当阻值，则可得到下图所示波形：
图10 频率可调的正弦波振荡电路的仿真
输出信号的频率为：
图11 产生正弦波的频率
此时，从仿真结果图中可得出产生的正弦波输出电压最大值为：Vp=10V×
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多功能函数发生器设计系统仿真实验报告函数发生器
