反相比例运算电路Word文件下载.docx

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学院

信息科学与工程学院

反相输入、同相输入、差分输入比例运算电路仿真分析

实践教学要求与任务:

1）采用multisim仿真软件建立电路模型；

2）对电路进行理论分析、计算；

3）在multisim环境下分析仿真结果，给出仿真波形图；

4）撰写课程设计报告。

工作计划与进度安排:

第1天：

1.布置课程设计题目及任务。

2.查找文献、资料，确立设计方案。

第2-3天：

1.安装multisim软件，熟悉multisim软件仿真环境。

2.在multisim环境下建立电路模型，学会建立元件库。

第4天：

1.对设计电路进行理论分析、计算。

2.在multisim环境下仿真电路功能，修改相应参数，分析结果的变化情况。

第5天：

1.课程设计结果验收。

2.针对课程设计题目进行答辩。

3.完成课程设计报告。

指导教师：

2013年12月1日

专业负责人：

2013年月日

学院教学副院长：

1课程设计的目的与作用

模拟电子技术课程设计是在“模拟电子技术”课程之后，集中安排的重要实践性教学环节。

学生运用所学的知识，动脑又动手，在教师指导下，结合某一专题独立地展开电子电路的设计与实验，培养学生分析、解决实际电路问题的能力。

该课程的任务是使学生掌握数字电子技术方面的基本概念、基本原理和基本分析方法，重点培养学生分析问题和解决问题的能力，初步具备电子技术工程人员的素质，并为学习后续课程大好基础。

课程设计的目的:

1.通过Multisim的仿真设计，掌握Multisim软件的基本使用方法；

2.学会在multisim环境下建立电路模型，能进行正确的仿真；

3.通过Multisim的仿真，熟练掌握三位二进制同步加法计数器和串行序列检测器电路，0110串行序列检测器电路设计；

4、得出分析仿真结果

课程设计的作用:

通过模拟电路课设要求学生：

1、根据给定的技术指标，从稳定可靠、使用方便、高性能价格比出发来选择方案，运用所学过的各种电子器件和电子线路知识，设计出相应的功能电路。

2、通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。

3、了解常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。

4、学会电子电路的安装与调试技能，掌握电子电路的测试方法。

5、进一步数以电子仪器的使用方法。

6、学会撰写课程设计总结报告。

7、培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

课程设计

比例运算电路Multisim仿真

2设计任务、及所用multisim软件环境介绍

2.1设计任务

在Multisim中分别构建反相输入、同相输入、差分输入比例运算电路，分别在三种比例运算电路的输入端加上直流电压UI（或UI1和UI2），利用虚拟仪表测量电路的输出电压uo，找出uo与输入电压uI的关系

2.2仿真软件Multisim介绍

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。

NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。

借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。

与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。

2.3Multisim的特点

1）通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路

2）通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为

3）借助高级电路分析,理解基本设计特征

4）通过一个工具链,无缝地集成电路设计和虚拟测试

5）通过改进、整合设计流程,减少建模错误

3比例运算电路模型的建立

3.1反相比例运算电路

运算放大器:

741UI:

1VVCC:

15VVEE:

-15VR1:

10kΩR2:

6.8kΩRF:

20kΩ

图1反相比例运算电路

3.2同相比例运算电路

1VVCC:

图2同相比例运算电路

3.3差分输入运算电路

741UI1:

1VUI2:

2VVCC:

6.8kΩR3:

20kΩRF:

图3差分输入运算电路

4理论分析及计算

4.1反相比例运算电路

输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。

反相比例运算电路，输入信号ui经输入端电阻R1送到反相输入端，而同相输入端通过电阻R2接地。

反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间。

根据运算放大器工作在线性区时的虚开路原则可知：

i-＝0，因此i1＝if。

根据运算放大器工作在线性区时的虚短路原则可知：

u-＝u+＝0。

可得：

，

（1）

因此闭环电压放大倍数为：

结论：

上式表明，输出电压与输入电压是比例运算关系，或者说是比例放大的关系。

如R1和RF的阻值足够精确，而且运算放大器的开环电压放大倍数很高，就可以认为uo与ui间的关系只取决于RF与R1的比值,而与运算放大器本身的参数无关。

这就保证了比例运算的精度和稳定性。

式中的负号表示uo与ui反相。

图中的R2是一静态平衡电阻，即在静态时（输入信号ui＝0）,两个输入端对地的等效电阻要相等，达到平衡状态。

其作用是消除静态基极电流对输出电压的影响。

因此：

R2＝R1//RF。

从反馈类型来看，反馈电路自输出端引出而接到反相输入端。

设ui为正，则uo为负，此时反相输入端的电位高于输出端的电位，输入电流i1和反馈电流if的实际方向即如图中所示，差值电流id＝i1－if，即if削弱了净输入电流（差值电流），故为负反馈。

反馈电流if取自输出电压uo，并与之成正比，故为电压反馈。

反馈信号在输入端是以电流的形式出现的，它与输入信号并联，故为并联反馈。

因此，反相比例运算电路是一个并联电压负反馈电路。

另外，电路的输入电阻不高，输出电阻很低。

4.2同相比例运算电路

输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。

根据运算放大器工作在线性区时的分析依据：

虚短路和虚开路原则

u-=u+＝ui

i1≈if

因此得：

开环电压放大倍数

可见uo与ui间的比例关系也可认为与运算放大器本身的参数无关，其精度和稳定性都很高。

式中Auf为正值，这表示uo与ui同相，并且Auf总是大于或等于1，不会小于1，这点和反相比例运算不同。

当R1＝∝（断开）或RF＝0时，则

。

这就是电压跟随器。

从反馈类型来看，反馈电路自输出端引出接到反相输入端，而后经电阻R1接“地”。

设ui为正，则uo也为正，此时反相输入端的电位低于输出端的电位但高于“地”电位，i1和if的实际方向与上图中的正方向相反。

经RF和R1分压后，反馈电压uf＝-i1RF，它是uo的一部分。

由输入端电路可得出，差值电压ud＝ui－uf，即uf削弱了净输入电压（差值电压），故为负反馈。

反馈电压取自输出电压uo，并与之成正比，故为电压反馈。

反馈信号在输入端是以电压的形式出现的，它与输人信号串联，故为串联反馈。

因此，同相比例运算电路是一个深度串联电压负反馈电路。

电路的输入电阻很高，输出电阻很低。

4.3差分比例运算电路

如果两个输入端都有信号输入，则为差分输入。

根据虚短路原则，u+＝u-

则：

若R1＝R2，R3＝RF，则：

由上两式可见，输出电压uo与两个输入电压的差值成正比，实现了差分比例运算，或者说实现了减法运算。

由以上分析还可以知道，差分比例运算电路中集成运放的反相输入端和同相输入端可能存在较高的共模输入电压，电路中不存在“虚地”现象。

5仿真结果分析

5.1反相比例运算电路的仿真结果

加上直流电压

（1）ui=1V时，有虚拟万用表测得uo=-1.997V

（2）当ui=2V时，uo=-3.997V

5.2同相比例仿真电路的仿真结果

加上直流电压

（1）ui=1V时，uo=3.003V

（2）当ui=2V时，uo=6.003V

5.3差分运算放大电路的仿真结果

加直流电压

（1）ui1=1V,ui2=2V时，uo=2.003V

（2）当ui1=3V,ui2=1V时ui=-3.997V

6设计总结和体会

通过本次设计，我系统的学习了multisim软件。

同时也掌握以往学习中很难理解的知识，并且得以应用。

在设计的过程中，极大地拓宽了我的知识面,我感到收获非常大。

从开始熟悉这些知识到对整体设计的了解，再从概要设计、详细设计到开始使用软件，以及最后的调试，整个过程感觉很充实。

虽然遇到了不少困难，但我通过查资料，向指导老师请教以及与同学互相讨论，最终我设计出解决方案并成功实现时，那种成就感和满足感足以忘却所有的辛苦。

但是由于课程设计时间较短和自己知识的不足，所以该设计还有许多不尽如人意的地方，可能在实际应用中有些功能不到位。

经过这段时间的课程设计学习，确实学到了不少的东西，同时也深感自己知识的欠缺。

这让我在以后的学习中，一定会继续坚持不懈地学习新兴的专业知识及相关的非专业知识.

由于我的知识浅薄，经验不足及阅历颇浅，因此还有一些细节存在不足在这里希望老师谅解，我一定会再接再厉根据学习的具体要求不断的修改，完善，争取使该以后的课设慢慢趋向完美

通过这次课程设计，我们充分体会到了自己设计东西的乐趣和学习交流的重要性，在动手的过程中，不但增强了实践能力，而且在理论上有了更深的认识；

懂得了实践与知识结合的重要性，并在以后的学习中不段的提高自己，通过不断的摸索和实践来弥补自己在硬件方面的差距。

我相信，这次实习将使我受益匪浅，我更相信，我会以更热忱的态度去学习并研究这门重要的实践性课程。

7参考文献

[1]清华大学电子学教研组编.杨素行主编.模拟电子技术基础简明教程.3版.北京：

高等教育出版社，2006.

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