微分电路的设计与仿真

（报告提交日期：2014年8月）目录摘要：...................................................................................................................-1-Abstract:....................................................................................................................-1-1引言.....................................................................................................................-2-2微分电路...............................................................................................................-4-2.1电路组成.....................................................................................................-4-2.2基本微分运算电路......................................................................................-4-2.3微分运算电路的缺点及其改进.................................................................-5-3技术支持与分析…………………………………………………...……………..-7-3.1软件概述.....................................................................................................-6-3.2理论分析......................................................................................................-6-3.3实验分析（Multisim2001平台）..............................................................-7-3.2补偿作用[2].................................................................................................-8-3.3瞬态分析[]..................................................................................................-9-4仿真分析.............................................................................................................-10-4.1电路及其网表...........................................................................................-10-4.4波形分析....................................................................................................-13-4.2直流分析....................................................................................................-15-5总结.....................................................................................................................-17-参考文献...........................................................................................................-18-附录一.....................................................................................................................-19-致谢...................................................................................................................-21--1-微分电路的设计与仿真摘要：集成运放作用通用性很强的有源器件，它的信号运算、处理和测量等方面都有广泛应用。作为最基本的运算放大电路，微分电路在波形变换、信号测量、有源滤波及相位校正等专门技术中具有重要作用。本文介绍了微分电路的结构。从理论分析运算放大器组成的微分电路的频率特性,用Multisim2001仿真平台进行实验、分析、论证。阐述电路参数进行适当改变,可以改善微分电路的性能。用Pspice仿真软件对其电阻分别为0、1KΩ、2.5KΩ和5KΩ时进行瞬态仿真，得出其输出电压波形，由此清楚地看到电阻的补偿作用。关键词：微分电路频率特性补偿作用瞬态分析输出电压波形PspiceMultisim2001TheDesignandSimulationofDifferentialCircuitAbstract:Asacommonlyusedsourcecomponents,theoperationalamplifier(OpAmp)iswidelybeusedinsignalprocessingoperationandMeasuring.Differentialcircuitisthemostfundamentalofintegratedoperationalamplifiers.IthasimportantvalueinWaveformtransform,signalmeasurement,activefilteringandphasecorrection.Thispaperdescribesthestructureofthedifferentialcircuits.FromthefrequencycharacteristicofthedifferentialcircuitcomposedofanoperationalamplifiertheoreticalanalysisusingsimulationplatformMultisim2001experimentanalysisdemonstrated.Circuitparametersdescribedappropriatelychanged,canimprovetheperformanceofthedifferentialcircuit.Pspicesimulationsoftwarewithitsresistancewas0,1KΩ,when2.5KΩand5KΩbetransientsimulation,theoutputvoltagewaveformobtained,thusclearlyseethecompensationofresistance.Keyword:differentialcircuit,frequencycharacteristics,compensation,transientanalysis,sinusoidaloutputwaveform,PSpiceMultisim2001-2-1引言集成电路[1]是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容、和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块半导体晶片或介质片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；集成电路分成了处理数字信号的数字集成电路和处理模拟信号的模拟集成电路两类。集成运算放大器是一种高增益、高品质、直接耦合的多级电压放大器，外接少数几个元件便可对模拟信号做出各种运算和处理。而用运算放大器实现对输入信号的微分运算是运算放大器的典型应用之一。在模拟及脉冲数字电路中，常常用到由电阻尺和电容C组成的RC电路，在这些电路中，电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系，产生了RC电路的不同应用形式；微分电路、积分电路、耦舍电路、滤波电路及脉冲分压器。[2-3]微分电路是将输入电压对时间微分、并将与其值成正比的电压输出的电路。常用于正弦-余弦变换[4]、三角波-矩形波变换、交流放大器及反馈控制的微分补偿[5]等。用运算放大器组成基本微分电路,是运算放大器线性应用中的一种形式,在电路中通过模拟形式实现数学中微分运算。由于数学中微分运算是理想式,不受其它影响,而实际电路受工作频率、电阻、电容等参数影响[6]。在以往实验条件下很难看出电路参数变化对电路性能影响,特别是频率变化。在Multisim2001仿真平台上进行分析、验证和调整参数容易快速实现,使设计微分电路效果更好。在理想微分电路中，输入电压产生阶跃变化、脉冲式大幅值干扰都会使得集成运放内部的放大管进入饱和或者截止状态，致使信号消失，管子还不能脱离原状态回到放大区，出现阻塞现象，电路不能正常工作；同时，由于反馈网络为滞后环节，它与集成运放内部滞后环节相叠加，容易满足自激荡条件，从而使电路不稳定。随着计算机技术的迅速发展，计算机辅助设计技术(CAD)已渗透到电子线路设计的各个领域，包括电路图生成、逻辑模拟、电路分析、优化设计、最坏情况分析、印刷板设计等。而以CAD为基础的电子设计自动化（EDA）技术已渗透到电子系统和专用集成电路设计的各个环节。模拟集成电路的仿真工具，是众多EDA工具的一个重要组成部分。由于模拟电路在性能上的复杂性和电路结构上的多样性，对仿真工具的精度、可靠性、收敛性以及速度都有相当高的要求。国际上公认的模拟电路通用仿真工具是美国加利福尼亚大学伯克利分校开发的Spice程序。而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。-3-本文利用PSpice（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）和Multisim软件进行仿真。由于它们强大的功能，在全世界的电工、电子工程界得到广泛应用。在电路系统仿真方面是其他软件无法比拟的，是一个多功能的电路模拟试验平台。-4-2微分电路2.1电路组成为实现输出电压和输入电压的各种运算关系，运算电路中的集成运放应工作在线性区，因而电路中必须引入负反馈，且为了稳定输出电压，均引入电压负反馈。而由于集成运放优良的指标参数，引入的反馈均为深度负反馈。因此，集成运放电路是利用反馈网络和输入网络来实现各种数学运算。微分电路输入电压uI通过电电容C作用于集成运放的反相输入端，故输出电压uO与uI反相。同时，输入端通过电阻R2接地。电路中通过电阻Rf引入负反馈。2.2基本微分运算电路[3]基本微分电路如图1所示图1根据集成运放“虚