基于Multisim的集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用

王建國(guó)，薛昭星

(1.張家口學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河南理工大學(xué)電氣學(xué)院，河南 焦作 454000)

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基于Multisim的集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用

王建國(guó)1，薛昭星2

(1.張家口學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河南理工大學(xué)電氣學(xué)院，河南 焦作 454000)

摘要：Multisim電路仿真軟件儀器豐富、器件齊全，利用Multisim仿真軟件，對(duì)集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的多種模擬運(yùn)算電路進(jìn)行仿真，研究其如何實(shí)現(xiàn)信號(hào)的比例、加法、減法和積分運(yùn)算，仿真結(jié)果與理論分析計(jì)算相一致。應(yīng)用仿真系統(tǒng)，可以改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式，提高效率，啟發(fā)和拓寬實(shí)驗(yàn)人員及設(shè)計(jì)開發(fā)者的思路。

關(guān)鍵詞：Multisim;運(yùn)算放大電路;虛擬仿真

集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大電路，當(dāng)外部接入不同的線性與非線性元件，組成不同反饋電路時(shí)，電路可靈活地實(shí)現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓之間的各種特定的函數(shù)關(guān)系。Multisim是Interactive Image Technologies(electronics workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，是一種功能強(qiáng)大的電子電路仿真軟件，適用于板級(jí)模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作[2-4]。目前在高校教學(xué)中普遍使用Multisim 10.0[5-7]。本研究利用Multisim 10.0繪制了比例、加法、減法和積分電路，并成功進(jìn)行了仿真。

1反相比例運(yùn)算電路

2同相輸入求和電路

圖3是同相輸入求和電路，因其3個(gè)輸入信號(hào)相等，電路輸出和輸入的關(guān)系是：

式中R=R3//R4//R5//R6

由圖3知：R3=R5=R6

又因代入數(shù)據(jù)：R=10//5.1//10//10=2.02

在仿真實(shí)驗(yàn)中，用電壓表測(cè)得輸入電壓為29.698 mV，輸出電壓為197.538 mV，計(jì)算可知輸出電壓是輸入電壓的6.65倍，與理論計(jì)算結(jié)果相一致。圖4是當(dāng)示波器輸入、輸出通道比例均取100 mV/DIV時(shí)電路的輸入和輸出波形。

圖1　反相比例運(yùn)算電路

圖2　反相比例運(yùn)算電路的輸入、輸出波形

3差分比例運(yùn)算電路(減法器)

在仿真實(shí)驗(yàn)中，電壓表測(cè)得輸入壓ui1=70.711mV，ui2=39.598mV，將其代入，得：

在仿真實(shí)驗(yàn)中，電壓表測(cè)得輸出電壓Uo=311.092 mV，與理論計(jì)算結(jié)果一致。

圖3　同相輸入求和電路

圖4　同相輸入求和電路的輸入、輸出波形

圖5　差分比例運(yùn)算電路(減法器)

圖6　差分比例運(yùn)算電路(減法器)輸入、輸出波形

此時(shí)示波器的兩路輸入信號(hào)通道均取100 mV/DIV，輸出信號(hào)通道取200 mV/DIV，圖6是其輸入、輸出的電壓波形。

4積分電路

圖7是集成運(yùn)算放大電路組成的積分器電路，它的輸出與輸入電壓關(guān)系是：

uo=-R1C1∫uidt+uC1(0)

式中uc(0)是t=0時(shí)刻電容C1兩端的電壓值。

圖7　積分器電路

仿真電路輸入的電壓信號(hào)是頻率1 kHz，振幅100 mVp的方波，示波器輸入信號(hào)通道取200 mV/DIV，輸出信號(hào)通道取5 V/DIV，由圖8知輸出波形不理想，有失真現(xiàn)象。究其原因，是由于積分電容C1儲(chǔ)有電荷，產(chǎn)生了輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流和偏置電流，形成了積分誤差。為解決這個(gè)問(wèn)題，在電容C1的兩端并聯(lián)了一個(gè)SPST開關(guān)，電路開啟后，先閉合開關(guān)，電容C1處于放電狀態(tài)，它將初期所儲(chǔ)存的電荷放掉，然后斷開開關(guān)，此時(shí)示波器輸入方波信號(hào)通道取200 mV/DIV，輸出信號(hào)通道取500 mV/DIV，輸出是理想的三角波(圖9)。

圖8　積分器電路的輸入、輸出波形

圖9　積分器電路的輸入、輸出波形

綜上所述，利用Multisim仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了集成運(yùn)算放大電路的多種模擬運(yùn)算，并取得了良好的效果。仿真結(jié)果表明，仿真與理論分析及測(cè)量計(jì)算相一致。通過(guò)實(shí)踐，認(rèn)為使用Multisim電路仿真具有簡(jiǎn)單實(shí)用、調(diào)試方便、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，可以改革傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，提高效率，啟發(fā)和拓寬實(shí)驗(yàn)人員及設(shè)計(jì)開發(fā)者的思路。

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[責(zé)任編輯：馮浩英文編輯：劉彥哲]

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

中圖分類號(hào)：F 721.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：王建國(guó)(1972-)，男，河北赤城人，張家口學(xué)院教授。

基金項(xiàng)目：河北省科技廳項(xiàng)目(14277778D)

來(lái)稿日期：2015-10-21