基于Multisim的集成放大運算器仿真分析

摘要：為了了解Multisim在實(shí)際電路設計與仿真中的應用，在此以集成運算放大器為研究對象，基于Multisim對其進(jìn)行了仿真分析，針對集成運算放大器的三種不同連接方式，分別做了同比例運算、反相比例運算和差分放大等三組仿真實(shí)驗，實(shí)驗結果表明其理論計算與仿真結果一致。最后，還提出了解決仿真過(guò)程中出現的常見(jiàn)問(wèn)題的方案，從而為從事該領(lǐng)域研究的工作者提供了一種便利。

關(guān)鍵詞：Multisim；集成運算放大器；連接方式；仿真分析

0 引言

目前隨著(zhù)國際上電子工業(yè)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計算機系統緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來(lái)越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來(lái)越短。以定量估算和電路試驗為基礎的電路設計方法已經(jīng)無(wú)法適應當前激烈競爭的市場(chǎng)。電子設計自動(dòng)化(EDA)技術(shù)，使得電子線(xiàn)路的沒(méi)計人員能在計算機上完成電路的功能設計、邏輯設計、性能分析、時(shí)序測試直至印刷電路板的自動(dòng)生成，其中包括印制板的溫度分布和電磁兼容性測試，代表著(zhù)現代電子系統設計的技術(shù)潮流。

而Multisim是加拿大IIT(Interactive Image Technologies)公司在EWB(Electronics Workbench)基礎上推出的電子電路仿真設計軟件，是一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于電子線(xiàn)路仿真與設計的EDA工具軟件。本文將對Multisim軟件在虛擬系統中的應用進(jìn)行研究，從而為虛擬電子系統的設計、電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和電子系統工程提供了一種全新的于段和便捷的途徑。

1 相關(guān)工作

目前已有眾多的學(xué)者對基于Multisim的系統設計與開(kāi)發(fā)進(jìn)行了研究，相繼提出了一系列有指導意義的方法。如文獻介紹Multisim應用軟件系統及在實(shí)際電路設計與仿真中的應用。在此以實(shí)際成功的工程應用為例，闡述Multisim在電路設計與仿真實(shí)踐中的運用與研究的親身體驗，并結合電路仿真過(guò)程中遇到的問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的思路，給出具體解決問(wèn)題的方法。文獻介紹了如何應用Multisim中Filter Wizard進(jìn)行濾波器設計的基本慨念和步驟。通過(guò)一個(gè)具體的實(shí)例來(lái)介紹了應用Multisim中Filter wizard設計濾波器的方法。文獻針對傳統高頻電子線(xiàn)路教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出在教學(xué)中引入計算仿真進(jìn)行輔助分析與設計。闡述了Multisim的主要功能與特點(diǎn)，并利用Multisim對高頻電路中的典型電路單調諧回路諧振放大器、環(huán)形調幅器進(jìn)行了仿真，各項結果與理論推導相符，形象、生動(dòng)的演示達到提高了學(xué)生學(xué)習興趣的效果。文獻首先簡(jiǎn)要介紹了Multisim 8軟件的特點(diǎn)，然后利用該軟件對時(shí)差分放大電路進(jìn)行仿真分析，研究其如何實(shí)現對差模信號放大和對共模信號抑制。仿真結果與理論分析計算一致，在課堂上使模擬電子技術(shù)教學(xué)更形象、靈活、更貼近工程實(shí)際，達到了幫助學(xué)生理解原理，更好地掌握所學(xué)的知識的目的。本文在前人研究工作的基礎上，針對集成運算放大器的不同連接方式，通過(guò)仿真實(shí)驗驗證了其理論計算與仿真結果的一致性。

2 Multisim軟件的特點(diǎn)

Multisim是一個(gè)完整的集成化設計環(huán)境。它具有如下特點(diǎn)：

(1)具有直觀(guān)的圖形界面。整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗工作臺，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標可用導線(xiàn)將連接起來(lái)。軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測量數據、波形和特性曲線(xiàn)如同在真實(shí)儀器上看到的一樣。

(2)具有一個(gè)龐大的元氣件庫。具備如信號源、基本元氣件、模擬集成電路、數字集成電路、指示部件、控制部件等各種元氣件。

(3)具有強大的仿真能力。既可對模擬電路或數字電路分別進(jìn)行仿真，也可進(jìn)行數／?；旌戏抡?，尤其是新增了射頻(RF)電路的仿真功能。仿真失敗時(shí)會(huì )顯示出錯信息、提示可能出錯的原因，仿真結果可隨時(shí)儲存和打印。

(4)強大的分析功能。提供了14種仿真分析方法，如直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、參數掃描分析、零極點(diǎn)分析、傳遞函數分析、溫度掃描分析、后處理分析等。

(5)強大的虛擬儀器功能。如示波器、萬(wàn)用表、瓦特計、掃描儀、失真儀、網(wǎng)絡(luò )分析儀、邏輯轉換儀、字信號發(fā)生器等。

(6)VHDL／Verilog設計輸入和仿真。Multisim軟件將VHDL／Verilog的設計和仿真包含進(jìn)去(選件)，使得大規?？删幊踢壿嬈骷脑O計和仿真與模擬電路、數字電路的設計和仿真融為一體，突破了原來(lái)大規?？删幊踢壿嬈骷o(wú)法與普通電路融為一體仿真的瓶頸。

(7)可以與電路板設計軟件無(wú)縫連接。Multisim軟件的設計結果可以方便地導出到電路板設計軟件中進(jìn)行電路板走線(xiàn)。

(8)遠程控制功能。Multisim軟件支持遠程控制功能，不僅可以將Multisim軟件的界而共享給其他人，使得其他人在自己的計算機上看到控制者的操作情況，而且可以將控制權交給其他人，讓其操作該軟件，這樣可以實(shí)現交互式教學(xué)，是進(jìn)行電子線(xiàn)路教學(xué)的理想工具。

3 集成放大器仿真分析

幾乎所有的集成運算放大器都采用差分電路作為它的放大電路。集成運算電路最初僅僅被用來(lái)進(jìn)行數學(xué)運算。但是現在意義L的運算放大器的概念，早己超越了數學(xué)運算的功能范疇。若它工作在線(xiàn)性區，則可以實(shí)現反相比例放大、反相求和、同相求和等電路時(shí)限運算功能；若工作在非線(xiàn)性區，可以組成諸如比較器、微積分電路及多種信號發(fā)生電路等。

集成運算放大器有三種連接方式：同相、反相和差分輸入，本文實(shí)驗將對于三種連接方式分別進(jìn)行仿真。

(1)同相比例運算仿真電路。打開(kāi)Multisim軟件，按照圖1所示連接電路原理圖。