1 Multisim 10软件简介

美国国家仪器公司(NI)最新推出电子线路仿真软件Multisim 10，该软件包含电路仿真(Multisim)、PCB设计(Ultiboard)、布线(Ultir-oute)以及通信分析与设计(Commsim)四个部分，Multisim 10中虚拟仪器仪表种类齐全，如示波器、函数发生器等，也有强大的电路分析功能，可进行直流工作点分析、瞬态分析、传递函数分析、傅里叶分析等，同时还可以测试设计演示各种电路，支持常用的8051单片机，并且在程序编译中支持C代码、汇编和16进制代码。与传统的电路设计相比，可随时调整元器件参数以达到预期的要求，从而能降低电路设计成本，缩短设计周期，提高设计效率。

2 函数发生器的设计与仿真分析

2．1 一次函数发生器

在函数发生器设计中，往往需要对一定电压Ui给予放大再偏置以得到Uo=AUi+Vo这种形式的电压，其中Vo就是期望的偏置量，利用求和放大器可实现这种偏置放大。

此一次函数表达式为f(x)=-Ax-B类型，由运放3554AM构成的比例相减电路来实现。相关电路如图1所示。



图1 一次函数发生器电路及仿真结果

由图可得：，将电阻值等代入可得：Uo=-3Ui-4V，代入输入电压12V，则Uo=-3×12-4V=-40V。用Multisim 10仿真结果如图1模拟电压表所示，与理论计算结果一致。

2．2 二次函数发生器

此函数表达式为：，该函数由乘法器构成的平方电路和由运放3554AM构成的比例相减电路的组合电路来实现。设计电路如图2所示。

运放有两个输入和一个输出，分别加在同相边和反相边，可由叠加原理算出，Uo=Uo1+Uo2，将图2中反相边置于零，此时电路起一个同相放大作用，又因电路中加入了乘法器，则有：。而同理将正相边置于零，此时电路又起一个反相放大作用，则：，所以总输出电压值Uo为：。代入各电阻值可得：，即得到二次函数表达式形式，代入输入电压Ui=12V，则和电路仿真结果一致。



图2 二次函数发生器电路及仿真结果

2．3 方波-三角波函数信号发生器

在电子技术的学习中，我们常用到方波和三角波的函数发生器，下面基于Multisim 10设计并仿真一个频率f0在10Hz到1kHz之间，以10倍频程步级进行变化，产生幅值可调的方波和三角波，此处设计方波幅值为±5V、三角波幅值为±10V。此设计具有频率可调、幅值可调的特点。

方波和三角波函数发生器电路框图如图3所示。



图3 方波和三角波函数发生器电路框图

方波-三角波设计电路如图4所示。



图4 方波-三角波函数发生器电路

参数的计算为：方波接入示波器的A通道，三角波接入示波器的B通道。双向稳压二极管将比较器的输出电平稳定在±5V，选用IN4731(4．3V)，其Uo=±(4．3+0．7)=±5V，而，可变电阻Rp3、Rp4用来改变电阻比值以改变方波和三角波的输出幅值。取R2为10kΩ，则R1为20kΩ，需要改变幅值时再使用可变电阻。f0需在10Hz到1kHz的范围内以10倍频程变化，则电路用两个电容来实现10倍频程变化，甩R=Rs+Rp1来实现每个频程内的f0的连续变化，设Rs为5k Ω，则Rp1约为50kΩ，计算f0从10Hz到100Hz时电路中的电容C1有：因为，，则R取Rs时频率达到最大，此时C1=250nF，f0从100Hz到1kHzft寸电路中的电容C2=25nF。

Multisim 10的仿真结果如下：A通道为方波，取纵轴坐标为5V／Div，B通道为三角波取纵轴坐标为10V／Div。手动放置坐标线有微小误差。当Rp3、Rp4都取0 kΩ时，可实现方波幅值为±5V，三角波幅值为±10V。

接通电容C1，f0的范围为10Hz～100Hz，调节Rp1可实现f0的连续变化，由模拟示波器可得仿真结果如图5所示。


图5 频率为100Hz的仿真图

Rp1取0kΩ时，由图5可见T=T1-T2约为10ms，则f0=100Hz，当Rp1取最大值50k Ω时，由图6可见T=T1-T2约为100ms，则f0为10Hz。实现了方波幅值为±5V，三角波幅值为±10V，且f0在10Hz～100Hz内连续可调。



图6 频率为10Hz的仿真图

接通电容C2，Rp1取0kΩ时，则由图7可见T=T1-T2约为1ms，即f0=1kHz，当Rp1取最大值f0=100Hz和前面图5一致。



图7 频率为1kHz的仿真图

3 结束语

文章基于NI Multisim 10设计了一次、二次以及方波。三角波函数发生器，代入参数进行了理论计算与仪器仿真，仿真结果与理论计算相符。元件的选择和参数的设置对设计函数发生器至关重要，而使用Multisim仿真软件，不但能随时切换参数和调用合适的元件还可以直观地观察设计结果，给电路的设计带来了方便。