1 Multisim 10軟件簡介

美國國家儀器公司(NI)最新推出電子線路仿真軟件Multisim 10，該軟件包含電路仿真(Multisim)、PCB設計(Ultiboard)、布線(Ultir-oute)以及通信分析與設計(Commsim)四個部分，Multisim 10中虛擬儀器儀表種類齊全，如示波器、函數發生器等，也有強大的電路分析功能，可進行直流工作點分析、瞬態分析、傳遞函數分析、傅里葉分析等，同時還可以測試設計演示各種電路，支持常用的8051單片機，并且在程序編譯中支持C代碼、匯編和16進制代碼。與傳統的電路設計相比，可隨時調整元器件參數以達到預期的要求，從而能降低電路設計成本，縮短設計周期，提高設計效率。

2 函數發生器的設計與仿真分析

2．1 一次函數發生器

在函數發生器設計中，往往需要對一定電壓Ui給予放大再偏置以得到Uo=AUi+Vo這種形式的電壓，其中Vo就是期望的偏置量，利用求和放大器可實現這種偏置放大。

此一次函數表達式為f(x)=-Ax-B類型，由運放3554AM構成的比例相減電路來實現。相關電路如圖1所示。



圖1 一次函數發生器電路及仿真結果

由圖可得：，將電阻值等代入可得：Uo=-3Ui-4V，代入輸入電壓12V，則Uo=-3×12-4V=-40V。用Multisim 10仿真結果如圖1模擬電壓表所示，與理論計算結果一致。

2．2 二次函數發生器

此函數表達式為：，該函數由乘法器構成的平方電路和由運放3554AM構成的比例相減電路的組合電路來實現。設計電路如圖2所示。

運放有兩個輸入和一個輸出，分別加在同相邊和反相邊，可由疊加原理算出，Uo=Uo1+Uo2，將圖2中反相邊置于零，此時電路起一個同相放大作用，又因電路中加入了乘法器，則有：。而同理將正相邊置于零，此時電路又起一個反相放大作用，則：，所以總輸出電壓值Uo為：。代入各電阻值可得：，即得到二次函數表達式形式，代入輸入電壓Ui=12V，則和電路仿真結果一致。



圖2 二次函數發生器電路及仿真結果

2．3 方波-三角波函數信號發生器

在電子技術的學習中，我們常用到方波和三角波的函數發生器，下面基于Multisim 10設計并仿真一個頻率f0在10Hz到1kHz之間，以10倍頻程步級進行變化，產生幅值可調的方波和三角波，此處設計方波幅值為±5V、三角波幅值為±10V。此設計具有頻率可調、幅值可調的特點。

方波和三角波函數發生器電路框圖如圖3所示。



圖3 方波和三角波函數發生器電路框圖

方波-三角波設計電路如圖4所示。



圖4 方波-三角波函數發生器電路

參數的計算為：方波接入示波器的A通道，三角波接入示波器的B通道。雙向穩壓二極管將比較器的輸出電平穩定在±5V，選用IN4731(4．3V)，其Uo=±(4．3+0．7)=±5V，而，可變電阻Rp3、Rp4用來改變電阻比值以改變方波和三角波的輸出幅值。取R2為10kΩ，則R1為20kΩ，需要改變幅值時再使用可變電阻。f0需在10Hz到1kHz的范圍內以10倍頻程變化，則電路用兩個電容來實現10倍頻程變化，甩R=Rs+Rp1來實現每個頻程內的f0的連續變化，設Rs為5k Ω，則Rp1約為50kΩ，計算f0從10Hz到100Hz時電路中的電容C1有：因為，，則R取Rs時頻率達到最大，此時C1=250nF，f0從100Hz到1kHzft寸電路中的電容C2=25nF。

Multisim 10的仿真結果如下：A通道為方波，取縱軸坐標為5V／Div，B通道為三角波取縱軸坐標為10V／Div。手動放置坐標線有微小誤差。當Rp3、Rp4都取0 kΩ時，可實現方波幅值為±5V，三角波幅值為±10V。

接通電容C1，f0的范圍為10Hz～100Hz，調節Rp1可實現f0的連續變化，由模擬示波器可得仿真結果如圖5所示。


圖5 頻率為100Hz的仿真圖

Rp1取0kΩ時，由圖5可見T=T1-T2約為10ms，則f0=100Hz，當Rp1取最大值50k Ω時，由圖6可見T=T1-T2約為100ms，則f0為10Hz。實現了方波幅值為±5V，三角波幅值為±10V，且f0在10Hz～100Hz內連續可調。



圖6 頻率為10Hz的仿真圖

接通電容C2，Rp1取0kΩ時，則由圖7可見T=T1-T2約為1ms，即f0=1kHz，當Rp1取最大值f0=100Hz和前面圖5一致。



圖7 頻率為1kHz的仿真圖

3 結束語

文章基于NI Multisim 10設計了一次、二次以及方波。三角波函數發生器，代入參數進行了理論計算與儀器仿真，仿真結果與理論計算相符。元件的選擇和參數的設置對設計函數發生器至關重要，而使用Multisim仿真軟件，不但能隨時切換參數和調用合適的元件還可以直觀地觀察設計結果，給電路的設計帶來了方便。