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电子基础
集成运算放大器简称集成运放，是集成电路中应用极为
广泛的一种。由于这种放大器早期是在模拟计算机中实现数学运算，故名运算放大器。现在它的应用已远远超出了模拟计算的范畴，在信号处理、在信号运算以及在振荡电路中都得到了十分广泛的应用。无论对于哪种应用电路，用传统方法精确分析都是十分困难的，而用Multisim 软件则可灵活方便的进行仿真分析。下面用Multisim 仿真软件对由集成
运放构成的应用电路进行仿真分析。
1 RC 正弦波振荡电路
图1是RC 正弦波振荡电路，当接通振荡电路的电源时，
在电路中会激起一个微小的扰动信号，这是起始信号。它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量，为了得到单一频率的正弦输出信号，电路中必须有选频环节；为了让它幅值增大，振荡电路中必须有放大和正反馈环节；为了不让它无限增长而逐渐趋于稳定，电路中还必须有稳幅环节。因此，正弦波振荡电路需包含放大、正反馈、选频和稳幅四个主要部分。从1u >F A 到1u =F A ，这就是自激振荡的
建立过程。欲使振荡电路能自行建立振荡，就必须使电路满
足1u >F A 的条件。这样，在接通电源后，振荡电路才有
可能自行起振，并经过稳幅最后趋于稳定持续振荡状态。稳幅环节利用前面学过的二极管，如果振幅相对较小时，说明两个二极管都处在截止状态，此时二极管将会呈现出非常大的电阻，电路起振后，由于正反馈的作用，增幅振荡便开始在电路中产生，随着振荡幅度的逐步增加，二极管流过的电流也会随之增加，当二极管逐渐开始导通之后，等效电阻也会逐渐减少，那么A 也会跟着自动减少，从而生产自动稳
幅的效果。
输出正弦波形如图2所示。当电阻1122  3.2R R k ==Ω，
1122100C C nF ==时，根据公式1
2f RC
π=
，理论计算值498f Hz =，实测频率483f Hz =，分析产生误差的原因，
在计算中  3.14π=，搭建实际电路时，选取的电阻也存在
误差。
图  1  RC 正弦波振荡电路
图2    输出正弦波
2 方波变换电路
用集成运算放大器构成的电压比较器是模拟电子技术
最典型的电路之一，也是工程技术应用中最重要的电路之一，在检测系统中应用非常广泛。在信号发生器、频率计综合设计实验教学中，由于过零电压比较器电路结构和工作原理简单、反应灵敏，被绝大多数人选择使用。方波产生电路如图3所示。电压比较器是用来比较两个输入电压的大小，据此决定其输出为高电平还是低电平。参考电压加于运放
的反向端，可以是正值、负值或零。图3中参考电压取零，因此该电路又称为过零比较器。集成运算放大器采用双电源供电，输出的方波信号幅度接近于电源正负电压，输出波形
基于Multisim 的集成运放应用电路仿真分析
李井泉，王兆欣，石静苑
（空军航空大学，吉林长春，130022）
摘要：采用Multisim 10为工作平台对集成运放构成的应用电路进行了仿真分析，讨论波形变换、实现占空比可调以及实现频率可调，并通过示波器观察了波形，仿真的结果与理论分析相一致，说明将Multisim 软件应用在电子技术教学中，可使教学更生动形象，利于学生对抽象原理的理解，提高课堂理论教学的教学质量。
关键词：Multisim；波形变换；占空比；频率可调；仿真分析
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图3    过零电压比较器图4    输出方波
图5    电压比较器图6    输出限幅的方波
图7    占空比可调的电压比较器图8    占空比可调的矩形波
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电子基础
电压很小，输入电压主要降落在电阻R 上，输出电压近似与输入电压的时间积分值成比例。如果输入信号是一个阶跃电压，理想积分电路的输出是一倾斜的线性电压。如图11
所示。当积分电路的输入信号i u 为恒定电压时，电容C 的充电电流为恒定值，积分电路的输出电压o u 将随时间成线
性变化，01i
u u dt
RC =−∫，此时输出电压的最高值受集成运
放的电源电压限制。当达到集成运放的最大输出值时，运放此后进入非线性工作区，输出波形如图12所示。
4 输出频率可调的RC 正弦波振荡电路
如果要实现输出频率是连续可调的，可以从 RC 正弦
波振荡电路频率的公式入手，只要调节RC 串并网络中电阻
R 11、R 22即可，因为Multisim 仿真软件中没有双联电
阻，因此需要注意的是R 11、R 22接入电路的阻值时刻要保持一致，否则电路无法起振。仿真电路如图13和图15分别表示频率为f=500Hz 和f=1kHz，通过测量图14的频率f=490Hz，图16的频率f=1061Hz。分析产生误差的原因是当电容取固定值100nF 时，计算得到的电阻分别为R=3.18k 和R=1.59k，仿真软件中滑动变阻器的调节精度是5%，因此频率产生误差。也可以通过调节电容C 11、C 22实现频率连续可调，但电容的调节范围较小，一般选择调节电阻。
图9    占空比可调的电压比较器
图10  占空比可调的矩形波
图11    积分电路图12    输出三角波
图13    输出频率可调的RC 正弦波振荡电路图14    输出正弦波
应用Multisim软件对对由集成运算放大器构成的RC 正弦波振荡电路、波形变换电路进行仿真验证，通过设置和改变元器件参数、观测电路波形，可以进一步了解并掌握振荡电路的工作原理、波形变换电路的工作原理以及如何实现频率是连续可调的。实践证明，利用Multisim软件进行辅助教学，可以让学生直观地理解和领会课本中抽象的内容，提高学习的兴趣和积极性，从而有效地提高课堂理论教学的教学质
量并达到改善教学效果的目的。
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15    输出频率可调的RC正弦波振荡电路图16    输出正弦波
分析提供了借鉴和参考。在实际的电路设计和实现中，仿真分析方法可以为加速项目的进行提供重要参考，提高了电路分析和设计的效率。但也应注意以下应用要点：
①PCB设计时应增大地平面面积或单独布置地平面，以减小噪声干扰，提高稳定性。
②供电电压最大不得超过±7. 5V。
③在±5V供电条件下, 加在输入端VINP的额定电压有效值应为1V, 峰值为1.4V。
④电压控制端所加的电压必须稳定, 噪声要小，否则会增加放大信号的噪声。
multisim示波器在哪⑤信号地必须直接连在放大器的4脚, 否则会引起放大器精度的降低。参考文献
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