基于Multisim的运算放大器及滤波电路仿真

西安石油大学电子工程学院 刘 昕 马虎山 刘 健 陈 晨



基于Multisim的运算放大器及滤波电路仿真

西安石油大学电子工程学院 刘 昕 马虎山 刘 健 陈 晨

【摘要】运算放大器在电路设计中应用广泛，可设计各种滤波器以及控制电路等。针对真实有源滤波电路实验教学的不足，分析应用电路仿真软件进行实验教改的必要性和优点，通过Multisim对运算放大器和有源低通滤波器进行仿真验证，其结果和理论值相一致，效果理想。将Multisim仿真软件应用于传统的电路实验教学中，可降低教学复杂度，提高学生的积极性和创新性。

【关键词】运算放大器；滤波电路；Multisim仿真软件；实验教改

项目名称：西安石油大学2015年第九批教改——电路仿真实验设计研究（项目编号：131010376）。

0　引言

运算放大器在实际的电路设计中应用非常广泛，用其设计的信号调理电路可以实现比例、积分、微分和滤波等功能。滤波器是一种用于消除干扰的器件，也就是一种选频电路，它能得到一个特定频率或者消除一个特定频率，从包含各种频率的信号中选出有用的信号。本文对利用运算放大器设计的有源低通滤波器进行验证，结合电路实验教学中原有的无源滤波实验，采用Multisim软件对电路原理进行仿真，使学生在掌握滤波器的理论知识的同时，通过创新实践加强学生对运算放大器和有源滤波器的理解，弥补传统实验教学的不足，提高教学质量。

1　比例放大器仿真

在运算放大器中反向比例放大器是一个基本的放大电路，在Multisim10的放置基础元件库中选择放置运算放大器，以及放置电容器、放置电阻器、函数信号发生器和示波器，绘制反向比例放大电路，如图1所示。

图1　反向比例放大电路

图2　仿真结果

验证该反相比例放大电路的性能，输入峰值1V、频率500Hz的正弦信号，输出信号如图2所示，峰峰值为20V，输入信号和输出信号的信号幅度之比约为10，相位差是π。

2　有源滤波电路仿真

完成了对运算放大器的仿真实验和分析后，在Multisim10中再对由运算放大器设计的有源低通滤波器进行仿真验证。

本文采用Sallen-Key结构的二阶有源滤波器进行仿真，其电路结构用Multisim10绘制，如图3所示。

图3　二阶有源滤波器电路仿真结构图

将运算放大器的同向输入端接到二阶RC滤波网络，反向输入端接到输出端，根据电路结构可列写方程如下：

将方程简化得：

因此，截止频率：

得品质因数：

设置运算放大器的增益为1，R1=R2，C1=2C2，则截止频率：

在该仿真实验中，设置截止频率ω0=10kHz，R1=R2=10kΩ，C1=2µF，C2=1µF，来验证滤波器的性能，其仿真结果的波特图

如图4所示。

图4　波特图

由图4可以看出，在电路仿真运行过程中当增益达到-2.627dB时，截止频率ω0=10.744kHz，在0—10kHz这段范围内的频率所对应的增益均为0dB，且增益稳定，符合设计要求。

3　结论

通过对运算放大器和有源滤波器的电路仿真分析可以看出，使用Multisim对电路进行仿真实验，输出结果随着输入参数的改变而变化，所得结果均正确，且具有开放性和创新性，整个实验不受设备、时间和场所的限制，在实验过程中还可以避免操作不当时对实验仪器的损害和实验人员的误伤。将Multisim应用于电路实验教学中，使学生更易理解抽象的电路实验，增强学生的创新性，且操作简便、画面简洁，降低教学的复杂度，提高教学质量。

参考文献

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