基于Multisim的集成放大運算器仿真分析

摘要：為了了解Multisim在實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驗，實驗結(jié)果表明其理論計算與仿真結(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，從而為從事該領域研究的工作者提供了一種便利。

關鍵詞：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(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為基礎的電路設計方法已經(jīng)無法適應當前激烈競爭的市場。電子設計自動化(EDA)技術(shù)，使得電子線路的沒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、時序測試直至印刷電路板的自動生成，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，是一個專門用于電子線路仿真與設計的EDA工具軟件。本文將對Multisim軟件在虛擬系統(tǒng)中的應用進行研究，從而為虛擬電子系統(tǒng)的設計、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 相關工作

目前已有眾多的學者對基于Multisim的系統(tǒng)設計與開發(fā)進行了研究，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(tǒng)及在實際電路設計與仿真中的應用。在此以實際成功的工程應用為例，闡述Multisim在電路設計與仿真實踐中的運用與研究的親身體驗，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。文獻介紹了如何應用Multisim中Filter Wizard進行濾波器設計的基本慨念和步驟。通過一個具體的實例來介紹了應用Multisim中Filter wizard設計濾波器的方法。文獻針對傳統(tǒng)高頻電子線路教學中存在的問題，提出在教學中引入計算仿真進行輔助分析與設計。闡述了Multisim的主要功能與特點，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)幅器進行了仿真，各項結(jié)果與理論推導相符，形象、生動的演示達到提高了學生學習興趣的效果。文獻首先簡要介紹了Multisim 8軟件的特點，然后利用該軟件對時差分放大電路進行仿真分析，研究其如何實現(xiàn)對差模信號放大和對共模信號抑制。仿真結(jié)果與理論分析計算一致，在課堂上使模擬電子技術(shù)教學更形象、靈活、更貼近工程實際，達到了幫助學生理解原理，更好地掌握所學的知識的目的。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，通過仿真實驗驗證了其理論計算與仿真結(jié)果的一致性。

2 Multisim軟件的特點

Multisim是一個完整的集成化設計環(huán)境。它具有如下特點：

(1)具有直觀的圖形界面。整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，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，輕點鼠標可用導線將連接起來。軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似，測量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的一樣。

(2)具有一個龐大的元氣件庫。具備如信號源、基本元氣件、模擬集成電路、數(shù)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(shù)字電路分別進行仿真，也可進行數(shù)／模混合仿真，尤其是新增了射頻(RF)電路的仿真功能。仿真失敗時會顯示出錯信息、提示可能出錯的原因，仿真結(jié)果可隨時儲存和打印。

(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、零極點分析、傳遞函數(shù)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、萬用表、瓦特計、掃描儀、失真儀、網(wǎng)絡分析儀、邏輯轉(zhuǎn)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去(選件)，使得大規(guī)模可編程邏輯器件的設計和仿真與模擬電路、數(shù)字電路的設計和仿真融為一體，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)可以與電路板設計軟件無縫連接。Multisim軟件的設計結(jié)果可以方便地導出到電路板設計軟件中進行電路板走線。

(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(quán)交給其他人，讓其操作該軟件，這樣可以實現(xiàn)交互式教學，是進行電子線路教學的理想工具。

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進行數(shù)學運算。但是現(xiàn)在意義L的運算放大器的概念，早己超越了數(shù)學運算的功能范疇。若它工作在線性區(qū)，則可以實現(xiàn)反相比例放大、反相求和、同相求和等電路時限運算功能；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，本文實驗將對于三種連接方式分別進行仿真。

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