毕业论文-实用信号源的设计与仿真

1、本科生毕业论文（设计）论文（设计）题目： 实用信号源的设计与仿真 学 院、 系： 信息工程学院 计算机科学与技术系 专 业 (方 向)： 电子信息工程 年 级、 班： 学 生 姓 名： 指 导 教 师： _2011_年 5 月 29 日2声 明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师的指导下取得的成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业论文（设计）成果归兰州商学院所有。 特此声明毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日实用信号源的设计与仿真摘 要信号源又称信号发生器，在生产实践和科技领域中有

2、着广泛的应用。正弦信号与脉冲信号是电子线路中最常用的信号，这些信号可以由波形产生电路和变换电路来提供。波形产生电路是一种不需外加激励信号就能将直流能源转化成交流能源的输出电路，又称为振荡器或波形发生器。本设计中的正弦信号源采用正弦波振荡器来产生，这样的振荡电路有很多种，经过分析比较采用RC正弦波振荡电路，即RC桥式振荡电路或文式桥振荡电路。该种振荡电路是以RC串并联电路作为选频网络的电路，可以产生满足频率幅度可调的正弦波信号。脉冲信号源由555时基电路构成的多谐振荡器以及引入电压串联负反馈的放大电路共同构成，称为矩形脉冲电路。设计过程中分析了两个电路各自的特点，结合设计要求对电路进行了改进，在

3、Multisim软件中进行仿真，仿真结果显示正弦信号源实现了频率、幅度的可调且输出波形稳定，脉冲信号源实现了频率、幅度、占空比可调且波形质量高。关键词正弦信号 脉冲信号 RC桥式振荡 555时基电路 Multisim仿真 ABSTRACTThe supply oscillator is also called the signal generating device. It has a widespread application in the productive practice and the technical domain.Sine and pulse signal are the

4、most commonly used signals in electronic circuits, these signals are generated by the wave and transformed circuit. Waveform generator circuit is a energy output circuit which can transform DC into Energy exchange, also known as oscillator or waveform generator. In the context, the sine signal can b

5、e produced by a sine wave oscillator, there are a lot of so circuits, after analysis and comparison using RC bridge oscillator circuit ,which also known as the RC Bridge oscillator circuit. This kind of oscillation circuit is using RC series-parallel circuit as the selected frequency network, which

6、can adjust to meet the sine wave frequency signals. The pulse signal source is generated by the multi-circuit harmonic oscillator by the 555 and lager circuit, known as the rectangular pulse generator circuit.During the design process, I analysis the characteristics of the two circuits, and improve

7、the circuit according to the design requirements. Simulation in the Multisim software show the sine signal source achieve the frequency, magnitude and the adjustable output waveform stability, the pulse signal source to achieve the source frequency, magnitude, adjustable duty cycle and high-quality

8、waveforms. Key wordsSine wave, Pulse wave,RC bridge oscillations,555,Multisim目 录一、引言1（一）课题设计要求11、正弦波信号源12、脉冲波信号源2（二）信号源研究状况2（三）课题研究方法3二、方案分析3（一）正弦信号源31、振荡电路工作原理42、桥式振荡电路的组成6（二）脉冲信号源131、555定时器工作原理142、矩形脉冲电路组成16三、方案实现18（一）RC桥式振荡电路18（二）矩形脉冲电路19四、电路仿真21（一）仿真软件21（二）仿真过程221、正弦波电路仿真222、矩形波电路仿真24（三）数据测量与分析2

9、6五、结论29参 考 文 献30致谢3131实用信号源的设计与仿真一、引言随着电子技术的迅速发展，电子信息系统在我们的生活中越来越重要。整个系统首先需要采集信号，采集信号就需要有信号源，信号源作为一种基本电子设备，无论是在教学、科研还是在部队技术保障中，都有着广泛的使用。另外，信号源作为一种通用电子测试仪器是军队进行高科技战争不可缺少的一种测试仪器。因此，从理论到工程对信号的发生进行深入研究，不论是从教学科研角度，还是从部队技术保障服务角度出发都有着积极的意义。随着科学技术的发展和测量技术的进步，对信号源的要求越来越高。各种电器设备要正常工作，常常需要各种波形信号的支持。最常见和常用的信号就是

10、正弦信号和脉冲信号。正弦信号是频率成分最简单的信号，也正因为如此，它的用途也最为广泛；脉冲信号是指不具有连续正弦波形状的信号，常见的脉冲信号波形有方波，矩形波，尖脉冲，锯齿波以及钟形脉冲等1。（一） 课题设计要求1、正弦波信号源(1)信号频率：20Hz2kHz步进调整。 (2)在 Multisim软件中进行仿真，仿真结果显示正弦波，并实现频率、幅度的可调且输出波形稳定。2、脉冲波信号源(1) 信号频率：20Hz20kHz步进调整。(2)上升时间和下降时间：1s。(3)脉冲占空比：2%98%步进可调。（4）在 Multisim软件中进行仿真，能够仿真出脉冲波，并且脉冲信号源实现频率、幅度、占空比

11、可调。（二）信号源研究状况本课题通过研究分析设计出一种可以产生频率，幅度或占空比可调的正弦信号源与脉冲信号源的波形产生电路。波形发生电路是一种不需外加激励信号就能将直流能源转化为具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出电路，又称为振荡器或波形发生器。波形发生器是一种常用的测量仪器，广泛用于科学研究、生产实践和教学实践等领域。国内外也有很多关于这方面的研究，根据不同的要求设计不同的方案，有基于DSP实现正弦信号源的产生，基于单片机实现正弦信号源的产生，有基于FPGA进行高速脉冲信号源的设计与实现2，也有高精度设计与实现正弦激励信号源等等以及相关的一些技术研究问题。当然市面上也有信号发生器，

12、这些信号发生器可以产生满足各种要求的各种波形，但价格十分昂贵。学习了模拟电子技术和数字电子技术以及高频信号等学科的知识后发现自己也可以设计制作出满足频率、幅度、占空比可调的正弦信号和脉冲信号。并且原理易懂，方便实用，波形输出稳定，可用于简单电路的信号源输入。（三）课题研究方法根据书中知识设计一个频率、幅度或占空比可调的正弦信号源与脉冲信号源是完全可能的。查阅资料可知，对于正弦信号源，最基本的可以用振荡电路产生。振荡电路有很多种，应用最广泛，最易实现的就是RC桥式振荡电路，理论上该电路可以产生频率1MHZ以下的正弦波；对于脉冲信号源，脉冲信号有很多种，本设计就以矩形脉冲为例进行分析研究，由所学知

13、识知道，555构成的多谐振荡电路1就可以产生频率稳定的矩形波，只要对电路进行适当的改动就能产生符合要求的矩形波信号。综上所述：利用模拟电路基础和数字电路基础书本知识就可以生成正弦信号源和脉冲信号源。由此方法得到的信号波形虽不如市面出售的信号发生器产生的波形信号，但该设计电路简单易行，对我们知识的巩固研究更有帮助。二、方案分析（一）正弦信号源正弦信号源在实验室和电子工程设计中有着十分重要的作用，而传统的正弦信号源根据实际需要一般价格昂贵，低频输出时性能不好且不便于自动调节，工程实用性较差。正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。由它产生的正弦信号广

14、泛地应用于量测、遥控、通信、自动控制、热处理和超声波电焊等加工设备中，同时也可作为模拟电子电路的测试、控制信号。1、振荡电路工作原理要产生自激振荡3，电路中必须引入反馈信号且反馈量必须与放大电路的输入量处在一个相对平衡的状态，即，写成模与相角的形式为： （21） （或） （22）式（21）称为相位平衡条件，式（22）称为幅值平衡条件。相位平衡条件，说明反馈电压与输入电压同相，即正反馈，正反馈是通过振荡器电路来保证的。是输出电压超前输入电压的相位，当放大器是一个非线性工作的晶体管放大器时，输出电压为，是集电极电流基波分量，是集电极负载阻抗，则 （23）其中,是晶体管集电极电流基波分量超前输入电压

15、的相角，是负载的相角，即超前的相角。因此相位平衡条件又可写为： （24）图2.1 利用瞬时极性法判断相位条件相位是频率的函数4，在晶体管的特征频率远大于振荡频率时，可近似认为与频率无关，且数值很小。反馈网络的相移通常在窄带范围内也可认为与频率无关。所以，相位平衡条件决定了振荡器的工作频率。为保证振荡器的工作频率是惟一的，满足相位平衡条件的平衡点只能是一个。判断一个电路是否满足相位平衡条件的方法是断开反馈，在断开处给放大电路加频率为的输入电压，并给定瞬时极性，如图2.1所示；然后以极性判断输出电压的极性，从而得到反馈电压的极性；若与极性相同，说明满足相位平衡条件，电路可能产生正弦波振荡5，反之则

16、不能。图2.1 利用瞬时极性法判断相位条件 幅值平衡条件中，即，所以 （25）即，这就是说，振幅平衡条件是反馈电压的幅值等于放大器输入电压幅值。凡满足的点即为满足振幅平衡条件的平衡点，对应这些点的输出电压值，就是振荡器产生的电压幅值。判断一个电路是否满足振幅平衡条件的方法是分别求解电路的和，然后判断是否等于1。若等于1则满足幅值平衡条件，电路可产生正弦振荡，否则不能。但有一点必须注意的是只有电路满足相位平衡条件的情况下判断是否满足幅值条件才有意义。换言之，若电路不满足相位条件，则不可能振荡，也就无需判断是否满足幅值平衡条件了。另外为了使输出量在合闸后能够有一个从小到大直至平衡在一定幅值的过程，

17、电路的起振条件为 （26）2、桥式振荡电路的组成一个完整的正弦振荡电路主要由四部分电路组成：放大电路保证电路能够有从起振到平衡的过程，使电路获得一定幅值输出量并且实现能量控制；选频网络确定电路振荡频率使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡；正反馈网络使放大电路的输入信号等于反馈信号，在不少实用电路中常将选频网络和正反馈网络合二为一；稳幅环节即非线性环节，作用是使输出信号稳定。除此之外，要使电路能产生正弦波振荡还必须满足下列条件：(a)放大电路要有合适的静态工作点且动态信号必须能够输入、输出和放大；(b)电路必须满足正弦波振荡的相位条件；(c)电路必须满足正弦波振荡的幅度条件。（1）

18、放大电路放大电路是保证电路能够起振的部分,也是整个振荡电路中不可少的部分。放大电路可以由三极管、场效应管等分立元件构成，也可以由集成运算放大电路外接电阻电容等构成。从电路稳定性、可靠性以及简易方面考虑直接采用集成运算放大电路。集成运算放大电路由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成，它有两个输入端，一个输出端。对于正弦振荡电路来说，对放大电路的要求是放大倍数A必须与选频网络的反馈系数F相匹配，满足两者向量点积大于等于1，并且在实际中，具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻，目的是减小这部分电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅仅决定于选频网络。从本质上看，集成运放是一种高性能的直接耦合

19、放大电路。尽管品种繁多，内部电路结构也各不相同，但是基本组成部分，结构形式，组成原则基本一致6。集成运算放大器按照参数可分为如下几类：通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例uA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid（1091012）W，IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻

20、抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。低温漂型运算放大器在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。高速型运算放大器在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中，要求

21、集成运算放大器的转换速率SR一定要高，单位增益带宽BWG一定要足够大，像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、mA715等，其SR=5070V/ms，BWG20MHz。低功耗型运算放大器由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便，所以随着便携式仪器应用范围的扩大，必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器。常用的有TL-022C、TL-060C等，其工作电压为2V18V，消耗电流为50250mA。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如ICL7600的供电电源为1.5V，功耗为10mW，可采用单节电池供

22、电。高压大功率型运算放大器运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏，输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流，集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路，即可输出高电压和大电流。例如D41集成运放的电源电压可达150V，mA791集成运放的输出电流可达1A。理论上，任何满足放大倍数要求的放大电路与RC串并联网络都可组成正弦波振荡电路，但是实际上所选用的放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻。经过分析比较我选用uA741通用型集成运放，该运放的技术参数如表21，引脚排列图及仿真图标如2.2

23、 (a) (b)所示。它具有输出零电位稳定性高、输入阻抗高，价格低廉，易于购买等优点。表21 uA741通用集成运放技术参数符号参数条件最小值典型值最大值单位VOS输入失调电压26mVIOS输入失调电流20200nAIB输入偏置电流80500nARIN输入电阻0.32.0MVIDR差模输入电压范围12.013.0VCMRR共模抑制比VCM=13V7090dBPSRR电源抑制比VS=3V18V30150u V/VAVO开环电压增益RL2KV0=10V20200V/mVVO输出电压摆幅RL10KRL2K1210.014.013.0VSR摆率RL2K0.5V/usRO输出电阻V0=0，I0=075I

24、OS输出短路电流25mAIS电源电流1.72.8mAPd功耗VS=15无负载5085mW图2.2 uA741引线排列图(a) 引脚排列图 (b)仿真图标注：测试条件： T=25，VCC=VEE=15V(2) 选频网络选频网络有很多种，有RC组成的选频网络也有LC、石英晶体组成的选频网络。RC型选频网络的的振荡频率较低，一般在1MHZ以下；LC选频网络的振荡频率在1MHZ以上；石英晶体选频网络可以等效成LC选频网络，其特点是振荡频率非常稳定。根据任务要求产生振荡频率为20HZ2KHZ的正弦信号，选择RC型选频网络就可以满足。实用的RC型选频网络有很多种，如RC串并联网络，RC双T网络，RC移相网

25、络。目前应用最为广泛的是RC串并联网络，由RC串并联选频网络构成的正弦振荡电路称为RC正弦波振荡电路，又称RC桥式振荡电路或文式桥振荡电路。将电阻与电容串联、电阻与电容并联所组成的网络称为RC串并联选频网络7，如图2.3：图2.3 RC串并联选频网络通常取R1=R2=R，C1=C2=C。因为RC串并联选频网络在正弦波振荡电路中既为选频网络，又为正反馈网络，所以其输入电压为，输出电压为。当信号频率足够低时，因而网络的简化电路及其电压和电流的向量图如图2.4所示。超前，当频率趋近于零时，相位超前趋近于+90， 且趋近于零。当信号频率足够高时，因而网络的简化电路及其电压和电流的向量图如图2.5所示。

26、滞后，当频率趋近于无穷大时，相位滞后趋近于-90，且趋近于零。图2.4 低频段等效电路及其向量图图2.5 高频段等效电路及其向量图 可以想象，当信号频率从零逐渐变化到无穷大时，的相位将从+90逐渐变化到-90。因此，对于RC串并联选频网络，必定存在一个频率f0,当f= f0时，与同相。通过计算可以求出频率特性和f0。 （27）整理可得： （28）令，则 代入（28）式得 （29）幅频特性为： （210）相频特性为： （211）由上述式子得： 当时，即，。由选频网络的上述分析可得必须匹配一个电压放大倍数大于3的放大电路使得才能构成正弦振荡电路。(3)稳幅电路由于RC选频网络本身存在的特点会使振荡

27、波形不稳定，加之放大器的非线性会使波形质量更差，因此采用线性放大器，引入电压负反馈稳幅电路，如图2.6，使放大器输入阻抗提高，从而减小放大器对选频网络的影响；输出阻抗减小，从而提高振荡器带负载的能力；负反馈本身就有改善波形，减小失真的功能。对于这部分负反馈电路可以选用R1为正温度系数的热敏电阻，当因某种原因增大时，流过R1和Rf的电流增大，使R1功耗增大，导致温度升高，因而使热敏电阻R1阻值增大，从而使数值减小，随之减小；当因某种原因减小时，各物理量与上述变化相反，从而使输出电压稳定。当然，也可选用负Rf为负温度系数的热敏电阻。图2.6 电压串联负反馈电路除此之外，还可在Rf串联两个并联的二极

28、管，如图2.7，利用电流增大时二极管动态电阻减小、电流减小时二极管动态电阻增大的特点，加入非线性环节，从而使输出电压稳定。图2.7 加入并联二极管的电压串联负反馈电路（二）脉冲信号源获取矩形脉冲波形的途径不外乎两种8：一种是利用各种形式的多谐振荡电路直接产生所需要的矩形脉冲，另一种是通过各种整形电路把已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。当然，在采用整形的方法获取矩形脉冲时，是以能够找到频率和幅度都符合要求的一种已有电压信号为前提的。本设计中采用555构成的多谐振荡器直接产生矩形脉冲。定量描述矩形脉冲特性的参数有：脉冲周期T周期性重复的脉冲序列中，两个相邻脉冲之间的时间间隔。有时也使用

29、频率表示单位时间内脉冲重复的次数。脉冲幅度Vm脉冲电压的最大变化幅度。脉冲宽度tw从脉冲前沿到达0.5Vm起，到脉冲后沿到达0.5Vm为止的一段时间。上升时间t脉冲上升沿从0.1Vm上升到0.9Vm所需要的时间。下降时间tf脉冲下降沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要的时间。占空比q脉冲宽度与脉冲周期的比值，亦即。1、555定时器工作原理555定时器（又称时基电路）是一种将模拟功能和逻辑功能巧妙结合在同一块硅片上的线性集成电路，它是数字电路和模拟电路相结合的电路，能够产生时间延迟和多种脉冲信号。具有线路简单、功能灵活、调节方便等优点。利用它能方便的构成各种触发器、波形振荡器以及定时延时电路、检

30、测电路、电源变换电路等多种实用电路9。它由两个比较器C1、C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。555定时器产品型号繁多，但所有双极型产品型号最后的3位数码都是555，所有CMOS产品型号最后的4位数码都是7555。而且它们的功能和外部引脚的排列完全相同，国产双极型定时器CB555的电路内部结构图及引脚排列如图2.8所示。图 2.8 CB555的电路结构图及引脚排列图是比较器C1输入端（也称阈值端，用TH标注），是比较器C2的输入端（也称触发端，用标注）。C1和C2的参考电压（电压比较的基准）VR1和VR2由VCC经三个5k电阻分压给出。在控制电压输入端VCO悬空时，。如

31、果VCO外接固定电压，则，。是置零端。只要在端加上低电平，输出端便立即被置成低电平，不受其他输入端状态影响。正常工作时必须使处于高电平，即4脚一直接高电平。由图2.8可知，当、时，比较器C1的输出、，基本RS触发器被置0，TD导通，同时为低电平。当、时，、，触发器的状态保持不变，因而TD和输出的状态也维持不变。当、时，、，故触发器被置成1，为高电平，同时TD截止。当、时，、，触发器处于的状态，处于高电平，同时TD截止。这样就得到了如表22所示的CB555的功能。表22 CB555的功能表输 入输 出状态0低导通1低导通1不变不变1高截止1高截止2、矩形脉冲电路组成为实现产生的矩形脉冲具有频率、

32、幅度、占空比可调的特点，完整的矩形脉冲产生电路由多谐振荡器和放大电路两部分组成。（1）多谐振荡器将555定时器的和两个输入端连在一起，作为信号输入端可构成施密特触发器；将555定时器的端作为触发信号的输入端，并将由TD和R组成的反相器输出电压接至端，同时在对地接入电容C，就构成了单稳态触发器，除此之外还可以在施密特触发器的基础上改接成多谐振荡器10，如图2.9所示。该图所示的电路是产生固定占空比，固定频率和幅度的矩形波电路，要产生频率，幅度，占空比均可调的矩形波必须经过修改，由各项公式得占空比大小由充放电电阻阻值决定，频率由电阻和电容共同决定，要使这两项都变化必须使接入的R,C可调，如图2.1

33、0所示:图 2.9 用555定时器接成的多谐振荡器充电线路为 D1 C 地；充电线路为 C D2 TD。图 2.10 用555定时器接成的占空比、频率可调的多谐振荡器图2.10所示的多谐振荡器中电容C上的电压Vc在VT+和VT-之间往复振荡，则电容C的充电时间T1和放电时间T2各为： （213） （214）故电路的振荡周期为： （215）振荡频率为： （216）由式（211）和（213）求出输出脉冲占空比为： （217）（2）放大电路在多谐振荡器输出端接入一个引入电压串联负反馈的放大电路，目的是实现幅度可调。如图2.11所示。图中放大电路仍采用通用集成运放uA741，可调电位器用于调节输出电压

34、幅度，二极管D1、D2使输出波形幅度稳定。图 2.11 幅度可调部分电路 三、方案实现（一）RC桥式振荡电路经过适当修改后的正弦振荡电路原理图如图3.1所示。图中集成运放uA741由12V双电源提供工作电压，根据要求需产生频率可调范围为20HZ2KHZ的正弦波，取C1=C2=0.1uf，由频率计算公式得选频网络中的电阻取值为：最小阻值： （31）最大阻值：K （32）由上述式子得，选频网络中固定电阻取R1=R2=795.8，并且将阻值大小为78.8K的同轴双联电位器RW1、RW2分别与R1、 R2、 C1、C2串并联，实现频率在规定范围内连续可调。图3.1 RC桥式振荡电路原理图稳幅环节由两个

35、二极管D1,D2并联一个20K大小的电阻R3组成，负反馈网络由D1、D2、R3、R4、R5、R6共同组成，其中R4是可调电阻，目的是使电路起振并实现幅度可调，范围是010K。（二）矩形脉冲电路频率、幅度、占空比可调的矩形脉冲电路原理图如图3.2所示。为实现占空比2%98%之间可调，由占空比公式得联立方程： （33）整理得： （34）为方便计算取R1=R2=1K，RW48K，RW的取值范围是048K。为实现频率在20HZ2KHZ之间可调，可根据频率计算公式：联立方程得求出可调电容C的范围。 （35）整理求得：可调电容C的范围是14.4nf1.44uf 。 因为由多谐振荡器输出的矩形波幅度由阈值电

36、压决定，而这个阈值电压是固定的，要使输出的矩形波幅度可调必须在多谐振荡器的3脚输出端再接一个电压串联负反馈的运算放大电路，利用可调电位器实现幅度的可调。运放选择的是uA741通用型集成运放，考虑集成运放本身的性质以及稳定，失真等因素取电位器R5的阻值大小为5K，那么调节的大小即调节输出幅值大小。二极管D3、D4对输出波形起到稳幅作用。图 3.2 矩形脉冲电路原理图四、电路仿真（一）仿真软件电路仿真软件有很多，比较常用的有EWB，Protel，ORCAD，PSPIC，Multisim等。本次设计采用Multisim软件进行正弦波与矩形波电路的仿真与实现。Multisim是加拿大图像交互技术公司（

37、Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 运用者可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合

38、设计流程。Multisim可以说是EWB软件的一个延伸与升级版本，具体仿真过程中我用了Multisim 10.0.1版本，该版本具有很明显的优势：(1)丰富的元件和测试仪器；(2)动态可视化效果；(3)通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路；(4)借助高级电路分析, 理解基本设计特征；(5)通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试。（二）仿真过程1、正弦波电路仿真在Multisim界面中按图选择元件并连接好电路图，具体仿真电路图见图4.1。在集成运放uA741的3脚输入端及6脚输出端分别接示波器。点击运行按钮观察波形情况发现如下情况11：(1)在相当长时间内发现没有振荡波形出现；(2)

39、慢慢调节电位器R7出现正弦波，刚开始波形不稳定，幅度较小；(3)幅度开始增大，增大到一定程度不再增大而是稳定在某一个数值；(4)同时调节R3，R4发现示波器上频率发生变化；图4.1 RC桥式振荡电路仿真图(5)调节R7发现波形幅度发生变化。根据正弦波起振条件当电位器R7滑动端滑到25%时观察到示波器上开始出现振荡波形如图4.2所示，经过一段时间幅度稳定在一固定值如图4.3。电路起振后改变R7的阻值大小时正弦波的幅度发生变化，随着滑动百分比的增大而增大减小而减小。当滑到20%时幅度慢慢变小直至变为0，如图4.4是当滑动端滑到15%时的波形变化。由此可得结论：起振后的正弦波电路幅度可在电位器R7滑

40、片比例为20%100%范围内实现可调。观察到稳定的正弦波形后同时调节可调电位器R3、R4发现波形频率发生改变，如图4.5所示为频率减小过程。图4.2 正弦波起振过程图4. 3 幅度稳定的正弦波图 4.4 正弦波停振过程图4.5 频率减小过程2、矩形波电路仿真与正弦波仿真情况一样，先按照要求连接好电路图，如图4.6所示。为能更好的研究波形情况，分别将555定时器3脚输出端（即运放输入端）和集成运放的输出端接入示波器，以此对两个不同的输出口的波形进行比较分析。图4.6 矩形脉冲电路仿真图点击运行按钮观察波形：(1)示波器1观察到输出的矩形波质量比较好；(2)示波器2观察到的矩形波质量比示波器1输出

41、波形质量稍差；(3)两个示波器显示的波形上升时间和下降时间均小于1us且没有平顶斜降；(4)两个示波器显示波形频率基本相同，占空比相同，幅度相差很大；(5)调节可变电容C2发现波形频率发生改变，调节可变电阻R2发现占空比变化，调节可变电阻R6发现波形幅度发生变化，但随之上升（下降）时间也轻微变化。如图4.7所示是当R5接入电路中的比例变化时的波形变化图，图4.8所示是当调节R2比例大小时的波形变化图，图4.9所示是调节电容C2时波形变化图。图 4.7 幅度变化过程图 4.8占空比变化过程图 4.9 频率变化过程（三）数据测量与分析将两个电路波形仿真数据结果记录如下表41，42，43。表41是正

42、弦振荡电路频率变化数据，表42是矩形脉冲电路占空比变化数据，表43是矩形脉冲电路频率变化数据。表41 正弦波频率可调范围R1=R2 ()Y(%)C1=C2 (uf)(HZ)频率稳定度理论值测量值795.800.12.00K2.0K0795.8200.196.1396.00.00152795.8400.149.2549.20.00102795.8600.133.1133.10.00030795.8800.124.9324.90.00120795.81000.120.0020.00注1： Y为同轴双联电位器接入选频线路的电阻阻值大小占整个同轴双联电位器阻值大小的百分比 注2：w0为角频率测量值，w

43、i为理论值， 由上表分析得：平均频率稳定度12，实际测量出的频率与理论上计算出的频率大小几乎一样，可调范围是20HZ2 KHZ。表42 矩形波占空比可调范围R1(K)X(%)R3(K)q(%)理论值测量值1012.02.36120121.222.13140140.435.60160159.654.51180178.874.021100198.097.28 注：X为R2中接入充电支路的电阻阻值大小占整个R2阻值大小的百分比由上表看出理论上占空比的可调范围是2%98%，实际的测量中因为仿真示波器本身存在的误差以及测量误差导致占空比的可调范围是2.36%97.28%，可近似认为占空比可调范围为2%9

44、8%。表43 矩形波频率可调范围R (K)C2(nf)(HZ)相对误差 （）理论值测量值5014.42.00K1.89 K5.55045641.206006.450100288.542609.95050057.7153.96.650122023.6622.07.050144020.0419.52.69注： R为充放电线路中总电阻，C2为可变电容由上表看出理论上频率的可调范围是20HZ2 KHZ，实际的测量中频率的可调范围是19.5HZ1.89KHZ，存在误差。我认为是仿真软件本身存在的仪器误差和示波器测量的不稳定性造成的，仍可近似认为频率可调范围是20HZ2 KHZ。仿真结论：由上述仿真过程及测量的数据表格可以看出，对于正弦信号源频率可调范围是20HZ2 KHZ，频率稳定度高；对于脉冲信号源频率可调范围是