基于Multisim的集成放大運(yùn)算器仿真分析

摘要：為了了解Multisim在實(shí)際電路設(shè)計(jì)與仿真中的應(yīng)用，在此以集成運(yùn)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(yùn)算放大器的三種不同連接方式，分別做了同比例運(yùn)算、反相比例運(yùn)算和差分放大等三組仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其理論計(jì)算與仿真結(jié)果一致。最后，還提出了解決仿真過程中出現(xiàn)的常見問題的方案，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(yùn)算放大器；連接方式；仿真分析

0 引言

目前隨著國際上電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。以定量估算和電路試驗(yàn)為基礎(chǔ)的電路設(shè)計(jì)方法已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前激烈競爭的市場。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)，使得電子線路的沒計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上完成電路的功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、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，代表著現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)潮流。

而Multisim是加拿大IIT(Interactive Image Technologies)公司在EWB(Electronics Workbench)基礎(chǔ)上推出的電子電路仿真設(shè)計(jì)軟件，是一個(gè)專門用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的EDA工具軟件。本文將對Multisim軟件在虛擬系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，從而為虛擬電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電子產(chǎn)品的開發(fā)和電子系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)進(jìn)行了研究，相繼提出了一系列有指導(dǎo)意義的方法。如文獻(xiàn)介紹Multisim應(yīng)用軟件系統(tǒng)及在實(shí)際電路設(shè)計(jì)與仿真中的應(yīng)用。在此以實(shí)際成功的工程應(yīng)用為例，闡述Multisim在電路設(shè)計(jì)與仿真實(shí)踐中的運(yùn)用與研究的親身體驗(yàn)，并結(jié)合電路仿真過程中遇到的問題，提出解決問題的思路，給出具體解決問題的方法。文獻(xiàn)介紹了如何應(yīng)用Multisim中Filter Wizard進(jìn)行濾波器設(shè)計(jì)的基本慨念和步驟。通過一個(gè)具體的實(shí)例來介紹了應(yīng)用Multisim中Filter wizard設(shè)計(jì)濾波器的方法。文獻(xiàn)針對傳統(tǒng)高頻電子線路教學(xué)中存在的問題，提出在教學(xué)中引入計(jì)算仿真進(jìn)行輔助分析與設(shè)計(jì)。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(diào)諧回路諧振放大器、環(huán)形調(diào)幅器進(jìn)行了仿真，各項(xiàng)結(jié)果與理論推導(dǎo)相符，形象、生動(dòng)的演示達(dá)到提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的效果。文獻(xiàn)首先簡要介紹了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(xiàn)對差模信號(hào)放大和對共模信號(hào)抑制。仿真結(jié)果與理論分析計(jì)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(dá)到了幫助學(xué)生理解原理，更好地掌握所學(xué)的知識(shí)的目的。本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上，針對集成運(yùn)算放大器的不同連接方式，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其理論計(jì)算與仿真結(jié)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(shè)計(jì)環(huán)境。它具有如下特點(diǎn)：

(1)具有直觀的圖形界面。整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，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(biāo)可用導(dǎo)線將連接起來。軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的一樣。

(2)具有一個(gè)龐大的元?dú)饧?。具備如信?hào)源、基本元?dú)饧?、模擬集成電路、數(shù)字集成電路、指示部件、控制部件等各種元?dú)饧?/p>

(3)具有強(qiáng)大的仿真能力。既可對模擬電路或數(shù)字電路分別進(jìn)行仿真，也可進(jìn)行數(shù)／?；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(cuò)信息、提示可能出錯(cuò)的原因，仿真結(jié)果可隨時(shí)儲(chǔ)存和打印。

(4)強(qiáng)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(shù)掃描分析、零極點(diǎn)分析、傳遞函數(shù)分析、溫度掃描分析、后處理分析等。

(5)強(qiáng)大的虛擬儀器功能。如示波器、萬用表、瓦特計(jì)、掃描儀、失真儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、字信號(hào)發(fā)生器等。

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

(7)可以與電路板設(shè)計(jì)軟件無縫連接。Multisim軟件的設(shè)計(jì)結(jié)果可以方便地導(dǎo)出到電路板設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行電路板走線。

(8)遠(yuǎn)程控制功能。Multisim軟件支持遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)上看到控制者的操作情況，而且可以將控制權(quán)交給其他人，讓其操作該軟件，這樣可以實(shí)現(xiàn)交互式教學(xué)，是進(jìn)行電子線路教學(xué)的理想工具。

3 集成放大器仿真分析

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

集成運(yùn)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(yàn)將對于三種連接方式分別進(jìn)行仿真。

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