《模电》教学7第二节 比例运算电路

multisim比例运算电路Multisim比例运算电路是一种常用的电路设计工具，它可以实现电压、电流、功率等信号的放大、衰减和变换。

本文将介绍Multisim 比例运算电路的基本原理、设计方法以及实际应用。

一、Multisim比例运算电路的基本原理Multisim比例运算电路是一种基于运算放大器的电路，它通过放大和变换输入信号，从而得到期望的输出信号。

运算放大器是一种具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的电子元件，常用的运算放大器有理想运算放大器和非理想运算放大器。

理想运算放大器具有无穷大的增益、无限大的输入阻抗和零的输出阻抗。

在Multisim比例运算电路中，常用的理想运算放大器模型为差动放大器模型，它由两个输入端和一个输出端组成。

差动放大器的输入端可以接收两个输入信号，输出端则输出两个输入信号的差值的放大信号。

二、Multisim比例运算电路的设计方法Multisim比例运算电路的设计方法主要包括确定电路的输入输出关系、选择合适的运算放大器和计算电路中的各个元件参数。

确定电路的输入输出关系是设计Multisim比例运算电路的第一步。

根据实际需求，确定输入信号和输出信号之间的数学关系，即输入输出的比例关系。

比如，如果希望将输入信号放大10倍输出，则输入输出关系为Vout = 10 × Vin。

选择合适的运算放大器是设计Multisim比例运算电路的关键。

根据实际需求，选择具有合适增益和输入输出特性的运算放大器。

在Multisim软件中，可以通过搜索运算放大器型号或者从元件库中选择合适的运算放大器。

计算电路中各个元件参数是设计Multisim比例运算电路的最后一步。

根据电路的输入输出关系和选择的运算放大器，计算电路中各个元件的数值。

比如，如果输入信号为2V，输出信号要放大10倍，则可以选择合适的电阻和电容值，使得电路满足输入输出关系。

三、Multisim比例运算电路的实际应用Multisim比例运算电路在实际应用中具有广泛的应用。

比例运算电路电压放大倍数计算一种常见的比例运算电路是差动放大器。

它由两个输入端口和一个输出端口组成。

差动放大器的输入端口将输入信号分为两路，并通过放大器放大后的两个信号相减，得到输出信号。

差动放大器的放大倍数可以通过调整放大器的增益来控制。

差动放大器的电压放大倍数可以通过两种参数来计算。

一种是共模增益，表示两个输入端口上的电压变化对应于输出端口上的电压变化。

另一种是差模增益，表示两个输入端口上的电压差对应于输出端口上的电压变化。

在计算电压放大倍数时，可以选择任意一种参数进行计算。

计算电压放大倍数的方法包括理论计算和实验测量。

理论计算通常基于电路的数学模型和电路分析的基本原理。

实验测量则通过实际的电路测试，利用仪器测量电路的输入输出电压，并计算其放大倍数。

差动放大器的共模增益和差模增益可以通过以下公式计算：共模增益：Avcm = Vo/Vcm差模增益：Avm = Vo/Vdm其中，Avcm表示共模增益，Vo表示输出电压，Vcm表示共模输入电压（即两个输入端口上的电压变化的平均值），Avm表示差模增益，Vdm 表示差模输入电压（即两个输入端口上的电压差）。

在进行电压放大倍数计算时，需要根据实际的电路参数和输入输出电压来计算。

具体计算步骤如下：1.确定电路的结构和元件参数。

根据电路图和元件数据表，确定电路中的电感、电容、电阻等参数。

2.根据电路参数和电路分析的基本原理，计算差动放大器的共模增益和差模增益。

3.根据输入输出电压，计算电压放大倍数。

根据输出电压和输入电压的比值，计算电压放大倍数。

4.使用仪器进行实验测量。

连接电路和仪器，测量电路的输入输出电压，并计算实际的电压放大倍数。

需要注意的是，不同类型的差动放大器有不同的电压放大倍数计算方法。

此外，电路中的元件参数、外部干扰、输入信号等因素也会影响电压放大倍数的计算结果。

总之，比例运算电路的电压放大倍数是根据电路的结构和参数计算得出的，并可以通过实验测量来验证。

目录1 课程设计的目的与作用 (1)2 设计任务 (1)2.1反相输入比例运算电路仿真分析 (1)2.2同相输入比例运算电路仿真分析 (1)2.3差分输入比例运算电路仿真分析 (1)3 建模过程 (1)4仿真过程计划 (2)4.1设计电路 (2)4.2搭建电路 (3)4.3计算直流下理论值 (3)4.4验证性测量并对照分析 (4)4.5交流验证 (4)5 仿真结果分析 (5)5.1反相输入比例放大电路 (5)5.1.1直流验证 (5)5.1.2交流验证 (6)5.2同相输入比例放大电路 (7)5.2.1直流验证 (7)5.2.2交流验证 (8)5.3差分输入比例放大电路 (9)5.3.2直流验证 (9)5.3.3交流验证 (10)6 设计总结 (11)7 参考文献 (12)I1 课程设计的目的与作用课程设计是通过教师提出有拓展性的任务，及科学的时间安排好考核机制，帮助学生主动巩固基础理论知识，并将理论知识落实到实践中，给学生在实践中更好地学习理论知识的机会的一种考试方式。

本次课程设计的目的在于督促学生在学期末主动巩固模电基础知识的学习，要求学生能熟练使用各元件的应用，掌握Multisim的使用方法，并锻炼学生的电子制作动手能力。

2 设计任务2.1反相输入比例运算电路仿真分析在Multisim中构造反相输入比例电路，针对各元件不同参数情况用虚拟表分别测出电路的输入输出关系并结合运算结果加以分析。

2.2同相输入比例运算电路仿真分析在Multisim中构造同相输入比例电路，针对各元件不同参数情况用虚拟表分别测出电路的输入输出关系并结合运算结果加以分析。

2.3差分输入比例运算电路仿真分析在Multisim中构造差分输入比例电路，针对各元件不同参数情况用虚拟表分别测出电路的输入输出关系并结合运算结果加以分析。

3 建模过程比例运算电路的输出电压和输入电压之间存在比例关系，即可以实现比例运算。

根据输入信号接法的不同，通常分为三种基本形式：同乡比例电路，反相比例电路，差分比例12电路。

比例运算电路比例运算电路的输出电压与输入电压之间存在比例关系，即电路可实现比例运算。

比例电路是最基本的运算电路，是其他各种运算电路的根底，本章随后将要介绍的求和电路、积分和微分电路、对数和指数电路等等，都是在比例电路的根底上，加以扩展或演变以后得到的。

根据输入信号接法的不同，比例电路有三种基本形式：反相输入、同相输入以及差分输入比例电路。

1、反相比例运算电路在上图中，输入电压u1经电阻R1加到集成支放的反相输入端，其同相输入端经电阻R2接地。

输出电压u0经RF 接回到反相输入端。

集成运放的反相输入端和同相输入端，实际上是运放内部输入级两个差分对管的基极。

为使差动放大电路的参数保持对称，应使两个差分对管基极对地的电阻尽量一致，以免静态基流流过这两个电阻时，在运放输入端产生附加的偏差电压。

因此，通常选择R2的阻值为R2=R1 // RF （1）经过分析可知，反相比例运算电路中反应的组态是电压并联负反应。

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

因此，可以利用理想运放工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反相比例运算电路的电压放大倍数。

在上图中，由于“虚断”，故i+=0，即R2上没有压降，则u+=0。

又因“虚短”，可得u-= u+=0 （2）上述说明在反相比例运算电路中，集成运放的反相输入端与同相输入端两点的电位不仅相等，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”是反相比例运算电路的一个重要特点。

由于I-=0，由由图可见iI= iF即上式中u-=0，由此可求得反相比例运算电路的电压放大倍数为(3) 下面分析反相比例运算电路的输入电阻。

因为反相输入端“虚地”，显而易见，电路的输入电阻为Rif = R1 (4)综合以上分析，对反相比例运算电路可以归纳得出以下几点结论：1）反相比例运算电路实际上是一个深度的电压并联负反应电路。

在理想情况下，反相输入端的电位等于零，称为“虚地”。

比例运算电路定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。

(按输入信号加入不同的输入端分)比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式⑴反向比例电路输入信号加入反相输入端，电路如图(1)所示：输出特性：因为- - - 1If ———所以：忑爲从上式我们可以看出：Uo与Ui是比例关系，改变比例系数’：，即可改变Uo 的数值。

负号表示输出电压与输入电压极性相反。

反向比例电路的特点:(1)反向比例电路由于存在"虚地",因此它的共模输入电压为零•即：它对集成运放的共模抑制比要求低⑵ 输入电阻低:r i=R.因此对输入信号的负载能力有一定的要求(2)同相比例电路输入信号加入同相输入端,电路如图(2)所示：输出特性：因为:(虚短但不是虚地)；所以:改变R/R i 即可改变Uo 的值，输入、输出电压的极性它可以模拟方程： 。

它的特点与反相比例电路相同。

它可十分方便的某一电路的输入电阻， 来改变电路的比例关系，而不影响其它路 的比例关系。

（2）同相求和电路 它的电路图如图（2）所示：（输入 端的个数可根据需要进行调整）相同 同相比例电路的特点： ⑴ 输入电阻高；⑵由于•-- “ - •（电路的共模输入信号高），因此集成运放 的共模抑制比要求高 （3）差动比例电路 输入信号分别加之反相输入端和同相输入端 ⑶所示： ,电路图如图 它的输出电压为: 由此我们可以看出它实际完成的是：对输入两信号的差运算 十：和、差电路 （1）反相求和电路 它的电路图如图（1）所示：（输入端 的个数可根据需要进行调整）其中 电阻R'为:'二■' 它的输出电压与输入电压的关系为:Id)h(2)u8空■色一生）它的输入输出电压的关系是：*-: \ 0由于该电路用一只集成运放，它的电阻计算和电路调整均不方便，因此我们常用 二级集成运放组成和差电路。