基于Multisim10的集成运放电路设计
分类：免费论文 更新时间：08-23 来源：网络
集成运算放大器简称集成运放或运放，是一种高放大倍数的多级直接耦合集成放大器，也是一种性能优良、通用性强的多功能部件，应用极为广泛。
Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
本课题提出了采用基于Multisim仿真实验研究的方案，解决集成运放的实验研究困难。许多难以理解的内容，可以通过计算机仿真方式直观易懂地表现出来。实施软硬结合、虚实结合，模拟逼真的实验环境，进行集成运放的实验研究，收到了事半功倍的效果。
1、绪 论
集成电路（Integrated Circuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，这样，整个电路的体积大大缩小，且引出线和焊接点的数目也大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。 它在电路中用字母“IC”（也有用文字符号“N”等）表示。
集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益高（可达60~180dB），输入电阻大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60~170dB），失调与漂移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。模拟集成电路一般是由一块厚约0.2~0.25mm的P型硅片制成，这种硅片是集成电路的基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电阻和连接导线的电路。运算放大器除具有十、一输人端和输出端外，还有十、一电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便。
2、集成运放基本原理
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。集成运放主要由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成，其内部构成框图如图1所示。
图1 集成运放的组成框图
1、输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。
2、中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。放大倍数在几千倍以上，是运算放大器的主要增益部分。
3、输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补功率放大电路或射极输出器构成。
4、偏置电路：一般由各种恒流源等电路组成，为各级提供合适的静态工作点，作为有源负载提高电压增益。
为了提高输入电阻，减小零点漂移，输入级一般都采用差动放大电路。它有两个输入端：反相输入端用“-”表示，输出电压与此端输入电压反相；另一个输入端为同相输入端，用“+”来表示，输出电压与此端的输入电压同相。
集成运放主要依靠中间级进行电压放大，因此要求中间级具有一定的放大倍数。它一般由一级到两级共射放大电路组成。
为了降低输出电阻，提高带负载能力，输出级一般由互补对称电路或准互补对称电路组成，以提高运放的输出功率和带负载能力。
偏置电路由恒流源或恒压源组成，为各级放大器设置合适的静态工作点。此外，在输入级和中间级之间，还附有将差动输入级的双端输出变换成单端输出的变换电路；电平移动电路，可使整个放大器实现“零输入、零输出”。
3、理想运放
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
理想运放具有下述的理想参数：
3.1、差模电压放大倍数Aod＝∞。
3.2、差模输入电阻rid＝∞。
3.3、输出电阻ro＝0。
3.4、共模抑制比CMRR＝∞。
3.5、开环带宽fH＝∞。
4、仿真设计
4.1、Multisim 10 使用方法
双击Multisim 10图标，由于软件比较大，需要等待一定的时间才能进入初始化界面。Multisim 10界面和Office工具界面相似，包括标题栏、下拉菜单、快捷工具、项目窗口、状态栏等组成。
标题栏用于显示应用程序名和当前的文件名。下拉菜单提供各种选项。
快捷工具分为：文件工具按钮，器件工具按钮，调试工具按钮，这些按钮在下拉菜单中都有，并经常用到，现在放在工具栏里是为了方便使用。
项目窗口中的电路窗口是用来搭建电路的，Design Toolbox工具栏是用来显示全部工程文件和当前打开的文件。
状态栏用于显示程序的错误和警告，如果有错误和警告那还还需要重新修改程序。直到没有错误为止才能正常加载程序。
菜单包括：放置元件（place component）、连接原理图（place schematic）、放置图形（place graphic）、标注（place comment）等，这里我们最常用到的只有第一个放置元件。
了解完程序架构和功能及使用方法后，我们即可开始仿真。首先在电路设计区域放置自己所需的原件的，并且连接正确，其实再次检查电路的正确性，以免造成仿真数据的偏差或错误。完成以上工作后，我们即可用工具栏中的“RUN”按钮来开始仿真，查看结果。
4.2、设计原理
集成运算放大器实质上是一个高增益多级直接耦合放大器，主要由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成，外接不同反馈网络和输入网络就可构成具有各种功能的模拟电子电路，例如，比例放大、加法运算、减法运算、微分运算、积分运算等各种模拟运算电路。本仿真设计研究运放的几种基本模拟运算电路。
4.3、电路设计及电路分析
4.3.1反向加法运算电路
如图2，两个输入信号VS1，VS2，均由集成运放U1的反向端“-”输入，由此构成反向加法运算电路。
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电路仿真感悟
集成运算放大器实质上是一个高增益多级直接耦合放大器，主要由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成，外接不同反馈网络和输入网络就可构成具有各种功能的模拟电子电路，例如，比例放大、加法运算、减法运算、微分运算、积分运算等各种模拟运算电路。集成运算放大器是一种高放大倍数的、性能优良、通用性强的多功能部件，应用极为广泛。
毕业设计体会心得
短短几个月的毕业设计已经结束了，通过这次的毕业设计锻炼了我的实践能力，也是对我以后的实际工作能力的具体训练和考察过程。现在是一个高科技的时代，集成运放已经成为当今电子技术应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在的。因此对于我们这一专业的同学来说，学好电子技术，并正确应用是非常重要的。
此次毕业设计，从选题到定稿，从理论到实践，在整整半年里，学到了很多的东西。同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。毕业设计还让我学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻言放弃。
设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我通过查阅大量有关资料，并和同学互相讨论，交流经验和自学，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是我的毕业设计的最大收获和财富。
毕业设计虽然结束了，但通过设计所学到的东西将长久存在。相信这次设计带给我们的严谨的学习态度和一丝不苟的科学作风将会给我们未来的工作和学习打下一个更坚实的基础。