1）实验要求

（1）设计由集成运算放大器组成的正弦波-方波-三角波函数信号发生器电路。

（2）用Multisim 12创建所设计的函数信号发生器电路，并观测各输出波形。

2）电路设计

产生正弦波、方波、三角波的方法有多种，如可先由RC正弦波振荡器产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波。

（1）正弦波产生电路

图5.81　RC桥式正弦波振荡器

采用RC串并联网络和运算放大器构成的RC桥式正弦波振荡器如图5.81所示。电路中的RC串并联网络既作选频网络又作正反馈网络，电阻R1、R2和运算放大器构成放大电路（同相比例电路），其放大倍数为：

该电路的振荡频率由RC串并联网络确定，即：

RC串并联网络在发生振荡时有这样的特性：输入/输

出同相位，电压传输比为F=1/3。因此要能实现振荡，在相位上首先要满足同相位的关系，这点用同相输入即可（接入正反馈），而幅值上要满足|AF|=1，这就要求放大电路的放大倍数应该大于或等于3。改变选频网络的参数R或C，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。

（2）正弦波变成方波

图5.82　反相输入过零比较器

通过如图5.82所示的电压比较器电路（反相输入过零比较器）将正弦波变换成方波。电压比较器（简称比较器）的功能是比较两个电压的大小。电压比较器的输出是两个不同的电平，即高电平和低电平。

图5.82中的电阻R1可避免因ui过大而损坏运算放大器，DZ为限幅稳压管。显然，在理想情况下，它的阀值为零，即当ui变化经过零时输出电压从一个电平跳变到另一个电平。

（3）方波变成三角波(www.daowen.com)

图5.83　积分电路

通过如图5.83所示的反相积分电路将方波变换成三角波。反相积分电路由集成运算放大器、电阻和反馈电容构成，其输出电压和输入电压的关系为uo=，即输出电压uo为输入电压ui对时间的积分，负号表示它们在相位上是相反的。当ui为固定值时，，即输出电压uo随时间增长而线性下降，R1C的数值越大，达到给定的uo值所需的时间就越长，积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限制。当积分电路输入是方波时，输出是三角波，此时积分电路起着波形变换的作用。

通常，为限制低频电压增益，在积分电容C两端并联一个阻值较大的分流电阻。

3）Multisim 12仿真分析

（1）建立如图5.84所示的正弦波-方波-三角波函数信号发生器电路。

图5.84　正弦波-方波-三角波函数信号发生器电路

如图5.81所示，在RC正弦波振荡器电路中，为了稳定振荡幅度，通常在放大电路的负反馈回路中采用非线性元件来自动调整负反馈放大电路的增益，以维持输出电压幅度的稳定。图5.84中RC正弦波振荡器电路的二极管D1、D2即是稳幅元件，其作用是输出限幅，改善输出波形，利用二极管的动态电阻特性，抵消由于元件误差、温度引起的振荡幅度变化所造成的影响。当输出电压幅度较小时，电阻R5两端的电压较小，二极管D1、D2截止，反馈系数由R3、R4及R5决定。当输出电压的幅度增加到一定值时，二极管D1、D2导通，其动态电阻与R5并联后使反馈系数增大，电压增益下降。输出电压的幅度越大，二极管的动态电阻越小，从而维持输出电压的幅度基本稳定。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。

选用LF353双集成运放，电源电压采用±5 V，选用1N4148开关二极管。D3为双向稳压管，用于限定方波输出电压幅度。图5.84中正弦波发生器的振荡频率为：

（2）打开仿真开关，调节R4为21%时电路起振，从示波器上可以观察到，正弦波振荡电路输出波形（uo1）由小到大，经过相当长一段时间后，才逐渐建立起稳定的振荡波形，稳态后的正弦波输出波形如图5.85所示。如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大R4；如波形失真严重，则应适当减小R4。

由图5.85中示波器测得输出电压幅值最大且不失真时的正弦波信号的周期约为519 μs，频率为1.93 kHz，与理论值基本相同。同时用万用表分别测量输出电压uo、反馈电压u-，分析研究振荡的幅值条件。

图5.85　正弦波振荡电路的输出波形

（3）断开二极管D1、D2，重复（2）的内容，将测试结果与（2）进行比较，分析D1、D2的稳幅作用。

（4）用示波器观察电路的方波（uo2）和三角波（uo3）输出波形，如图5.86所示，分别测量方波和三角波的相关参数。

图5.86　方波和三角波的输出波形