南理工模擬電路EDA1實(shí)驗(yàn)報(bào)告(優(yōu)秀)吳少琴

1、南京理工大學(xué)eda設(shè)計(jì)（i ）實(shí)驗(yàn)報(bào)告作者：學(xué)號(hào)：學(xué)院（系）:專 業(yè)：指導(dǎo)老師：吳少琴實(shí)驗(yàn)日期：2011年8月木報(bào)告對(duì)單級(jí)放大電路、差分放大電路、多級(jí)放大反饋電路和簡(jiǎn)單的階梯波發(fā) 生器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析。文中對(duì)屯路中各個(gè)參數(shù)對(duì)屯路性能的影響做了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn) 和數(shù)據(jù)分析，并和理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，幫助我們更深刻的理解模擬電路屮理論與實(shí) 驗(yàn)的關(guān)系，指導(dǎo)我們更好的學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞 模擬電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)分析 理論對(duì)比abstractthis report on the single-stage amplifier, differential amplifier, feedback circuit and multi

2、-level amplification of the trapezoidal wave generator for a simple design and analysis. the article on the various circuit parameters on circuit performance in detail the experiments and data analysis, and compare data and theory to help us gain a deeper understanding of analog circuits in the rela

3、tionship between theory and experiment, to guide us to better learning.keywords analog circuit design experimental analysis theoretical comparison實(shí)驗(yàn)一1實(shí)驗(yàn)二11實(shí)驗(yàn)三18實(shí)驗(yàn)四24實(shí)驗(yàn)一單級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)與仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)單管放大屯路的設(shè)計(jì)并學(xué)會(huì)測(cè)量屯路的靜態(tài)工作點(diǎn)、輸入電阻、電壓増益 等參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)分壓偏置的單管電壓放大電路，要求信號(hào)源頻率5kiiz（峰值5v）,負(fù) 載電阻3.9rq,電壓増益大于70。2. 調(diào)節(jié)電路靜態(tài)

4、工作點(diǎn)（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(hào)波形，并測(cè)試對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)值。3. 調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(diǎn)（調(diào)節(jié)偏置電阻），使電路輸出信號(hào)不失真，并月.幅度最大。 在此狀態(tài)卜測(cè)試： 電路靜態(tài)工作點(diǎn)值； 三極管的輸入、輸出特性曲線和0、忌值； 電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益； 電路的頻率響應(yīng)曲線和人、彳值。三、實(shí)驗(yàn)步驟一、設(shè)計(jì)的電路圖vcc12v3.9kohm 5%二、失真波形調(diào)節(jié)電路中r6的值，使輸出信號(hào)發(fā)生失真，得到信號(hào)發(fā)生截止失真和飽和失真時(shí)波形圖如下:圖二 飽和失真的波形圖，此時(shí)a=0%在此狀態(tài)卜，可將電路的電源短接（如圖三），測(cè)其靜態(tài)工作點(diǎn)，得到此時(shí):vce = o

5、av vbe = 0.66vic = 3.00ma lb = 0a3ma圖三測(cè)量靜態(tài)丄作點(diǎn)同樣可得到截止失真的波形圖:在此狀態(tài)卜，電路的靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量得：vce 二 10.75v vbe = 0.596v lb = 1 a5ua ic = 0.32 ma調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器r6,使波形不失真且波幅最大，是使a二5%時(shí)，即r6=12. 5k0hm的狀 態(tài)。此吋，可測(cè)得電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是：vce = la54v vhe = 0.65av ib = 13.00ua ic = 2.7maic由此可得 0 =赤 207.9三、測(cè)三極管輸入輸出曲線圖力 測(cè)三極管輸入特性1111線的連接電路得到下圖如:ib二0口

6、寸，特性曲線為:(a) qojdeoa-100?500?200?0200m400m600m*七已 x'oltage (,7)soom圖七ib=0時(shí)三極管的輸入曲線可求得圖中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的斜率的倒數(shù)dx/dy二1. 9643kohm,所以rbe=l. 9643kohm0測(cè)三極管的輸出特性曲線：連接電路如下：得到輸出曲線如:圖八 測(cè)三極管輸出特性illi線lb二0時(shí)，有圖十ib=o時(shí)的曲線得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)的斜率的倒數(shù)為dx/d尸24.75kohm,所以rce=24.75kohmo四、輸入、輸出電阻及電壓增益的測(cè)量測(cè)量輸入電阻的電路圖為：3r2 10kohn_5%o.686mloufc3屯15.g 一k

7、c54r 1 ww-tf二01圖i一測(cè)輸入電阻可得輸入電阻為ri=1.6k0hm。 測(cè)輸出電阻的電路圖為：vcc12v2n2222aloufac le-009ohau1c2±ouf50 ohm| v1lmv(j 5khzodegu2ac lmoha圖十二測(cè)輸出電阻可得輸ill電阻ro=2269ohmo 測(cè)量電壓增益圖：vcc12vvccr210k0hm_s%c3 z|卜 qilouf2n2222a*r4 l.skohia_s%c2zzloufr63.9kohmu1ac imoh)丄圖十三測(cè)電壓增益口j得電壓壇益a、，=95。根據(jù)第三步測(cè)得的0、仏八么等值，可計(jì)算的電路的輸入電阻、輸出

8、電阻、電 壓增益的理論值分別是用=1.533加 r； = lakohm a： =152。與實(shí)驗(yàn)值=.6kohm r() = 2.27kohm av = 95比較，可見輸入電阻和輸出電阻的理論 值與實(shí)驗(yàn)值相差不大，這主要是理論計(jì)算時(shí)一些近似算法造成的。而電壓增益的理 論值與實(shí)驗(yàn)值有較大差別，這主要是由測(cè)量的方法造成的。電壓表的內(nèi)阻、0值的 精確度等都會(huì)造成電壓增益與實(shí)際值不符，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)，理論計(jì)算的如只能 做大致的估計(jì)，實(shí)際的比值需要靠實(shí)驗(yàn)才能確定。五、幅頻和相頻圖的測(cè)量如圖為測(cè)量的電路的幅頻相頻圖:yinpanqiangocoooooo5 4 3 2 1 1 2 2phtu 題 w-o

9、o o o2 1o o o o o1 210010kim100mfrequency (hz)10g圖十四幅頻相頻圖可得到九fh =2.smhz可見此電路是帶通的。ul】、實(shí)驗(yàn)小結(jié)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)我們可以對(duì)單級(jí)放大電路作出如卜'的結(jié)論：在調(diào)節(jié)單級(jí)放大電路的參 數(shù)吋，要選擇合適的q點(diǎn)，否則輸出信號(hào)將發(fā)生失真。在選擇q點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡量將電 路靜態(tài)工作點(diǎn)的/接近電源電壓的一半。另外輸入信號(hào)的幅值也不應(yīng)太大，否則也 會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的失真，輸入信號(hào)的幅值不應(yīng)大于電壓電壓的一半。在設(shè)計(jì)放犬電路時(shí)，理論值只能對(duì)電路的各項(xiàng)參數(shù)作出估計(jì)，實(shí)際值需要實(shí)驗(yàn) 測(cè)出，因?yàn)槔碚撝凳菍?duì)電路的近似算出的。結(jié)論通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)單級(jí)

10、放人電路的性質(zhì)和各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量?jī)恿烁羁痰?認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)到了理論工作和實(shí)驗(yàn)工作的不同，初步適應(yīng)了實(shí)驗(yàn)吋所應(yīng)遵守的規(guī)則。 同時(shí)，也更加認(rèn)識(shí)到了模擬電路的不同，認(rèn)識(shí)到了實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)模擬電路時(shí)的主導(dǎo)地 位，這往往是在理論淫習(xí)時(shí)最容易忽視的。因此感覺收獲很多。在理論學(xué)習(xí)時(shí)，我們往往忽視實(shí)踐的耍求。而實(shí)驗(yàn)時(shí)，卻往往忽視理論的指導(dǎo)。 所以希累今后在工作時(shí)，注意實(shí)驗(yàn)和理論的結(jié)合，使工作和學(xué)習(xí)都更冇效率。實(shí)驗(yàn)二差動(dòng)放大電路的設(shè)計(jì)與仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)設(shè)計(jì)差動(dòng)放大電路并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。二、實(shí)驗(yàn)要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)帶恒流源的弟動(dòng)放大電路，要求空載時(shí)的as大于20。2. 測(cè)試電路每個(gè)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)值和0、儉值。3.

11、 給電路輸入直流小信號(hào)，在信號(hào)雙端輸入狀態(tài)下分別測(cè)試電路的avd> avonave、avci 值。三、實(shí)驗(yàn)步驟一、差動(dòng)放大電路原理圖圖一差動(dòng)放人器原理圖按照實(shí)驗(yàn)要求，口j求得空載時(shí)差模屯壓壊益為242。二、求每個(gè)三極管工作吋的靜態(tài)工作點(diǎn)把電路的電源和信號(hào)源短接，得到如卜電路:圖二測(cè)放大電路的直流工作點(diǎn)得到：=0.67 k,. = v(,2 = 1,04v /cl=zc2=0.58ma ih = ih2 =3.9uavhc3 = 0.6 iv 匕小=7.79v 人3 = 430ua ic3 =1.16ma# =z = i48.7 = 2 03=l1 = 269.8人1厶3可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)一提供

12、的電路測(cè)量三極管的輸入特性曲線：dc transfer charactei istic圖三三極管的輸入特性illi線當(dāng)ib=o時(shí)，有(vn)(3)q_dc transfer characteristic ”10de9d7d6d4d3did0j 1 ' 1 ' 1' 10200m400m600mwbe voltage (v)800m圖四ib=0時(shí)的曲線dx可求得對(duì)應(yīng)點(diǎn)的斜率的倒數(shù)石=6.61 kohm所以入=6.61kohmq三、測(cè)量差放電路的avd> avdi> avc、avci等值。測(cè)差放電路的雙端差模增益:圖五測(cè)雙端差模增益町測(cè)得十-420ma= -8.

13、2測(cè)量單-端差放電路差模增益:8圖六測(cè)單端差模增益可測(cè)得a"汗a 503測(cè)量雙端差放電路共模增益：vv圖七測(cè)雙端共模增益可得匕。-嶺10ma=0測(cè)量單端差放電路共模增益:570 ohm37r2okohm40q14kohm02sc94s r2r870 ohm20mv1khzodeg41r720kohmkey = a330 ohm35q342q2：945340.011mu1ac imohm432sc945+ v112 v12 v卄r413kohm363kohm44圖八測(cè)單端共模增益可得accvi=0.001110/tia五、誤差分析我們可以理論計(jì)算得c=c1=8.1 a；c =0?？梢娎?/p>

14、論值與實(shí)驗(yàn)值符合的很好,一點(diǎn)小謀弟是由于理論的近似計(jì)算造成的。但可以看到單端弟放電路的謀弟較大一 些，這可能是曲于負(fù)載不適造成的。ui實(shí)驗(yàn)小結(jié)通過對(duì)差動(dòng)放大電路的測(cè)量，我們可以得出以卜結(jié)論：差動(dòng)放大電路時(shí)雙端輸 入的，并11兩端輸入信號(hào)反向，才能冇放大作用。差動(dòng)放大電路對(duì)共模輸入信號(hào)冇 很大的抑制作用，因此可以很好的消除噪音。結(jié)論茅動(dòng)放大電路是我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)時(shí)的一個(gè)難點(diǎn)，要準(zhǔn)確的理解差動(dòng)放大電路必 須要親自做實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)雖然短暫，但同樣給了我們理解學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。通過本實(shí)驗(yàn), 我們深刻的理解了差動(dòng)放大電路的實(shí)際功能及其優(yōu)點(diǎn)，也加深了我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的 認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)三負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì)與仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

15、的掌握負(fù)反饋屯路的特點(diǎn)并學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的負(fù)反饋放人屯路。二、實(shí)驗(yàn)要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)阻容耦合兩級(jí)電壓放大電路，要求信號(hào)源頻率10khz（峰值lmv）, 負(fù)載電阻5.1kq,電壓增益大于100。2. 給電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋： 測(cè)試負(fù)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(hào)幅度，觀察負(fù)反饋對(duì)電路非線性失真的影響。三、實(shí)驗(yàn)步驟一、阻容耦合兩級(jí)電壓放大電路的設(shè)計(jì)圖一 阻容耦合兩級(jí)電壓放人電路原理圖二、測(cè)量電路的輸入電阻、輸出電阻、幅頻特性和電壓增益測(cè)輸入電阻:圖二測(cè)輸入電阻可得電路的輸入電阻為rj = ljkohm測(cè)輸出電阻：lokhs odeg圖三測(cè)輸出電阻可得電路的輸岀電阻

16、為ro=l°0kohin測(cè)電壓增益:圖四測(cè)電壓增益得到電壓增益為4# =102測(cè)幅頻特性:up 三 luones(3up) u se lefrequency (hz) 圖五幅頻特性曲線 可測(cè)的九=671hz fh = 2.24mhz調(diào)節(jié)信號(hào)幅度，使輸出信號(hào)出現(xiàn)失真：測(cè)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入信號(hào)為3ma吋，輸出信號(hào)開始出現(xiàn)失真，如圖:圖六失真波形三、加了串聯(lián)電壓負(fù)反饋的電路設(shè)計(jì)可測(cè)的此電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益分別是：ri 17.7 kohm ro 1 .ookohm af = 12驗(yàn)證人尸=¥，有下圖：fs.lkohm圖八驗(yàn)證f可見，叫-707ua - 669ua = vf

17、 r則可知人嚴(yán)呂測(cè)負(fù)反饋電路的幅頻特性曲線：qprncojoes10100 lk 10k100k im 10m100mfrequency (hz)圖九 負(fù)反饋電路的幅頻特性1111線可得九=377* fh調(diào)節(jié)負(fù)反饋電路輸入信號(hào)的幅度，使輸出信號(hào)開始出現(xiàn)失真，此時(shí)輸入信號(hào)的幅值為32ma,如圖：x-圖十 負(fù)反饋電路的失真波形四、實(shí)驗(yàn)小結(jié)通過本實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)多級(jí)放大電路有了初步的了解，并對(duì)反饋電路的性質(zhì)做了 測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)：反饋電路使得電壓增益變小，帶寬變寬，并能冇效的減小失真。 對(duì)于所加的電壓吊聯(lián)負(fù)反饋電路，還可以增大輸入電阻，減小輸出電阻?？梢园l(fā)現(xiàn), 負(fù)反饋電路冇很多優(yōu)點(diǎn)，但也有減小增益的缺點(diǎn)，

18、因此要配合多級(jí)放人電路，使得 電路復(fù)雜化。這種性質(zhì)是電路系統(tǒng)所共有的，系統(tǒng)的分析電路也由此原理而來。結(jié)論負(fù)反饋電路是電路系統(tǒng)的基木特征，對(duì)它的理解是今后學(xué)習(xí)電路的基礎(chǔ)。通過 本次實(shí)驗(yàn)，我們常握了負(fù)反饋電路的基本要索，也對(duì)其簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)冇了認(rèn)識(shí)。對(duì)多 級(jí)放大電路的分析、測(cè)量、以及設(shè)計(jì)的要求也有了初步的常握。但同吋也認(rèn)識(shí)到， 失真是多級(jí)放大電路設(shè)計(jì)的難關(guān)，它限制了放大電路的級(jí)數(shù)及放大倍數(shù)。負(fù)反饋電 路一方而可以冇效的減小失真，一方而也減小了電壓增益。如何最冇效的利用負(fù)反 饋，也是我們應(yīng)注意的。實(shí)驗(yàn)四階梯波發(fā)生器電路的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康哪軌蚶没拘盘?hào)發(fā)生屯路自行設(shè)計(jì)用作特殊用途的簡(jiǎn)單的階梯波發(fā)生器，并

19、了解階梯波發(fā)牛器的用途。、實(shí)驗(yàn)要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在30ms左右，輸出電壓 范圍10v,階梯個(gè)數(shù)4個(gè)。（注意：電路中均采用模擬、真實(shí)器件，不可以選用 計(jì)數(shù)器、555定吋器、d/a轉(zhuǎn)換器等數(shù)字器件，也不可選用虛擬器件。）2. 對(duì)電路進(jìn)行分段測(cè)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(shí)驗(yàn)步驟一、實(shí)驗(yàn)電路圖設(shè)計(jì)輸出波形如圖:測(cè)量得出波形的最大波幅為10. 025v,周期為30. 102ms,可見滿足實(shí)驗(yàn)的要求。二、原理圖的解析說明屯路第一部分：方波發(fā)生器:此電路產(chǎn)牛的波形如下:d1

20、5.33 vd25.33 v圖四方波波形可測(cè)得周期為5.995ms,幅值為5.8v。通過調(diào)節(jié)c1和r4的值，可改變方波的 周期，這里選取cl=62nf, r4=90kohmo使周期大約為6 ms。通過調(diào)節(jié)d1和d2的 值，改變方波的幅值，這里選取d1=d2=5.33v,使得階梯波的波節(jié)幅度達(dá)到2.5v 左右。第二部分，微分器和濾波電路:r7 skohm輸出波形如下:通過調(diào)節(jié)cl的值可以改變脈沖下降的速率，即改變波形與x軸包圍的面積, 從而通過積分器可以調(diào)節(jié)階梯波的波節(jié)高度。這里選取cl=56nfo第三步，積分電路：圖八積分器輸岀波形為:圖九階梯波通過調(diào)節(jié)c1和r4的值，改變階梯波的波幅，這里選

21、取cl=100nf,r4=1.975kohm,使一節(jié)波幅大約為2.5v。第四步，遲滯比較器圖十 遲滯比較器原理圖對(duì)其特性檢測(cè)所得波形如圖：oscilloscope-xsclz11衛(wèi)一"timechannel achannel 0t1 ±±|29.626 ms-10.699 v-10.349 vkb咖找氏12匕j29.999 ms-102.678 mv17.435 vsavet2-t1372.449 斗10.596 v27.784 vgnd ctimebasechannel achannel btriggeredge f ajclevel |o| vscale 20

22、0 /divscale | w 'v/divscale |1d divxposition |0y position |oy position |°ytt aid b/a a(b阿 0j dcat ojdc| - jsing. nor. |ajto |圖十一 遲滯比較器特性圖從圖中可以看到：其vh=-10.699v, vl=-0.1vo通過調(diào)節(jié)r1的值，可以改 變vh，使vh略大于10,可以使階梯波的幅值達(dá)到10 v。這里我們?nèi)l=1.44kohm。第五步，電子開關(guān)電了開關(guān)的原理是根據(jù)二極管d2右端電壓的高低控制二極管的通斷，確定二極 管左端電壓的高低，從而控制p型三極管的通斷，以達(dá)到控制積分器工作的作用。