函数信号发生器的 Multisim 模电仿真之旅

函数信号发生器模电仿真multisim仿真 1.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１KHZ～10KHZ 范围内连续可调。 2）方波输出电压VOPP＝12V（误差<20%），上升、下降沿小于10μS； 3）三角波Vopp＝8V （误差<20%）； 4）正弦波Vopp≥1V，无明显失真。 2.提高要求： 1）将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可调范围为30%‐70%； 2）三种波形的输出峰峰值VOPP 均可在1V-10V 范围内连续可调。仿真文挡

嘿，各位电子爱好者们！今天咱来聊聊函数信号发生器的模电仿真，用的工具是 Multisim，这可是个超好用的电路仿真软件。咱要设计一个能产生方波、三角波和正弦波的信号发生器，供电电源是 ±12V 哦，听着是不是很带劲？

基本要求实现

频率可调

要求输出频率能在 1KHZ ～10KHZ 范围内连续可调。在 Multisim 里搭建电路时，咱可以通过改变电容或者电阻的值来实现频率的调整。比如说，利用一个电位器和电容、电阻组成 RC 振荡电路，电位器用来改变电阻值，进而改变振荡频率。

方波输出

方波输出电压 VOPP 要达到 12V（误差<20%），上升、下降沿小于 10μS。这里咱可以用一个比较器电路来实现，像 LM339 这类比较器芯片就很合适。以下是简单的代码示意（这里用类似 C 语言的伪代码来帮助理解逻辑）：

c 复制代码

// 模拟比较器逻辑
if (inputVoltage > referenceVoltage) {
    output = HIGH;
} else {
    output = LOW;
}

在 Multisim 里，把比较器的同相端接一个随时间变化的信号（比如电容的充电信号），反相端接一个固定的参考电压。当输入信号大于参考电压，输出高电平，小于则输出低电平，这样就产生了方波。通过调整参考电压和电容电阻参数，就能满足方波电压和边沿时间的要求。

三角波输出

三角波 Vopp 要等于 8V （误差<20%）。通常我们可以用积分电路来把方波转换为三角波。假设方波信号输入到积分电路，积分电路的输出就是三角波啦。积分电路的核心公式是： $V*{out} = -\\frac{1}{RC}\\int V*{in}dt$ 。用代码来表示这个积分过程的话：

python 复制代码

# 简单模拟积分过程
dt = 0.00001  # 时间步长
vin = 1  # 假设输入方波幅值为1
vout = 0
rc = 0.001  # RC值
for i in range(1000):
    vout = vout - (vin * dt) / rc

在 Multisim 里搭建积分电路，调整好电阻和电容的值，就能得到满足要求的三角波输出。

正弦波输出

正弦波 Vopp≥1V，无明显失真。一般用三角波通过一个非线性电路，比如二极管折线电路，来逼近正弦波。这背后的原理是利用二极管的非线性特性来改变三角波的形状，使其接近正弦波。在 Multisim 里，合理连接二极管和电阻等元件，通过调整元件参数，就能得到不错的正弦波输出。

提高要求实现

占空比可调矩形波

要将输出方波改为占空比可调的矩形波，占空比可调范围为 30% - 70%。我们可以用一个单稳态触发器结合一个电位器来实现。电位器用来调整触发时间，从而改变占空比。假设用 555 定时器来搭建单稳态触发器，555 定时器有三个重要引脚，触发引脚（TRIG）、阈值引脚（THR）和输出引脚（OUT）。通过调整连接到触发引脚的电阻电容值，就能改变触发时间，进而改变占空比。代码示意如下（同样是伪代码）：

c 复制代码

// 555定时器单稳态触发逻辑
if (triggerPin == LOW) {
    // 开始计时
    startTimer();
}
if (timerValue > thresholdValue) {
    outputPin = HIGH;
} else {
    outputPin = LOW;
}

在 Multisim 里搭建好 555 定时器电路，连接好电位器调整电阻值，就能轻松实现占空比可调的矩形波输出。

峰峰值连续可调

三种波形的输出峰峰值 VOPP 均可在 1V - 10V 范围内连续可调。对于方波，可以通过改变比较器的参考电压来实现；三角波则可以在积分电路前增加一个放大器，通过调整放大器的增益来改变峰峰值；正弦波同样可以在其产生电路后增加放大器调整增益。比如在 Multisim 里给三角波输出连接一个运算放大器组成的同相放大器电路，通过调整反馈电阻和输入电阻的比值来改变增益，代码示意如下（以 Python 模拟放大器增益计算）：

python 复制代码

# 同相放大器增益计算
R1 = 1000  # 输入电阻
R2 = 2000  # 反馈电阻
gain = 1 + R2 / R1

这样就能实现三种波形峰峰值在指定范围内连续可调啦。

通过在 Multisim 里精心搭建电路，调整各个元件参数，就能满足函数信号发生器从基本要求到提高要求的所有功能，是不是很有成就感呢？希望大家都能在这个过程中收获满满，享受电子电路仿真的乐趣！