1203030312差分比例运算电路.滞回比较器

成 绩 评 定 表

课程设计任务书

目 录

1. 课程设计的目地与作用…………………………………………………………1

1.1课程设计的目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1.2课程设计的作用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

2.设计任务、及所用multisim软件环境介绍„„„„„„„„„„„„„„„2

2.1设计任务„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.2 multisim软件环境介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

3．差分运算电路Multisim仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.1.模型的建立„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.2.理论分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.3.仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

4. 滞回比较器电路Multisim仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

4.1.模型的建立„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

4.2.理论分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

4.3.仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

5.三角波发生电路Multisim仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

5.1．模型的建立„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

5.2．理论分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

5.3仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

6.反向输入求和电路Multisim仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

6.1模型的建立„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

6.2路理论分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

6.3仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

7. 设计总结与体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

8. 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

1.课程设计的目地与作用

1.1课程设计目的

1.学会理论分析和实际设计常见的功能电路；

2.会使用multisim软件设计电路图并进行仿真；

3.掌握对常见的电路的multisim仿真；

4.训练对电路进行故障分析及排错的能力；

1.2课程设计的作用

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，模拟电子技术已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握模拟电子的开发技术是十分重要的。

回顾起此次模电课程设计，我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程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。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时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，比如说不懂一些元器件的使用方法，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 通过这次模电课程设计，我不仅加深了对模电理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还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。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。

2.设计任务、及所用multisim软件环境介绍

2.1．设计任务

1.差分运算电路

2. 振荡电路

3. 滞回比较器电路

4.三角波发生电路

2.2．multisim软件环境介绍

NI Multisim 12 是美国NI公司最近推出的电子线路仿真软件的最新版本。NI Multisim 12 用软件的方法虚拟电子与电工元器件以及电子与电工仪器和仪表，通过软件将元器件和仪器集合为一体。它是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

NI Multisim 10 的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用。同时可以新建或扩展已有的元器件库，建库所需元器件参数可从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可很方便地在工程设计中使用。NI Multisim 10的虚拟测试仪器表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源等等；还有一般实验室少有或者没有的仪器，如波特图仪、数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪, 安捷伦多用表，安捷伦示波器、以及泰克示波器等

Multisim12.0启动界面

Multisim界面

元器件库

3．差分运算电路Multisim仿真

3.1

．差分运算电路模型建立

图3.1.1

3.2. 差分运算电路理论分析及计算

差分放大电路如图3.1.1所示，两个输入电压UI1和UI2个自通过电阻R1和R2分别加在集成运放的反相输入端和同相输入端。另外从输出端通过反馈RF接回到反相输入端。为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑止比，通常要求

R1＝R2 RF=R4

在理想的条件下，由于“虚断”，I+=I-=0，利用叠加定力可以求得反相输入端的电位为u-=RFR1uI1+u0 R1=RFR1+RF

而同相输入端的电位

u+=R4uI2 R2+R4

因为“虚短”，即u + = u - ，所以而同相输入端的电位

因为“虚短”，即u + = u - ，所以

RFR1R4uI1+u0=uI2 R1+RFR1+RFR2+R4

RFR1R4uI1+u0=uI2 R1+RFR1+RFR2+R4

当满足条件R1=R2，RF=R4时，整理上式可得

u0=-RF(uI1-uI2) R1

3.3. 差分运算电路仿真结果

4. 滞回比较器电路Multisim仿真

4.1.

滞回比较器电路模型的建立

图4.1.1

4.2. 滞回比较器电路理论分析及计算

滞回比较器如图4.1.1，当集成运放反相输入端与同相输入端的电位相等，即u+=u-时，输出端的状态将发生跳变。其中U2=U-，U+则由参考电

压U1及输出电压U0二者共同决定，而U0的可能状态：+UZ或-UZ。由此可见，使输出电压由+UZ，以及由-UZ跳变为+UZ所需的输入电压值是不同的。也就是说，这种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回状。如图3.2.1

利用叠加原理可求得同相输入端的电位为

u+=RFR1u1+u0R1+RFR1+RF

若原来U0=＋UZ，当UI逐渐增大时，使U0从+UZ跳变为－UZ所需的门限电平用UT＋表示，由上式可知

UT+=RFR1u1+UZR1+RFR1+RF

若原来U0=－UZ，当UI逐渐减小时，使U0从－UZ跳变为＋UZ所需的门限电平用UT－表示，则

UT-=RFR1u1+UZ RF　+R1R1+RF

上述两个门限电平之差称为门限宽度或回差，用∆UT表示，有以上两式得

∆UT=UT+—UT—

=2R1UZR1+RF

图4.2.1输出特性

4.3. 滞回比较器电路仿真结果

瞬态分析

输入输出波形

5.三角波发生电路Multisim仿真

5.1

．三角波发生电路模型的建立

图5.1.1三角波发生电路

5.2．三角波发生电路理论分析

假设t=0时积分电容上的初始电压值为零，而滞回比较器输出端为高 电平，即uo1=+Uz。因集成运放A1同向输入端的电压u+同时与uo1有关，

根据叠加定理可得

u+=uo1+uo

此时uo=0，而uo1=+Uz，故u+也为高电平。而当uo1=+Uz时，经反向积分，

输出电压uo将随时间往负方向线性增长，则u+将之逐渐减小，当减小至 u+=u-=0时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使uo1由+Uz跳变为-Uz，此时u+也跳变为一个负值。当uo1=-Uz时，积分电路的输出电压uo将随时间往正方向线性增长，u+将随之增大，当增大至u+=u-=0时，滞回比较器的输出端再次跳变，uo1由-Uz跳变为+Uz。以后重复上述变化，于是滞回比较器的输出电压成为周而复始的矩形波，而积分电路的输出电压也成为周而复始的三角波。如下图

电路波形图

前后级波形发生电路

5.3三角波发生电路仿真结果

6.反向输入求和电路Multisim仿真

6.1

反向输入求和电路模型的建立

图6.1.1

6.2反向输入求和电路理论分析

图5.1.1示出了具有三个输入端的反相求和电路。可以看出，这个求和电路实际上是在反相比例运算电路的基础上加以扩展而得到的。

为了保持集成运放两个输入端对地的电阻平衡。同相输入端R的阻值应为

R=R1//R2//R3

由于“虚断”，i-=0，因此i1+i2+i3=if，又因集成运放的反相输入端“虚地”，故上式可写为

则输出电压为可见，电路的输出电压uo反应了输入电压u1、u2和u3相加所得的结果，即电路能实现求和.

6.3反向输入求和电路仿真结果

7. 设计总结与体会

通过这次的模电课设，让我熟练掌握了应用multisim软件进行电路的仿真实验，从而看到了好多具体电路的实现过程，同时体会到了动手的快乐。作为一名电子信息工程专业的学生来说，掌握连接电路图，设计和分析电路是很重要的，或许我们以后从事的工作就是和电路有关，需要我们自己分析处理，学会仿真，这样给我们会带来方便。而且模电在生产生活中也是很重要的，在这次课设中，真的学到很多，而且也得到了许多同学的帮助，通过这次课设我真的学到了很多东西.

8. 参考文献

[1]. 杨素行主编，《模拟电子技术简明教程》，清华大学电子学教研组.

[2].《multisim及其在电子设计中的应用》，西安电子科技大学出版.

[3].李良荣主编,罗伟雄副主编。现代电子设计技术—基于

Multisim7&Ultiboard2001.北京：机械工业出版社，2004

成 绩 评 定 表

课程设计任务书

目 录

1. 课程设计的目地与作用…………………………………………………………1

1.1课程设计的目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1.2课程设计的作用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

2.设计任务、及所用multisim软件环境介绍„„„„„„„„„„„„„„„2

2.1设计任务„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.2 multisim软件环境介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

3．差分运算电路Multisim仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.1.模型的建立„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.2.理论分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.3.仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

4. 滞回比较器电路Multisim仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

4.1.模型的建立„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

4.2.理论分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

4.3.仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

5.三角波发生电路Multisim仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

5.1．模型的建立„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

5.2．理论分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

5.3仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

6.反向输入求和电路Multisim仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

6.1模型的建立„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

6.2路理论分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

6.3仿真结果„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

7. 设计总结与体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

8. 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

1.课程设计的目地与作用

1.1课程设计目的

1.学会理论分析和实际设计常见的功能电路；

2.会使用multisim软件设计电路图并进行仿真；

3.掌握对常见的电路的multisim仿真；

4.训练对电路进行故障分析及排错的能力；

1.2课程设计的作用

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，模拟电子技术已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握模拟电子的开发技术是十分重要的。

回顾起此次模电课程设计，我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程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。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时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，比如说不懂一些元器件的使用方法，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 通过这次模电课程设计，我不仅加深了对模电理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还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。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。

2.设计任务、及所用multisim软件环境介绍

2.1．设计任务

1.差分运算电路

2. 振荡电路

3. 滞回比较器电路

4.三角波发生电路

2.2．multisim软件环境介绍

NI Multisim 12 是美国NI公司最近推出的电子线路仿真软件的最新版本。NI Multisim 12 用软件的方法虚拟电子与电工元器件以及电子与电工仪器和仪表，通过软件将元器件和仪器集合为一体。它是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

NI Multisim 10 的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用。同时可以新建或扩展已有的元器件库，建库所需元器件参数可从生产厂商的产品使用手册中查到，因此可很方便地在工程设计中使用。NI Multisim 10的虚拟测试仪器表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源等等；还有一般实验室少有或者没有的仪器，如波特图仪、数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪, 安捷伦多用表，安捷伦示波器、以及泰克示波器等

Multisim12.0启动界面

Multisim界面

元器件库

3．差分运算电路Multisim仿真

3.1

．差分运算电路模型建立

图3.1.1

3.2. 差分运算电路理论分析及计算

差分放大电路如图3.1.1所示，两个输入电压UI1和UI2个自通过电阻R1和R2分别加在集成运放的反相输入端和同相输入端。另外从输出端通过反馈RF接回到反相输入端。为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑止比，通常要求

R1＝R2 RF=R4

在理想的条件下，由于“虚断”，I+=I-=0，利用叠加定力可以求得反相输入端的电位为u-=RFR1uI1+u0 R1=RFR1+RF

而同相输入端的电位

u+=R4uI2 R2+R4

因为“虚短”，即u + = u - ，所以而同相输入端的电位

因为“虚短”，即u + = u - ，所以

RFR1R4uI1+u0=uI2 R1+RFR1+RFR2+R4

RFR1R4uI1+u0=uI2 R1+RFR1+RFR2+R4

当满足条件R1=R2，RF=R4时，整理上式可得

u0=-RF(uI1-uI2) R1

3.3. 差分运算电路仿真结果

4. 滞回比较器电路Multisim仿真

4.1.

滞回比较器电路模型的建立

图4.1.1

4.2. 滞回比较器电路理论分析及计算

滞回比较器如图4.1.1，当集成运放反相输入端与同相输入端的电位相等，即u+=u-时，输出端的状态将发生跳变。其中U2=U-，U+则由参考电

压U1及输出电压U0二者共同决定，而U0的可能状态：+UZ或-UZ。由此可见，使输出电压由+UZ，以及由-UZ跳变为+UZ所需的输入电压值是不同的。也就是说，这种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回状。如图3.2.1

利用叠加原理可求得同相输入端的电位为

u+=RFR1u1+u0R1+RFR1+RF

若原来U0=＋UZ，当UI逐渐增大时，使U0从+UZ跳变为－UZ所需的门限电平用UT＋表示，由上式可知

UT+=RFR1u1+UZR1+RFR1+RF

若原来U0=－UZ，当UI逐渐减小时，使U0从－UZ跳变为＋UZ所需的门限电平用UT－表示，则

UT-=RFR1u1+UZ RF　+R1R1+RF

上述两个门限电平之差称为门限宽度或回差，用∆UT表示，有以上两式得

∆UT=UT+—UT—

=2R1UZR1+RF

图4.2.1输出特性

4.3. 滞回比较器电路仿真结果

瞬态分析

输入输出波形

5.三角波发生电路Multisim仿真

5.1

．三角波发生电路模型的建立

图5.1.1三角波发生电路

5.2．三角波发生电路理论分析

假设t=0时积分电容上的初始电压值为零，而滞回比较器输出端为高 电平，即uo1=+Uz。因集成运放A1同向输入端的电压u+同时与uo1有关，

根据叠加定理可得

u+=uo1+uo

此时uo=0，而uo1=+Uz，故u+也为高电平。而当uo1=+Uz时，经反向积分，

输出电压uo将随时间往负方向线性增长，则u+将之逐渐减小，当减小至 u+=u-=0时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使uo1由+Uz跳变为-Uz，此时u+也跳变为一个负值。当uo1=-Uz时，积分电路的输出电压uo将随时间往正方向线性增长，u+将随之增大，当增大至u+=u-=0时，滞回比较器的输出端再次跳变，uo1由-Uz跳变为+Uz。以后重复上述变化，于是滞回比较器的输出电压成为周而复始的矩形波，而积分电路的输出电压也成为周而复始的三角波。如下图

电路波形图

前后级波形发生电路

5.3三角波发生电路仿真结果

6.反向输入求和电路Multisim仿真

6.1

反向输入求和电路模型的建立

图6.1.1

6.2反向输入求和电路理论分析

图5.1.1示出了具有三个输入端的反相求和电路。可以看出，这个求和电路实际上是在反相比例运算电路的基础上加以扩展而得到的。

为了保持集成运放两个输入端对地的电阻平衡。同相输入端R的阻值应为

R=R1//R2//R3

由于“虚断”，i-=0，因此i1+i2+i3=if，又因集成运放的反相输入端“虚地”，故上式可写为

则输出电压为可见，电路的输出电压uo反应了输入电压u1、u2和u3相加所得的结果，即电路能实现求和.

6.3反向输入求和电路仿真结果

7. 设计总结与体会

通过这次的模电课设，让我熟练掌握了应用multisim软件进行电路的仿真实验，从而看到了好多具体电路的实现过程，同时体会到了动手的快乐。作为一名电子信息工程专业的学生来说，掌握连接电路图，设计和分析电路是很重要的，或许我们以后从事的工作就是和电路有关，需要我们自己分析处理，学会仿真，这样给我们会带来方便。而且模电在生产生活中也是很重要的，在这次课设中，真的学到很多，而且也得到了许多同学的帮助，通过这次课设我真的学到了很多东西.

8. 参考文献

[1]. 杨素行主编，《模拟电子技术简明教程》，清华大学电子学教研组.

[2].《multisim及其在电子设计中的应用》，西安电子科技大学出版.

[3].李良荣主编,罗伟雄副主编。现代电子设计技术—基于

Multisim7&Ultiboard2001.北京：机械工业出版社，2004