基于Multisim的集成运算放大器的应用

王建国，薛昭星

(1.张家口学院，河北 张家口 075000；2.河南理工大学电气学院，河南 焦作 454000)



基于Multisim的集成运算放大器的应用

王建国1，薛昭星2

(1.张家口学院，河北 张家口 075000；2.河南理工大学电气学院，河南 焦作 454000)

摘要：Multisim电路仿真软件仪器丰富、器件齐全，利用Multisim仿真软件，对集成运算放大器构成的多种模拟运算电路进行仿真，研究其如何实现信号的比例、加法、减法和积分运算，仿真结果与理论分析计算相一致。应用仿真系统，可以改革传统实验设计模式，提高效率，启发和拓宽实验人员及设计开发者的思路。

关键词：Multisim;运算放大电路;虚拟仿真

集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合放大电路，当外部接入不同的线性与非线性元件，组成不同反馈电路时，电路可灵活地实现输出电压与输入电压之间的各种特定的函数关系。Multisim是Interactive Image Technologies(electronics workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，是一种功能强大的电子电路仿真软件，适用于板级模拟/数字电路板的设计工作[2-4]。目前在高校教学中普遍使用Multisim 10.0[5-7]。本研究利用Multisim 10.0绘制了比例、加法、减法和积分电路，并成功进行了仿真。

1反相比例运算电路

2同相输入求和电路

图3是同相输入求和电路，因其3个输入信号相等，电路输出和输入的关系是：

式中R=R3//R4//R5//R6

由图3知：R3=R5=R6

又因代入数据：R=10//5.1//10//10=2.02

在仿真实验中，用电压表测得输入电压为29.698 mV，输出电压为197.538 mV，计算可知输出电压是输入电压的6.65倍，与理论计算结果相一致。图4是当示波器输入、输出通道比例均取100 mV/DIV时电路的输入和输出波形。

图1　反相比例运算电路

图2　反相比例运算电路的输入、输出波形

3差分比例运算电路(减法器)

在仿真实验中，电压表测得输入压ui1=70.711mV，ui2=39.598mV，将其代入，得：

在仿真实验中，电压表测得输出电压Uo=311.092 mV，与理论计算结果一致。

图3　同相输入求和电路

图4　同相输入求和电路的输入、输出波形

图5　差分比例运算电路(减法器)

图6　差分比例运算电路(减法器)输入、输出波形

此时示波器的两路输入信号通道均取100 mV/DIV，输出信号通道取200 mV/DIV，图6是其输入、输出的电压波形。

4积分电路

图7是集成运算放大电路组成的积分器电路，它的输出与输入电压关系是：

uo=-R1C1∫uidt+uC1(0)

式中uc(0)是t=0时刻电容C1两端的电压值。

图7　积分器电路

仿真电路输入的电压信号是频率1 kHz，振幅100 mVp的方波，示波器输入信号通道取200 mV/DIV，输出信号通道取5 V/DIV，由图8知输出波形不理想，有失真现象。究其原因，是由于积分电容C1储有电荷，产生了输入失调电压、失调电流和偏置电流，形成了积分误差。为解决这个问题，在电容C1的两端并联了一个SPST开关，电路开启后，先闭合开关，电容C1处于放电状态，它将初期所储存的电荷放掉，然后断开开关，此时示波器输入方波信号通道取200 mV/DIV，输出信号通道取500 mV/DIV，输出是理想的三角波(图9)。

图8　积分器电路的输入、输出波形

图9　积分器电路的输入、输出波形

综上所述，利用Multisim仿真软件，实现了集成运算放大电路的多种模拟运算，并取得了良好的效果。仿真结果表明，仿真与理论分析及测量计算相一致。通过实践，认为使用Multisim电路仿真具有简单实用、调试方便、性能稳定的优点，可以改革传统设计模式，提高效率，启发和拓宽实验人员及设计开发者的思路。

参考文献：

[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础.3版.北京：高等教育出版社,2004：312-335.

[2]王尔申,李鹏,郑丹,等.Multisim仿真在电工及工业电子学中的应用.实验室研究与探索,2013,32(02):99-102.

[3]杨蕊,王晓燕,杨婷.基于Multisim虚拟仿真技术的电工电子实验室建设.实验技术与管理,2015,32(10):129-131.

[4]王翠珍,唐金元,纪明霞,等.基于Multisim10.0的非线性电路分析方法仿真研究.国外电子测量技术,2015,34(08):66-69.

[5]姜凤利，陈春玲，黄蕊.Multisim仿真在电工与电子技术实验中的应用.实验室科学,2015,18(05):89-91.

[6]王尔申，李轩，王相海,等.基于Multisim的电工及工业电子学课程仿真实验设计.实验技术与管理,2014,31(04):128-131.

[7]李轩,何玉珠,刘永华.基于Multisim的双极性串行码仿真技术研究.电子测量技术,2012,35(01):96-99.

[责任编辑：冯浩英文编辑：刘彦哲]

Applications of Integrated Operational Amplifier Based on Multisim

WANG Jian-guo1,XUE Zhao-xing2

(1.Zhangjiakou University,Zhangjiakou,Hebei 075000,China;2.School of Electrical Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo,Henan 454000,China)

Abstract:Multisim simulation software is rich in electrical apparatus and electronic components.By using Multisim simulation software,some operational circuits such as proportion,addition,subtraction and infinitesimal calculus of signal were simulated.The simulation results were consistent with the theoretical analysis.The application of the simulation system can reform the traditional experimental design mode,improve efficiency,inspire and broaden the ideas of the experimental persons and design developers.

Key words:Multisim；operational amplifier；virtual simulation

DOI：10.3969/j.issn.1673-1492.2016.01.002

中图分类号：F 721.7

文献标识码：A

作者简介：王建国(1972-)，男，河北赤城人，张家口学院教授。

基金项目：河北省科技厅项目(14277778D)

来稿日期：2015-10-21