集成運算放大器簡稱集成運放或運放，是一種高放大倍數的多級直接耦合集成放大器，也是一種性能優良、通用性強的多功能部件，應用極為廣泛。 Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 本課題提出了采用基于Multisim仿真實驗研究的方案，解決集成運放的實驗研究困難。許多難以理解的內容，可以通過計算機仿真方式直觀易懂地表現出來。實施軟硬結合、虛實結合，模擬逼真的實驗環境，進行集成運放的實驗研究，收到了事半功倍的效果。
1、緒 論 集成電路（Integrated Circuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個整體，這樣，整個電路的體積大大縮小，且引出線和焊接點的數目也大為減少，從而使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進了一大步。 它在電路中用字母“IC”（也有用文字符號“N”等）表示。 集成運算放大器（Integrated Operational Amplifier）簡稱集成運放，是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。它的增益高（可達60~180dB），輸入電阻大（幾十千歐至百萬兆歐），輸出電阻低（幾十歐），共模抑制比高（60~170dB），失調與漂移小，而且還具有輸入電壓為零時輸出電壓亦為零的特點，適用于正，負兩種極性信號的輸入和輸出。模擬集成電路一般是由一塊厚約0.2~0.25mm的P型硅片制成，這種硅片是集成電路的基片?；峡梢宰龀霭袛凳畟€或更多的BJT或FET、電阻和連接導線的電路。運算放大器除具有十、一輸人端和輸出端外，還有十、一電源供電端、外接補償電路端、調零端、相位補償端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍數取決于外接反饋電阻，這給使用帶來很大方便。 2、集成運放基本原理 集成運算放大器是一種具有很高放大倍數的多級直接耦合放大電路。是發展最早、應用最廣泛的一種模擬集成電路。集成運放主要由輸入級、中間級、輸出級及偏置電路組成，其內部構成框圖如圖1所示。
圖1 集成運放的組成框圖 1、輸入級：輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干擾信號，都采用帶恒流源的差分放大器 。 2、中間級：要求電壓放大倍數高。常采用帶恒流源的共發射極放大電路構成。放大倍數在幾千倍以上，是運算放大器的主要增益部分。 3、輸出級：與負載相接，要求輸出電阻低，帶負載能力強，一般由互補功率放大電路或射極輸出器構成。 4、偏置電路：一般由各種恒流源等電路組成，為各級提供合適的靜態工作點，作為有源負載提高電壓增益。 為了提高輸入電阻，減小零點漂移，輸入級一般都采用差動放大電路。它有兩個輸入端：反相輸入端用“-”表示，輸出電壓與此端輸入電壓反相；另一個輸入端為同相輸入端，用“+”來表示，輸出電壓與此端的輸入電壓同相。 集成運放主要依靠中間級進行電壓放大，因此要求中間級具有一定的放大倍數。它一般由一級到兩級共射放大電路組成。 為了降低輸出電阻，提高帶負載能力，輸出級一般由互補對稱電路或準互補對稱電路組成，以提高運放的輸出功率和帶負載能力。 偏置電路由恒流源或恒壓源組成，為各級放大器設置合適的靜態工作點。此外，在輸入級和中間級之間，還附有將差動輸入級的雙端輸出變換成單端輸出的變換電路；電平移動電路，可使整個放大器實現“零輸入、零輸出”。 3、理想運放 由于實際運算放大器的技術指標接近理想化條件，用理想運算放大器分析電路可使問題大大簡化, 為此,后面對運算放大器的分析都是按其理想化條件進行的。 理想運放具有下述的理想參數： 3.1、差模電壓放大倍數Aod＝∞。 3.2、差模輸入電阻rid＝∞。 3.3、輸出電阻ro＝0。 3.4、共模抑制比CMRR＝∞。 3.5、開環帶寬fH＝∞。 4、仿真設計
4.1、Multisim 10 使用方法 雙擊Multisim 10圖標，由于軟件比較大，需要等待一定的時間才能進入初始化界面。Multisim 10界面和Office工具界面相似，包括標題欄、下拉菜單、快捷工具、項目窗口、狀態欄等組成。 標題欄用于顯示應用程序名和當前的文件名。下拉菜單提供各種選項。 快捷工具分為：文件工具按鈕，器件工具按鈕，調試工具按鈕，這些按鈕在下拉菜單中都有，并經常用到，現在放在工具欄里是為了方便使用。 項目窗口中的電路窗口是用來搭建電路的，Design Toolbox工具欄是用來顯示全部工程文件和當前打開的文件。 狀態欄用于顯示程序的錯誤和警告，如果有錯誤和警告那還還需要重新修改程序。直到沒有錯誤為止才能正常加載程序。 菜單包括：放置元件（place component）、連接原理圖（place schematic）、放置圖形（place graphic）、標注（place comment）等，這里我們最常用到的只有第一個放置元件。 了解完程序架構和功能及使用方法后，我們即可開始仿真。首先在電路設計區域放置自己所需的原件的，并且連接正確，其實再次檢查電路的正確性，以免造成仿真數據的偏差或錯誤。完成以上工作后，我們即可用工具欄中的“RUN”按鈕來開始仿真，查看結果。 4.2、設計原理 集成運算放大器實質上是一個高增益多級直接耦合放大器，主要由輸入級、中間級、輸出級及偏置電路組成，外接不同反饋網絡和輸入網絡就可構成具有各種功能的模擬電子電路，例如，比例放大、加法運算、減法運算、微分運算、積分運算等各種模擬運算電路。本仿真設計研究運放的幾種基本模擬運算電路。 4.3、電路設計及電路分析 4.3.1反向加法運算電路 如圖2，兩個輸入信號VS1，VS2，均由集成運放U1的反向端“-”輸入，由此構成反向加法運算電路。
^^^ 電路仿真感悟 集成運算放大器實質上是一個高增益多級直接耦合放大器，主要由輸入級、中間級、輸出級及偏置電路組成，外接不同反饋網絡和輸入網絡就可構成具有各種功能的模擬電子電路，例如，比例放大、加法運算、減法運算、微分運算、積分運算等各種模擬運算電路。集成運算放大器是一種高放大倍數的、性能優良、通用性強的多功能部件，應用極為廣泛。 畢業設計體會心得 短短幾個月的畢業設計已經結束了，通過這次的畢業設計鍛煉了我的實踐能力，也是對我以后的實際工作能力的具體訓練和考察過程?，F在是一個高科技的時代，集成運放已經成為當今電子技術應用中空前活躍的領域，在生活中可以說是無處不在的。因此對于我們這一專業的同學來說，學好電子技術，并正確應用是非常重要的。 此次畢業設計，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整半年里，學到了很多的東西。同時不僅鞏固了以前所學過的知識，而且還學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過畢業設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。畢業設計還讓我學會了如何去培養我們的創新精神，從而不斷地戰勝自己，超越自己。更重要的是，我在這一設計過程中，學會了堅持不懈，不輕言放棄。 設計過程，好比是我們人類成長的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會遇到各種各樣的問題。在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我通過查閱大量有關資料，并和同學互相討論，交流經驗和自學，若遇到實在搞不明白的問題就會及時請教老師，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。 在整個設計中我懂得了許多東西，也培養了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是我的畢業設計的最大收獲和財富。 畢業設計雖然結束了，但通過設計所學到的東西將長久存在。相信這次設計帶給我們的嚴謹的學習態度和一絲不茍的科學作風將會給我們未來的工作和學習打下一個更堅實的基礎。 |
