南理工EDA實驗一報告

1、南 京 理 工 大 學(xué)eda設(shè)計（）實驗報告作 者:蔣華熔學(xué) 號：1104210121學(xué)院(系):電子工程與光電技術(shù)學(xué)院專 業(yè):電子信息工程 指導(dǎo)老師： 吳少琴 實驗日期： 2013/8/262013/8/29 2013 年 9 月摘 要eda 技術(shù)的發(fā)展, 大大縮短了電子系統(tǒng)開發(fā)的周期, 且已成為開發(fā)技術(shù)的主流,eda 綜合實驗開發(fā), 為培養(yǎng)學(xué)生掌握eda 技術(shù)的設(shè)計方法和微機控制技術(shù)在eda 設(shè)計中的應(yīng)用提供幫助,eda 技術(shù)作為電子設(shè)計領(lǐng)域中的新興技術(shù),具有傳統(tǒng)電子設(shè)計方法不可替代的高效、實用優(yōu)勢, 對于理工科, 尤其是電類相關(guān)專業(yè)學(xué)生及設(shè)計人員是必不可少的設(shè)計工具的熟練掌握這門技術(shù)尤為

2、重要,eda 綜合實驗的開發(fā)充實了專業(yè)課程的實驗內(nèi)容, 改進了實驗方法與手段, 為學(xué)生創(chuàng)建了一個開放式、綜合性的實驗教學(xué)環(huán)境, 有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力關(guān)鍵詞: eda仿真實驗 開發(fā)技術(shù) 元器件工作原理abstractthe development of eda technology, greatly shorten the cycle of electronic systems development, and has become the mainstream of development technology, eda experiment development, and g

3、ives the implementation code, for trains the student to master the design method of eda technology and microcomputer control technology in the application of eda design help as emerging in the field of electronic design technology, eda technology with traditional electronic design method is an irrep

4、laceable efficient and practical advantages, for science and engineering, especially in electrical or related professional students and designers are essential design tool for mastering this technology is very important to the comprehensive experiment 1 eda development enrich experiment contents of

5、professional course, improve the experimental methods and means, for students to create an open, comprehensive experimental teaching environment, to cultivate students comprehensive ability and innovation ability. the code of programming is given in this paper.key words :eda technology ; integrated

6、experiment ;目 錄實驗一 單級放大電路的設(shè)計與仿真6一、實驗?zāi)康?二、實驗要求6三、實驗步驟61、電路的飽和失真和截止失真和最大不失真分析72、三極管特性測試113電路基本參數(shù)測定17四、實驗小結(jié)20實驗二 差動放大電路的設(shè)計與仿真21一、實驗?zāi)康?1二、實驗要求21三、實驗步驟211、電路的原理212.電路電壓增益的測量22四、實驗小結(jié)27實驗三 負反饋放大電路的設(shè)計與仿真28一、實驗?zāi)康?8二、實驗要求28三、實驗步驟281.負反饋接入前后放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的測定292負反饋對電路非線性失真的影響36四、實驗小結(jié)40實驗四 階梯波發(fā)生器電路的設(shè)計41一、實驗?zāi)康?1二

7、、實驗要求41三、電路步驟411.方波發(fā)生器422.微分電路433.限幅電路454.積分電路465.比較器及電子開關(guān)電路47四、實驗小結(jié)49參考文獻50實驗一 單級放大電路的設(shè)計與仿真一、 實驗?zāi)康?.掌握放大電路靜態(tài)工作點的調(diào)整和測試方法；2.掌握放大電路的動態(tài)參數(shù)的測試方法；3.觀察靜態(tài)工作點的選擇對輸出波形及電壓放大倍數(shù)的影響。二、 實驗要求1. 設(shè)計一個分壓偏置的單管電壓放大電路，要求信號源頻率10khz(峰值1mv) ，負載電阻20k，電壓增益大于100。2. 調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(調(diào)節(jié)偏置電阻)，觀察電路出現(xiàn)飽和失真和截止失真的輸出信號波形，并測試對應(yīng)的靜態(tài)工作點值。3. 調(diào)節(jié)電路靜

8、態(tài)工作點(調(diào)節(jié)偏置電阻)，使電路輸出信號不失真，并且幅度最大。在此狀態(tài)下測試： 電路靜態(tài)工作點值； 三極管的輸入、輸出特性曲線和b 、 rbe 、rce值； 電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益； 電路的頻率響應(yīng)曲線和fl、fh值。三、實驗步驟1、單級放大電路原理圖 如圖1-1所示。 電阻、和滑動變阻器組成分壓偏置器，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值就可以改變?nèi)龢O管的靜態(tài)工作點。圖1-1 單級放大電路原理圖2、電路飽和失真輸出電壓波形圖調(diào)節(jié)電位器的阻值改變靜態(tài)工作點，當(dāng)電位器的阻值為3%r6時,顯示飽和失真的波形如下，如圖1-2所示，電路出現(xiàn)飽和失真時的波形，圖1-3是所對應(yīng)的靜態(tài)工作點值。得到靜態(tài)工作點的

9、各個參數(shù)如下：ubeq=0.64v， uceq=0.079vibq=58a ， icq=1.03ma圖1-2 飽和失真輸出電壓波形圖圖1-3 飽和失真的靜態(tài)工作點值3、截止失真輸出電壓波形圖電位器的阻值為98% r6時，顯示截止失真圖形如圖1-4所示，圖1-5所示的是電路處在截止失真狀態(tài)下的靜態(tài)工作點的值。從圖上可以看出，雖然從波形上看不出來明顯的截止失真，但是可以看出的是輸出信號（紅色）的幅值遠遠地小于輸入信號（紫色）幅值，所以這個狀態(tài)為截止失真。可以得到：ubeq=0.32v， uceq=11.999vibq=1.21na ， icq=40.7na圖1-4 截止失真輸出電壓波形圖圖1-5

10、截止失真的靜態(tài)工作點值4、最大不失真輸出電壓波形圖調(diào)節(jié)滑動變阻器，并不斷觀察輸出端示波器上的波形，在滑動變阻器劃片位于6%的位置時可以得到最大不失真波形，如圖1-6所示。圖1-7所示的即為所對應(yīng)的靜態(tài)工作點，得： ， a ， 圖1-6 最大不失真波形圖圖1-7 最大不失真的靜態(tài)工作點值5、三極管特性測試（1）輸入特性曲線在繪制三極管輸入特性曲線，會用到multisim的直流掃描分析，軟件要求物理量、為直流源，故需要重新連接電路。將處于最大不失真工作狀態(tài)的三極管復(fù)制出來，按照其直流工作點賦予其、等效直流源電壓值。最終電路如圖1-8所示。圖1-8繪制三極管輸入特性曲線的實驗線路圖再次利用直流掃描分

11、析，畫出三極管在最大不失真狀態(tài)，即uceq=2.46v時的輸入特性曲線（如圖1-9所示）。由圖1-10結(jié)合公式， 圖1-9 三極管的輸入特性曲線圖1-10計算時所繪制的輸入特性曲線（2）輸出特性曲線與繪制輸入特性曲線一樣，繪制輸出特性曲線時亦需要重新連接電路。此時的兩個直流源代表的物理量為和。重新連接的電路圖如下圖1-10所示。圖1-11繪制三極管輸出特性曲線的實驗線路圖再次利用直流掃描分析，畫出三極管在最大不失真狀態(tài)，即ibq=7.12a時的輸出特性曲線（如圖1-12所示）。再由圖1-12結(jié)合公式得，=133.5。由公式得， 圖1-12 三極管的輸出特性曲線圖1-13 計算時所繪制的輸出特性

12、曲線6、在最大不失真情況下電路基本參數(shù)測定（1）電壓增益的測定圖1-12所示的是電壓放大倍數(shù)的測量電路。由數(shù)據(jù)計算得由電路1-1可得，放大倍數(shù)的理論值計算為誤差分析可見理論值與實際測量值比起來還是有比較大的誤差，造成誤差的原因第一個是測量數(shù)據(jù)的時候讀數(shù)不夠精確，有多次估算，導(dǎo)致最后結(jié)果偏差較大；第二個原因在于選擇的是實際原件，rce才14k，所以會有誤差。圖1-14電壓放大倍數(shù)測量電路（2）輸入電阻的測定圖1-14所示的是輸入電阻測量電路。由數(shù)據(jù)計算得由電路1-1可得輸入電阻理論值應(yīng)為誤差分析圖1-14輸入電阻測量電路（3）輸出電阻的測定測量電路如圖1-14所示。由數(shù)據(jù)計算得：由電路1-1可得

13、，輸出電阻理論值為誤差分析圖1-15輸出電阻測量電路（4）頻率特性仿真利用multisim軟件中的交流仿真分析，對電路中的3節(jié)點進行交流分析。可以輕松的得到電路的幅頻和相頻特性曲線，如下圖1-16所示。從特性圖上可以看出的最大值為42.3，減去3即得到上下限頻率。由此可得，下限頻率，上限頻率，通頻帶為4.36mhz。圖1-15 幅頻和相頻特性曲線四、實驗小結(jié) 整個實驗做出來卻發(fā)現(xiàn)誤差很大，我分析原因是因為我在調(diào)試電路時不很精確導(dǎo)致，比如要求飽和失真，我調(diào)節(jié)滑動變阻器時卻有種得過且過的心態(tài)，認為有一點失真也算達到實驗?zāi)康牧耍Y(jié)果測量值偏離理論值很多。第一次實驗給我一個教訓(xùn)，做實驗千萬不能馬虎了事

14、，抱著僥幸心理，往往給實驗帶來很大誤差。影響實驗數(shù)據(jù)，從而遠離了追求真理的道路。實驗二 差動放大電路的設(shè)計與仿真一、實驗?zāi)康?.掌握帶有恒流源的差動放大電路的靜態(tài)工作點的調(diào)試方法；2.掌握差動放大電路的差模、共模電壓放大倍數(shù)、單個放大器的共模增益的測試方法。二、實驗要求1. 設(shè)計一個帶恒流源的差動放大電路，要求空載時的avd 大于20；2. 給電路輸入直流小信號，在信號雙端輸入狀態(tài)下分別測試電路的avd、avd1、 avc、 avc1值。三、 實驗步驟1、差動放大電路原理圖（圖2-1為雙端差模輸入雙端輸出的電路）圖2-1差動放大電路原理圖實驗要求電路空載時的要大于20。故在實驗前需要測量空載時

15、差模輸入雙端輸出的電壓增益。由數(shù)據(jù)計算得：，符合要求，可以繼續(xù)進行下面的實驗。2、雙端輸入直流小信號的的、值測量差模輸入雙端輸出電路如下圖2-2所示，由數(shù)據(jù)計算得圖2-2差模輸入雙端輸出電壓增益的測量電路、差模輸入單端輸出的電壓增益測試單端輸出的電壓增益時，先將兩端電壓源置零，然后對6節(jié)點進行直流分析，分析靜態(tài)工作點值，如下圖2-3。圖2-3 差模輸入單端輸出電壓增益的測量電路（6節(jié)點靜態(tài)工作點）接著恢復(fù)原電路圖，對6 節(jié)點的電壓進行測量。如圖2-14圖2-4差模輸入單端輸出電壓增益的測量電路（測量值）、共模輸入雙端輸出的電壓增益測量電路如下圖2-5所示，由數(shù)據(jù)計算得圖2-5共模輸入雙端輸出電

16、壓增益的測量電路、共模輸入單端輸出的電壓增益測量方法和差模輸入方法一致，見圖2-6和2-7。對6節(jié)點靜態(tài)工作點分析圖2-6共模輸入單端輸出電壓增益的測量電路（2節(jié)點靜態(tài)分析）圖2-7共模輸入單端輸出電壓增益的測量電路(測量值)四、實驗小結(jié)本次試驗中，問題最大的就是差模和共模的單端輸出電壓增益的測量方法，一開始我將電路兩端對稱的電壓源置零，測量負載兩端電壓值，然后再將電壓源連接至電路中，再次測量負載兩端電壓值，然后將兩值相減。但是往往這兩種方法得到的電壓值基本相同，相減后數(shù)值為零。為了得到更加精確的數(shù)據(jù)，我對三極管c端節(jié)點進行了靜態(tài)工作點分析，這樣得到的數(shù)值就會更加精確。本次試驗我知道了，當(dāng)實驗

17、中出現(xiàn)問題的時候，不妨換一種思維方式，以獲得更加精確穩(wěn)妥的數(shù)據(jù)。實驗三 負反饋放大電路的設(shè)計與仿真一、實驗?zāi)康?.掌握多級阻容耦合放大電路靜態(tài)工作點的調(diào)試；2.掌握各種反饋（電壓、電流、串聯(lián)、并聯(lián)）的區(qū)別與接入方法；3.了解反饋對電路電壓增益、輸入輸出電阻以及非線性失真的影響；二、實驗要求1. 設(shè)計一個阻容耦合兩級電壓放大電路，要求信號源頻率20khz(峰值1mv) ，負載電阻3k，電壓增益大于100。2. 給電路引入電壓串聯(lián)負反饋： 測試負反饋接入前后電路放大倍數(shù)、輸入、輸出電阻和頻率特性。 改變輸入信號幅度，觀察負反饋對電路非線性失真的影響。三、實驗步驟1、 負反饋接入電路前放大倍數(shù)、輸入

18、電阻、輸出電阻的測定如圖3-1所示即為實驗原理圖，放大電路有兩個阻容耦合的共射放大電路構(gòu)成，因此具有較大的放大倍數(shù)。若反饋接在輸出端與第一個三極管的發(fā)射級之間，因此為電壓串聯(lián)負反饋。圖3-1 負反饋接入電路前af此時負反饋沒有接入電路100，滿足要求，可以進行后續(xù)實驗。圖3-2負反饋接入電路前輸入電阻ri圖3-3 負反饋接入電路前輸出電阻ro2、負反饋接入后放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的測定圖3-4負反饋接入電路后af由實驗圖可知9 =，所以引入的反饋是深度反饋。圖3-5負反饋接入電路后輸入電阻ri圖3-6負反饋接入電路后輸出電阻ro分析：接入電壓串聯(lián)負反饋之前電路的輸入電阻為4504，輸出電

19、阻為5102；接入后輸入電阻為4831，輸出電阻為4000，所以電壓串聯(lián)負反饋能夠減小輸出電阻，增大輸入電阻。3、負反饋接入前后的頻率特性曲線（1）負反饋接入前負反饋接入電路前，對三極管交流分析，得到幅頻和相頻特性曲線。如圖3-7所示。用將兩條線放置在數(shù)值兩端，得到,，通頻帶為12.16khz。圖3-7接入負反饋前頻率特性曲線（2）負反饋接入后負反饋接入電路后，對三極管交流分析，得到幅頻和相頻特性曲線。如圖3-8所示。用將兩條線放置在數(shù)值兩端，得到, 通頻帶寬為410khz分析：由以上兩步實驗可見負反饋能展寬通頻帶。圖3-8接入負反饋后頻率特性曲線4、負反饋對放大電路非線性失真的影響待添加的隱

20、藏文字內(nèi)容2（1）負反饋接入前如下圖3-9所示為未接入負反饋時，輸入信號為1mv是的輸出波形。從波形上可以看出，放大電路起到的放大的作用，且波形未出現(xiàn)失真。圖3-9 接入負反饋前輸入信號為1mv時的輸出波形：下圖3-10為未接入負反饋時，輸入信號為100mv是的輸出波形。從波形上可以看出，接入前輸出波形的正負半周都出現(xiàn)了失真。但是接入之后又出現(xiàn)不失真。圖3-10 接入負反饋前后輸入信號為100mv時的輸出波形結(jié)合圖3-9和3-10可知，在輸入信號為1mv與100mv之間某一值時，輸出波形出現(xiàn)了失真。經(jīng)過不斷的模擬仿真與調(diào)試，在輸入信號為3mv時，輸出波形開始出現(xiàn)非線性失真，如下圖3-11所示。

21、觀察此時的波形，可以發(fā)現(xiàn)正半周的底部明顯變平了。圖3-11 接入負反饋前輸入信號為3mv時的輸出波形（2）負反饋接入后當(dāng)接入負反饋后，電路的非線性失真減小。當(dāng)輸入信號為149mv時，電路開始出現(xiàn)稍微失真現(xiàn)象，輸出波形圖如下圖3-12。3-12 接入負反饋后輸入信號為149mv時的輸出波形分析：對該兩級放大電路而言，接入負反饋之后能見效非線性失真，使得電路能夠在盡可能大的輸入信號情況下正常放大，在實際中應(yīng)用很廣泛。綜上所述：電壓串聯(lián)負反饋能夠增大輸入電阻，減小輸出電阻，從而提高電路帶負載的能力；能夠展寬通頻帶；減小電路的非線性失真，穩(wěn)定增益。四、實驗小結(jié) 本次實驗比較簡單，但是測量起來卻很麻煩，

22、需要接入多種測量工具。算是對熟練掌握各種儀器和工具的一項測試吧，只要熟練每一個零件，設(shè)計起電路來就會得心應(yīng)手了。由于是在前一天就已經(jīng)做好的,沒有想到利用前面兩個實驗的思想,完全可以將差動放大器引入本實驗中,這是我感到不足的地方。實驗四 階梯波發(fā)生器電路的設(shè)計一、實驗?zāi)康?.掌握階梯波發(fā)生器電路的結(jié)構(gòu)特點2.掌握階梯波發(fā)生器電路的工作原理3.學(xué)習(xí)復(fù)雜的集成運算放大電路的設(shè)計二、實驗要求1. 設(shè)計一個能產(chǎn)生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在28ms左右，輸出電壓范圍10v，階梯個數(shù)3個。(注意：電路中均采用模擬、真實器件，不可以選用計數(shù)器、555定時器、d/a轉(zhuǎn)換器等數(shù)字器件，也不可選用虛擬器件

23、。)2. 對電路進行分段測試和調(diào)節(jié)，直至輸出合適的階梯波。3. 改變電路元器件參數(shù)，觀察輸出波形的變化，確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件。三、實驗步驟1. 電路原理框圖為了設(shè)計一個負階梯波發(fā)生器，首先考慮由一個方波電路產(chǎn)生方波，其次，經(jīng)過微分電路輸出得到上、下都有的尖脈沖，然后經(jīng)過限幅電路，只留下所需的正脈沖，再通過積分電路后，因脈沖作用時間很短，積分器輸出就是一個負階梯。對應(yīng)一個尖脈沖就是一個階梯，在沒有尖脈沖時，積分器的輸出不變，在下一個尖脈沖到來時，積分器在原來的基礎(chǔ)上進行積分，因此，積分器就起到了積分和累加的作用。當(dāng)積分累加到比較器的比較電壓，比較器翻轉(zhuǎn)，比較器輸出正值電壓，使振蕩

24、控制電路起作用，方波停振。同時，這正值電壓使電子開關(guān)導(dǎo)通，使積分電容放電，積分器輸出對地短路，恢復(fù)到起始狀態(tài)，完成一次階梯波輸出。積分器輸出由負值向零跳變的過程，又使比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，比較器輸出變?yōu)樨撝担@樣振蕩控制電路不起作用，方波輸出，同時使電子開關(guān)截止，積分器進行積分累加，如此循環(huán)往復(fù)，就形成了一系列階梯波，如下圖4.1所示，即為階梯波發(fā)生器原理框圖。圖4.1 階梯波發(fā)生器原理框圖2、方波發(fā)生器下圖4-3所示電路為方波發(fā)生器，首先使用一個運放構(gòu)成滯回比較器如圖4-2所示，其上下門限電壓為。再由和發(fā)生多諧震蕩信號，由滯回比較器的特性曲線，可得運放輸出的波形為方波。方波周期的公式 ,可以調(diào)整和

25、的電容或電阻值來改變方波的周期。方波的周期即為后面階梯波每一級之間的時間間隔，因此，調(diào)整準(zhǔn)方波的周期對于整個階梯波發(fā)生器電路來說是非常重要的。圖4.2 滯回比較器特性曲線 圖4-3 方波發(fā)生器電路圖和方波發(fā)生器的輸出波形由上圖可得，方波的周期約為7ms。3、微分電路微分電路由電容和電阻構(gòu)成。由方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號，經(jīng)過微分電路變?yōu)榱艘粋€個向上或向下的脈沖波形。將微分電路接在方波發(fā)生器后輸出波形如圖4-4。圖4-4 方波發(fā)生器+微分電路原理圖和輸出波形4、限幅電路限幅電路由一個二極管構(gòu)成，所利用的就是二極管的單向?qū)щ娦?。限幅電路的作用是可將微分電路所得的尖脈沖波形的負半周過濾掉，得到單邊尖脈

26、沖波形。將限幅電路接在微分電路后輸出波形圖如圖4-5所示。圖4-5 方波發(fā)生器+微分+限幅電路原理圖和輸出波形圖5、積分電路積分電路是將前面得到的尖脈沖信號進行積分，得到一級級下降的階梯信號。積分電路是階梯波發(fā)生器的核心組成部分。階梯波每一級下降的高度與和成反比，可以通過調(diào)節(jié)和的數(shù)值來調(diào)整階梯波每一級高度。將積分電路接在限幅電路后面，電路原理圖及輸出的波形如圖4-5所示。圖4-6方波發(fā)生器+微分+限幅+積分電路原理圖和輸出波形圖6、比較器及電子開關(guān)電路由于要求不斷產(chǎn)生階梯個數(shù)為3個的階梯波，所以需要在積分電路輸出端電壓下降到某一值時使其發(fā)生跳變，這一功能可以用比較器和電子開關(guān)來實現(xiàn)。計算過程如下：對u3的正向輸入端應(yīng)用kcl定律， ，帶入數(shù)據(jù)，即，正向輸入端的電位即為階梯波發(fā)生跳變時的電壓值，結(jié)合調(diào)節(jié)微分電路的和的值，便可以使階梯波的輸出電壓范圍為10v，階梯個數(shù)為3個。最終得到如圖4-7的階梯波發(fā)生器的總電路圖。圖4-7