反相输入同相输入差分输入比例运算电路仿真分析.docx

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反相输入同相输入差分输入比例运算电路仿真分析

反相输入、同相输入、差分输入比例运算电路仿真分析

成绩评定表

I

课程设计任务书

II

1课程设计的目的与作

用..........................................................................................................................1

2设计任务、及所用multisim软件环境介

绍........................................................................................1

2.1设计任

务..............................................................................................................................................1

2.2multisim软件环境介

绍.....................................................................................................................1

3电路模型的建

立......................................................................................................................................2

3.1反向输入比例运算电路仿真电

路.......................................................................................................2

3.2同向输入比例运算电路仿真电

路.......................................................................................................3

3.3差分输入比例运算电路仿真电

路.......................................................................................................4

4理论分析及计

算......................................................................................................................................4

4.1反向输入比例运算电路理论分析及计

算...........................................................................................4

4.2同向输入比例运算电路理论分析及计

算...........................................................................................5

4.3差分输入比例运算电路理论分析及计

算...........................................................................................5

5仿真结果分

析...........................................................................................................................................6

5.1反向输入比例运算电路仿真结果分

析................................................................................................6

5.2同向输入比例运算电路仿真结果分

析................................................................................................7

5.3差分输入比例运算电路仿真结果分

析................................................................................................7

6设计总结和体

会........................................................................................................................

..............8

7参考文

献........................................................................................................................

..........................9

III

1课程设计的目的与作用

（1）巩固所学的相关理论知识;

（2）实践所掌握的电子制作技能;

（3）会运用EDA工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计;

（4）通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则;

（5）掌握模拟电路的安装\测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力分析实验中出现的正常或不正常现象（或数据）独立解决调试中所发生的问题;

（6）学会撰写课程设计报告;

（7）培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风;

（8）完成一个实际的电子产品，提高分析问题、解决问题的能力。

2设计任务、及所用multisim软件环境介绍

2.1设计任务

（1）反向输入比例运算电路仿真分析

（2）同向输入比例运算电路仿真分析

（3）差分输入比例运算电路仿真分析

2.2multisim软件环境介绍

NIMultisim软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的EDA工具软件。

作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，NIMultisim是一个完整的集成化设计环境。

NIMultisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。

学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。

NIMultisim软件绝对是电子学教学的首选软件工具。

1

图2.2Multisim软件窗口图

3电路模型的建立

3.1反向输入比例运算电路仿真电路反向输入端接一个10?

?

Ω的电阻?

?

1，然后连接电源?

?

?

?

，正向输入端连接一个6.8kΩ的电阻?

?

2，然后接地。

在反向输入端与输出端之间还接有一个20kΩ的?

?

?

?

，且测量输出端电压?

?

?

?

。

2

图3.1反向输入比例运算电路

3.2同向输入比例运算电路仿真电路

反向输入端接一个10kΩ的电阻?

?

1，然后接地，同向输入端接一个6.8k

Ω电阻?

?

2，然后连接电源?

?

?

?

。

在反向输入端与输出端间接一个20kΩ的电阻?

?

?

?

，且测量输出端电压?

?

?

?

。

图3.2同向输入比例运算电路

3

3.3差分输入比例运算电路仿真电路

反向输入端接一个10kΩ电阻R1，然后连接电源?

?

?

?

1然后接地，且与输出端间再接一个20kΩ的电阻?

?

?

?

。

同向输入端接一个20kΩ电阻?

?

3，然后接地，再接一个10kΩ电阻?

?

2，接电源?

?

?

?

2然后接地。

且测量输出端电压?

?

?

?

。

图3.3差分输入比例运算电路

4理论分析及计算

4.1反向输入比例运算电路理论分析及计算

反向比例运算电路中反馈的组态时电压并联负反馈。

由于集成运放的开环差模增益很高，因此容易满足深负反馈的条件，故可以认为集成运放工作区在线性区。

所以，可以利用理想运放工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反向比例运算电路的输入输出关系。

在图3.1.1中，由于“虚断”，故?

?

+=0,即?

?

2上没有压降，则?

?

+=0。

又因“虚短”，可得

?

?

+=?

?

?

=0

上式说明在反向比例运算电路中，集成运放的反向输入端与同向输入端两点电位不仅相等，而且均等于零，如同该两点接地一样，这种现象称为“虚地”。

“虚地”时方向比例运放电

4

路的一个重要特点。

由于?

?

?

=0，则由图可见

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?

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=?

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F

即

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=1?

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上式中?

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=0，由此可得反向比例运算电路的输出电压与输入电压的关系为

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=?

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1

下面分析反向比例运算电路的输入电阻。

因为反向输入端“虚地”，显而易见，电路的输入电阻为

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?

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?

=?

?

1

4.2同向输入比例运算电路理论分析及计算

同向比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利理想运放工作在线性区时的连个特点来分析输出输入关系。

在图3.2.1中，根据“虚短”和“虚断”的特点可知，?

?

?

=?

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+=0,故

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1?

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=?

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1?

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而且

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=?

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+=?

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由以上二式可得

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1?

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=?

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?

1?

?

?

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则同向比例运算电路的输出输入关系为

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?

?

?

=1+?

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?

?

?

?

1?

?

由于引入了电压串联负反馈，因此能够提高输入电阻，而且提高的程度与反馈深度有关。

在理想运放条件下，课认为同向比例运算电路的输入电阻?

?

?

?

?

?

。

4.3差分输入比例运算电路理论分析及计算

在理想条件下，有由于“虚断”，?

?

+=?

?

?

=0，利用叠加定理可求得反向输入端的点位为

5

?

?

?

=

而同向输入端的点位为?

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1?

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1+?

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1?

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1?

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‘

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+=?

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2?

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2

因为“虚短”，即?

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=?

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+，所以

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1?

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‘

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+?

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1?

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11?

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2?

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2

当满足条件?

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1=?

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2，?

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?

=?

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‘时，整理上式，可得差分比例运算电路的输出输入关系为

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?

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=?

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1?

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?

21

在电路元件参数对称的条件下，差分比例运算电路的差模输入电阻为

?

?

?

?

=2?

?

1

5仿真结果分析

5.1反向输入比例运算电路仿真结果分析

根据“虚短”和“虚断”的特点可得

?

?

+=0，?

?

+=0，?

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+=?

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=0

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=0，?

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=?

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F，

由此可得

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=?

代入数据得?

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1?

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1?

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=?

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=?

2V

因此输出电压为-2V。

虚拟仪表所测数据如图5.1.1所示:

6

图5.1仿真电路电压表读数图

5.2同向输入比例运算电路仿真结果分析根据“虚短”和“虚断”的

特点可得

?

?

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=?

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+=0

所以可得

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=

且

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=?

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+=?

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由上可得

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1?

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=?

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1?

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整理可得

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?

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=1+?

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?

1

代入数据可得

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?

?

?

=3V

因此输出电压为3V。

虚拟仪表所测数据如图所示:

图5.2仿真电路电压表读数图?

?

1?

?

1?

?

?

?

5.3差分输入比例运算电路仿真结果分析根据“虚短”和“虚断”的特点可得

7

?

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+=?

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=0，?

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=?

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+

可得

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=?

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1?

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1+?

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1?

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‘

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+=?

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2?

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2

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1?

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‘

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+?

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=?

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1?

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11?

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2?

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2

整理可得

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?

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=?

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?

?

1?

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?

?

?

21

代入数据得

?

?

?

?

=2V

因此输出电压为2V。

虚拟仪表所测数据如图所示:

图5.3仿真电路电压表读数图

6设计总结和体会

在做完课程设计之后，我对课本上的基础知识了解的更加透彻了,也对Multisim软件有了初步的认识和运用,同时,对反相输入、同相输入、差分输入比例运算电路有了进一步的了解,对知识点有了更深的掌握。

同时在课设中我也明白了多看书的重要性，一切的知识尽在书中。

通过仔细的阅读，才能将所学的知识融会贯通。

8

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

[2]郑步生、吴渭，Mulisim2001电路设计及仿真入门与应用（M），北京电子工业出版社，

2002

9