1）學(xué)習(xí)仿真軟件Multisim的使用方法；
2）學(xué)習(xí)、掌握時(shí)序電路的設(shè)計(jì)方法；
3）掌握常用電子元器件的使用方法；
具體設(shè)計(jì)要求：
1）用運(yùn)算放大器和分立元件實(shí)現(xiàn)生成正弦波、矩形波、三角波。
2）波形的幅值、頻率可調(diào)。
2. 預(yù)習(xí)要求1）閱讀《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》相關(guān)內(nèi)容，了解集成運(yùn)算放大器的原理及功能；
2）熟悉集成運(yùn)算放大器741各引腳的功能；
3）熟悉穩(wěn)壓管02DZ4.7，1N5233B的使用方法
3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）在Multisim集成環(huán)境中設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器，并完成其仿真；
2）在模塊化電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成電路搭接與調(diào)試。
4. 實(shí)驗(yàn)原理
圖1 正弦波產(chǎn)生電路圖
圖2 正弦波振蕩電路原理圖
圖3 RC橋式正弦波振蕩電路
圖4 正弦波仿真結(jié)果
該電路采用的為文氏電橋振蕩電路，點(diǎn)擊運(yùn)行后可通過調(diào)節(jié)
使電路快速起振，本電路中所設(shè)增量為0.1%，若波形產(chǎn)生失真，則可以再調(diào)小
的值使其產(chǎn)生正弦波，若想改變電路的頻率，則可改變RC值，但需滿足
=
，
正弦波振蕩電路應(yīng)該具有放大、反饋、選頻和穩(wěn)幅等四個(gè)環(huán)節(jié)，才能使電路在沒有輸入信號(hào)激勵(lì)的情況下，靠自身激勵(lì)將某一頻率的信號(hào)形成一個(gè)穩(wěn)定的振蕩過程。在這個(gè)電路中，放大電路是由集成運(yùn)放和電阻
、，
組成，它們構(gòu)成了一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。放大電路的輸入信號(hào)從運(yùn)放的同相端輸入，所以放大電路的輸出電壓
與輸入電壓
同相，屬于同相電壓放大電路。
RC串聯(lián)和RC并聯(lián)組成了振蕩電路的反饋網(wǎng)絡(luò)。反饋網(wǎng)絡(luò)的輸入取自于輸出電壓
, 反饋量從RC串、并聯(lián)的連接點(diǎn)取出后，送給放大電路，從而使這個(gè)結(jié)構(gòu)滿足了正弦波振蕩電路的電路構(gòu)成要求。而這就是橋式正弦波振蕩電路的工作原理。
由電阻電容組成的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，對信號(hào)頻率的響應(yīng)是不均勻的，通過定量地分析反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)的頻率特性。可得出當(dāng)
或
時(shí)，就是在定性分析時(shí)提到的使
和
相位相同的那一個(gè)中間頻率，現(xiàn)在確定它由RC串并聯(lián)電路當(dāng)中的電阻和電容值決定。 通常把這個(gè)頻率就叫做正弦振蕩電路的振蕩頻率。而在眾多的信號(hào)頻率中，RC橋式振蕩電路只能對
的信號(hào)完成振蕩，這就是RC串并聯(lián)電路的選頻作用。改變RC串并聯(lián)電路的電阻和電容值，即可改變電路的振蕩頻率。
圖5 矩形波產(chǎn)生電路圖
圖5 矩形波發(fā)生電路原理圖
圖6 輸出波形圖
在電路中，運(yùn)放的同相輸入端通過電阻
，
為運(yùn)放引入正反饋，正反饋的引入使輸出電平的轉(zhuǎn)換速度更快。在運(yùn)放的反相輸入端，通過電阻和電容C引入一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)。由于
和C是一個(gè)RC充放電電路，在電容上的電壓
將隨著輸出電壓
的變化而變化。
當(dāng)電路通電后，設(shè)運(yùn)放同相輸入端電位大于零。此時(shí)由于電容未充電，=0。即運(yùn)放同相輸入端電位高于反相輸入端電位，輸出電位與同相輸入端電位相同。在正反饋的作用下，輸出電壓很快達(dá)到穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓+
。此時(shí)同相輸入端電位等于
.令
=。稱為正閾值電壓。與此同時(shí)，輸出電壓通過電阻向電容C開始充電，充電的結(jié)果是電容兩端電壓逐漸升高。當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到正閾值電壓時(shí)，運(yùn)放的反相輸入端電位開始大于同相端輸入電位。此時(shí)，同相輸入端電位翻轉(zhuǎn)為-。令
=-
。稱為負(fù)閾值電壓。
此后，在一段時(shí)間內(nèi)電容C充滿的電荷開始通過電阻放電，放電時(shí)間常數(shù)仍為C。電容兩端電壓逐漸下降。當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到負(fù)閾值電壓時(shí)，運(yùn)放的反相輸入端電位開始小于同相輸入端電位，運(yùn)放的輸出端由-
翻轉(zhuǎn)稱為+
。電容又重新開始充電過程。之后電容的充放電過程將周期轉(zhuǎn)換。因此，在電路的輸出端形成了隨時(shí)間周期變化的矩形波形。振蕩周期為
，若想改變周期，則改變公式相對應(yīng)值即可。
圖7 矩形波轉(zhuǎn)換三角波電路圖
圖8 三角波發(fā)生電路原理圖
圖9 輸出波形圖
在實(shí)際電路中，一般是把基本電路中，兩個(gè)RC充放電延時(shí)環(huán)節(jié)合并成一個(gè)已簡化電路。它是將方波發(fā)生電路中的RC充放電回路用積分運(yùn)算電路來代替。電路的輸出通過電阻R1反饋到方波產(chǎn)生電路的同相輸入端，而其反相輸入端直接接地。
第一級(jí)運(yùn)放的同相輸入端電壓與積分電路的輸出電壓有關(guān)，同時(shí)也與自身的輸出電壓Uo1有關(guān)。而運(yùn)放A1包含有正反饋，其輸出電壓Uo1=
Uz。這取決于運(yùn)放A1兩輸入端電平大小的比較。
設(shè)初態(tài)時(shí)
從-躍變成為+，此時(shí)等于正的閾值電壓+
，積分電路反向積分，隨時(shí)間的增長線性下降。當(dāng)輸出電壓下降到=-，再稍減小從+躍變成為-。此時(shí)，積分電路正向積分，隨時(shí)間的增長線性增大，同理一旦輸出電壓上升到=+，再稍增大，又發(fā)生躍變,回到初態(tài)，積分電路又開始反向積分。電路重復(fù)上述過程，因此產(chǎn)生自激振蕩。振蕩周期T=4R1R4C/R2。通過調(diào)節(jié)相應(yīng)值來改變周期。
4.4 整體部分
整體電路圖如圖10所示，通過示波器來監(jiān)測輸出波形的狀態(tài)。通過三個(gè)單刀單擲開關(guān)選擇波形的輸出
圖10 整體電路圖
圖11 原理框圖
5. 仿真調(diào)試過程本次仿真讓我認(rèn)識(shí)到了理論和實(shí)際的差異，也讓我對信號(hào)產(chǎn)生電路有了更深刻的理解。如何設(shè)計(jì)正弦信號(hào)產(chǎn)生電路，方波信號(hào)產(chǎn)生電路，三角波信號(hào)產(chǎn)生電路，仿真的時(shí)候遇到的困難也不在少數(shù)，最復(fù)雜的就是電路參數(shù)的調(diào)整，可能會(huì)因?yàn)槟骋粋�(gè)參數(shù)未能設(shè)置正確就出現(xiàn)不了的相應(yīng)的波形，本次實(shí)驗(yàn)所體現(xiàn)的思想可理解為化整為零，即先分別設(shè)計(jì)出正弦信號(hào)產(chǎn)生電路，方波信號(hào)產(chǎn)生電路，三角波信號(hào)產(chǎn)生電路，后再利用開關(guān)進(jìn)行波形的選擇。在實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題，如參數(shù)如何設(shè)置？為什么波形顯示的是一條直線？等問題這些問題通過上網(wǎng)查詢CSDN，電子發(fā)燒友等網(wǎng)站以及詢問同學(xué)也得以解決。通過本次仿真使自己加深了對負(fù)反饋，有源濾波電路的理解認(rèn)識(shí)，同時(shí)也進(jìn)一步提高了Multisim的使用水平。6. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件（1）數(shù)字萬用表（UA78A） 一塊。
（2）模擬電子實(shí)驗(yàn)板 三塊。
（3）示波器 一臺(tái)。
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