基于Multisim的運算放大器及濾波電路仿真

西安石油大學電子工程學院 劉 昕 馬虎山 劉 健 陳 晨

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基于Multisim的運算放大器及濾波電路仿真

西安石油大學電子工程學院 劉 昕 馬虎山 劉 健 陳 晨

【摘要】運算放大器在電路設計中應用廣泛，可設計各種濾波器以及控制電路等。針對真實有源濾波電路實驗教學的不足，分析應用電路仿真軟件進行實驗教改的必要性和優點，通過Multisim對運算放大器和有源低通濾波器進行仿真驗證，其結果和理論值相一致，效果理想。將Multisim仿真軟件應用于傳統的電路實驗教學中，可降低教學復雜度，提高學生的積極性和創新性。

【關鍵詞】運算放大器；濾波電路；Multisim仿真軟件；實驗教改

項目名稱：西安石油大學2015年第九批教改——電路仿真實驗設計研究（項目編號：131010376）。

0　引言

運算放大器在實際的電路設計中應用非常廣泛，用其設計的信號調理電路可以實現比例、積分、微分和濾波等功能。濾波器是一種用于消除干擾的器件，也就是一種選頻電路，它能得到一個特定頻率或者消除一個特定頻率，從包含各種頻率的信號中選出有用的信號。本文對利用運算放大器設計的有源低通濾波器進行驗證，結合電路實驗教學中原有的無源濾波實驗，采用Multisim軟件對電路原理進行仿真，使學生在掌握濾波器的理論知識的同時，通過創新實踐加強學生對運算放大器和有源濾波器的理解，彌補傳統實驗教學的不足，提高教學質量。

1　比例放大器仿真

在運算放大器中反向比例放大器是一個基本的放大電路，在Multisim10的放置基礎元件庫中選擇放置運算放大器，以及放置電容器、放置電阻器、函數信號發生器和示波器，繪制反向比例放大電路，如圖1所示。

圖1　反向比例放大電路

圖2　仿真結果

驗證該反相比例放大電路的性能，輸入峰值1V、頻率500Hz的正弦信號，輸出信號如圖2所示，峰峰值為20V，輸入信號和輸出信號的信號幅度之比約為10，相位差是π。

2　有源濾波電路仿真

完成了對運算放大器的仿真實驗和分析后，在Multisim10中再對由運算放大器設計的有源低通濾波器進行仿真驗證。

本文采用Sallen-Key結構的二階有源濾波器進行仿真，其電路結構用Multisim10繪制，如圖3所示。

圖3　二階有源濾波器電路仿真結構圖

將運算放大器的同向輸入端接到二階RC濾波網絡，反向輸入端接到輸出端，根據電路結構可列寫方程如下：

將方程簡化得：

因此，截止頻率：

得品質因數：

設置運算放大器的增益為1，R1=R2，C1=2C2，則截止頻率：

在該仿真實驗中，設置截止頻率ω0=10kHz，R1=R2=10kΩ，C1=2μF，C2=1μF，來驗證濾波器的性能，其仿真結果的波特圖

如圖4所示。

圖4　波特圖

由圖4可以看出，在電路仿真運行過程中當增益達到-2.627dB時，截止頻率ω0=10.744kHz，在0—10kHz這段范圍內的頻率所對應的增益均為0dB，且增益穩定，符合設計要求。

3　結論

通過對運算放大器和有源濾波器的電路仿真分析可以看出，使用Multisim對電路進行仿真實驗，輸出結果隨著輸入參數的改變而變化，所得結果均正確，且具有開放性和創新性，整個實驗不受設備、時間和場所的限制，在實驗過程中還可以避免操作不當時對實驗儀器的損害和實驗人員的誤傷。將Multisim應用于電路實驗教學中，使學生更易理解抽象的電路實驗，增強學生的創新性，且操作簡便、畫面簡潔，降低教學的復雜度，提高教學質量。

參考文獻

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