南理工EDA1失真電路,差分電路,反饋電路,階梯波電路

1、南 京 理 工 大 學EDA設計（）實驗報告作 者:學 號：學院(系):專 業(yè): 指導老師： 實驗日期： 年 月摘 要 通過實驗學習和訓練，掌握基于計算機和信息技術的電路系統(tǒng)設計和仿真方法。要求：1. 熟悉Multisim軟件的使用，包括電路圖編輯、虛擬儀器儀表的使用和掌握常見電路分析方法。2. 能夠運用Multisim軟件對模擬電路進行設計和性能分析，掌握EDA設計的基本方法和步驟。Multisim常用分析方法：直流工作點分析、直流掃描分析、交流分析。掌握設計電路參數的方法。復習鞏固單級放大電路的工作原理，掌握靜態(tài)工作點的選擇對電路的影響。了解負反饋對兩級放大電路的影響，掌握階梯波的產生原理

2、及產生過程。 關鍵字：電路 仿真 Multisim 負反饋 階梯波 EDA設計（）實驗報告 第 40 頁 共 40 頁目 錄實驗一 1實驗二 18實驗三 24實驗三 32實驗一 單級放大電路的設計與仿真一、 實驗目的1掌握放大電路的靜態(tài)工作點的調整和測試方法。2掌握放大電路的動態(tài)參數的測試方法。 3. 觀察靜態(tài)工作點的選擇對輸出波形及電壓放大倍數的影響。二、實驗要求1、設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5mv，負載電阻5.1k，電壓增益大于50。2、調節(jié)電路靜態(tài)工作點，觀察電路出現飽和失真和截止失真的輸出信號波形，并測試對應的靜態(tài)工作點值。3、在正常放大狀態(tài)下測

3、試：1 電路靜態(tài)工作點值；2 三極管的輸入、輸出特性曲線和b 、 rbe 、rce值；3 電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益；4 電路的頻率響應曲線和fL、fH值。三、實驗原理：圖1.1 實驗原理圖實驗一中所用元件參數如下表：元件編號元件名稱元件參數元件編號元件名稱元件參數V1信號源10mv 5khzR1電阻9KC1電容10ufR3定值電阻2.4KC2電容10ufR4定值電阻1.5KC3電容10ufR5定值電阻20KR6滑動變阻器250KQ1NPN三極管2N2222AV2電源GND地線 表1.2 實驗一元件參數表四、實驗步驟1、 給出電路在不同狀態(tài)時輸出電壓的波形和對應的靜態(tài)工作點 1.1 電

4、路處于飽和失真狀態(tài) 當滑動變阻器調節(jié)到1%的位置時，輸出電壓呈現飽和失真狀態(tài)。 飽和失真時輸出電壓波形如圖1.3圖1.3 飽和失真圖1.4 飽和失真時靜態(tài)工作點飽和失真對應靜態(tài)工作點IB=187.99uA IC=2.984mA VCE=VBE-VBC=73.034mVl 飽和失真原因分析：由模擬電路的知識可知，電路的靜態(tài)工作點的位置決定電路是否出現失真及出現失真的類型。當靜態(tài)工作點偏高時，接近飽和區(qū)，的正半周和的負半周被削平，出現飽和失真。VCE的靜態(tài)工作點偏高，因此出現了飽和失真。1.2 電路處于截止失真狀態(tài)。 當滑動變阻器調節(jié)到90%的位置時，輸出電壓呈現截止失真的狀態(tài)。截止失真時輸出電壓

5、波形如圖1.5圖1.5 輸出電壓截止失真波形圖為了方便觀察，把電源電壓調整為10mV ，截止失真如下圖圖1.5.1 輸出電壓截止失真波形放大圖圖1.6 截止失真時靜態(tài)工作點截止失真對應靜態(tài)工作點IB=59.8332nA IC=4.9596A VCE=11.996Vl 截止失真原因分析：由模擬電路的知識可知，電路的靜態(tài)工作點的位置決定電路是否出現失真及出現失真的類型。當靜態(tài)工作點偏低時，接近截止區(qū)，的負半周和的正半周被削平，出現截止失真。1.3 電路處于最大不失真狀態(tài)圖1.7 輸出電壓最大不失真圖圖1.8 輸出電壓最大不失真波形圖圖1.9 最大不失真時的靜態(tài)工作點最大不失真輸出對應靜態(tài)工作點 I

6、B=15.40677uA IC=2.02221mA VCE=4.0795V2、測試三極管輸入輸出特性曲線并求出b 、 rbe 、rce值 2.1 測試三極管值 由最大不失真輸出時對應的靜態(tài)工作點可知 三極管值的實驗值為139.82.2 測試三極管輸入特性曲線圖1.10 測試三極管輸入特性曲線電路三極管輸入特性曲線如圖1.11所示圖1.11三極管輸入特性曲線圖1.11.1三極管輸入特性數據 利用輸入特性曲線求出的值 5.237k2.3 測試三極管輸出特性曲線圖1.13三極管輸出特性曲線圖1.14三極管輸出特性數據利用三極管輸出特性曲線求出的值20.717K3、測量放大電路的輸入電阻、輸出電阻和電

7、壓增益 3.1 測量放大電路的輸入電阻與電壓增益。 實驗電路如圖1.14所示。圖1.15 測量放大電路的輸入電阻輸入電阻=1.07K3.2測量放大電路的輸出電阻 實驗電路如圖1.16所示。圖1.16 測量放大電路的輸出電阻輸出電阻 =1.616K3.3 測量放大電路的電壓增益圖1.17 測量放大電路的電壓增益電壓增益 1314、測量頻率響應曲線和fL、fH值 測出的頻率響應曲線如圖1.17所示。圖1.18測出的頻率響應曲線根據表中數據可知FL=681.7702 FH=14.667M四、實驗小結實驗結果有的與理論值有差異，其原因可能是實際器件與理論不是十分符合，存在一定差異。在做本實驗過程中，剛

8、開始對軟件還不是很熟悉，模電知識也有些模糊了，所以花了一定的時間來熟悉軟件與回顧模電知識，之后電路不是很難搭，但是要實驗結果符合要求的話卻耗費不少時間，將來在實驗的過程中，要先看清楚要求，然后在逐步設計，這樣效率會提高。五、數據分析對照上面實驗原理圖1.1，畫出交流通路，進行理論分析，可得放大倍數=141輸入電阻=1.0K輸出電阻=1.5K誤差分析放大倍數的相對誤差=(141-131)/141=7.09%輸入電阻的相對誤差=(1.07-1.0)/1.0=7.00%輸出電阻的相對誤差=(1.616-1.5)/1.5=6.6%六、實驗感想實驗中主要存在的問題是最終的誤差過大，個人認為原因在于我在連

9、接電路時采用了大量的虛擬元件，導致模擬時最終結果失準。這也說明了實驗前預習的重要性，只有預習充分了，實驗才能順利。這是我所做的第一個EDA設計實驗，經過了一個暑假的休息，對于模電中的一些知識已經有點淡忘了。同時我對Muitisim軟件也不是特別熟悉，所以這個實驗可以說是我在摸索中前行，不過上面的所有結果畢竟都是自己做出來的，這位我后面的兩個實驗打下了堅實的基礎。實驗二 差動放大電路的設計與仿真一、 實驗目的1） 掌握射級輸出器電路靜態(tài)工作點的調試方法。2） 加深理解該電路的特點電壓跟隨的特性。3） 掌握射級跟隨器的電壓放大倍數、輸入特性、輸入電阻的測試方法。觀察交流參數的特點。4） 改變負載的

10、大小，觀察負載對輸出打的影響，加深理解該電路打的帶負載能力強的特點。二、 實驗要求1 設計一個帶恒流源的差動放大電路，要求空載時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的值。三、 實驗步驟1.實驗所用的電路電路圖如下圖所示：圖2-1 差動放大電路原理圖2.計算雙端輸入直流小信號空載時Avd、Avd1、Avc、Avc1計算電路空載時的Avd:在計算時先測出雙端輸入直流差模小信號時電路雙端輸出的電壓值然后減去在雙端同時接地時電路雙端輸出的電壓值圖2-2 雙端輸入直流差模小信號時電路雙端輸出的電壓圖2-3 雙端同時接地時電路雙端輸

11、出的電壓值AVD=420/20=213 雙端輸入單端輸出的AVD1先將輸入兩端電壓源置零，測出電壓圖2-4 雙端輸入單端輸出的AVD1 輸入兩端電壓源置零然后恢復電壓源，繼續(xù)測電壓圖2-5雙端輸入單端輸出的AVD1所以AVD1=(4260-3204)/20=52.84 共模輸入雙端輸出的電壓增益圖2-5 共模輸入雙端輸出的電壓增益 無電壓然后恢復電壓源，繼續(xù)測電壓圖2-6共模輸入雙端輸出的電壓增益Avc=VoVic=（12.6p-7.182p）/10m=0.0005，理論分析可知AVC理=0計算電路空載時的AVC1:在計算時先測出雙端輸入直流共模小信號時電路單端輸出的電壓值然后減去在雙端同時接

12、地時電路單端輸出的電壓值，由于輸入全為直流信號而且用電壓表測量小數據時的誤差較大，改用靜態(tài)工作點分析來測量輸出的電壓值雙端同時接地時1點電位AVC1=VoVic (6.6997-6.6901)/1003分析實驗結果從結果我們可以發(fā)現測量的AVD、AVD1和AVC、AVC和理論存在較大的差距，出現這樣的結果是因為模擬電路的器件無法做到完全一致。應對的辦法可以是選取同型號高質量的三極管。四、 實驗小結差放電路實用性很大，且適合做多級直接耦合放大電路的輸出端，因此這次的練習也是為下一個實驗奠定了基礎。差動放大電路相較于一般放大電路較為復雜，需要對其有通徹的理解，盡管實驗過程并不困難，每一步之間沒有太

13、大區(qū)別，但如果半知半解，那做起來還是很頭疼的?？偟膩碚f，相較于第一次的實驗，有了較大的進步，在給定時間內完成了任務。隨著對軟件的熟練運用，并加以適當地練習，定能成為一名出色的工程師。實驗三 在負反饋放大電路的設計與仿真一、實驗目的 1.掌握兩種耦合方式的多級放大電路（直接耦合放大電路和阻榮耦合放大電路）靜態(tài)工作點調試方法2.掌握多級放大電路的電壓放大倍數，輸入電阻，輸出電阻的測試方法3.掌握兩種多級放大電路的頻率特性，比較兩種電路的各自特點4.掌握三種組態(tài)基本放大電路不同組合組成的多級放大電路的不同特性二、實驗要求1.設計一個阻容耦合兩級放大電路，要求信號源頻率10KHZ，峰值1，負載電阻，電

14、壓增益大于.給電路引入電壓串聯(lián)負反饋：（）測試服反饋介入前后電路放大倍數，輸入輸出電阻，幅頻相頻特性（）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、實驗步驟一實驗原理圖圖1 兩級阻容耦合放大電路原理圖二、電路頻率特性測試1、未引入電壓串聯(lián)負反饋前的電路頻率特性此時電路為未引入電壓串聯(lián)負反饋的情況，對電路進行頻率仿真，得到如圖2所示電路頻率特性圖：圖2 未引入負反饋的頻率特性曲線和通頻帶指針讀數fL=239.7699Hz, 上限頻率 fH=1.KHz調節(jié)信號源的幅度，當信號源幅度為1mV時，輸出波形不失真，如圖3：圖3輸出波形不失真繼續(xù)調節(jié)信號源的幅度，當信號源幅度為3mV時，輸出波形

15、出現了較為明顯的失真，如圖4：圖4輸出波形出現了較為明顯的失真2、引入電壓串聯(lián)負反饋后的電路頻率特性此時電路引入電壓串聯(lián)負反饋，對電路進行頻率仿真，得到如圖5所示的引入電壓串聯(lián)負反饋后的電路頻率特性圖。圖5引入電壓串聯(lián)負反饋后的電路頻率特性圖再來觀察引入電壓串聯(lián)負反饋后，整個電路的最大不失真電壓值。繼續(xù)增大至35mV時，輸出波形開始出現了飽和失真，如圖7圖7輸出波形開始出現了飽和失真三、電路的放大倍數、輸入和輸出電阻1、測量放大倍數分別測出有無反饋時的輸入電壓Ui、輸出電壓Uo，放大倍數即為Au= Uo/Ui，從而可分別算出引入負反饋前后的電壓放大倍數。a）未引入負反饋的放大倍數如圖未引入負反

16、饋的放大倍數如圖，測得輸入電壓Ui=mV，輸出電壓Uo=1.095V，則Au= Uo/Ui=1095b）引入負反饋后的放大倍數圖9 引入負反饋后的放大倍數如圖9，測得輸入電壓Ui=1mV，輸出電壓Uo=0.0489V，則Au= Uo/Ui=48.92、測量輸入電阻按圖10，圖11所示連接電路，分別測出J1打開和閉合時的輸入電壓Ui、輸入電流Ii，輸入電阻即為Ri=Ui/Ii，從而可分別算出引入負反饋前后的輸入電阻。a）未引入負反饋的輸入電阻圖10 未引入負反饋的輸入電阻如圖10，測得輸入電壓Ui=1mV，輸入電流Ii=0.203uA，則Ri=Ui/Ii=4.876b）引入負反饋后的輸入電阻圖1

17、1引入負反饋后的輸入電阻如圖11，測得輸入電壓Ui=1mV，輸入電流Ii=0.139uA，則Ri=Ui/Ii=7.193、測量輸出電阻分別測出有無反饋時的輸出電壓Uo、輸出電流Io，輸出電阻即為Ro= Uo/Io，從而可分別算出引入負反饋前后的輸出電阻。a） 未引入負反饋的輸出電阻圖12未引入負反饋的輸出電阻如圖12，測得輸出電壓Uo=1mV，輸出電流Io=0.311uA，則Ro= Uo/Io=3.21 。b）引入負反饋后的輸出電阻圖13 引入負反饋后的輸出電阻如圖13，測得輸出電壓Uo=1mV，輸出電流Io=6.668uA，則Ro= Uo/Io=149.68五、AF »1/F的驗證

18、 按如圖14所示連接電路。由于電壓串聯(lián)負反饋電路的AF =Auuf =Uo/Ui、F=Fuu =U/Uo，因此，需要測量輸出電壓Uo、輸入電壓Ui、反饋電壓U。圖14 AF »1/F的驗證測得Ui=0.707mV，Uo=0.0325V，U=0.691mF，則AF =Auuf =Uo/Ui=52.27， 1/F=Uo/Uf=47,因此AF »1/F得到驗證。六、實驗結果分析本實驗通過對二級阻容耦合放大電路引入電壓串聯(lián)負反饋前后進行電路仿真，由實驗結果可以得出這樣的結論：對電路引入電壓串聯(lián)負反饋，會減小其下限頻率，增大其上限頻率，從而使其通頻帶變寬；引入電壓串聯(lián)負反饋，會減小電

19、路的電壓放大倍數，并增大電路可不失真放大的最大信號幅度，減小非線性失真；引入電壓串聯(lián)負反饋，會增大輸入電阻，減小輸出電阻。最后通過測量計算驗證了AF »1/F的結果.本次實驗完成地比較成功。實驗四 階梯波發(fā)生電路的設計一、實驗目的1. 設計一個能產生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在20ms左右，輸出電壓范圍10V，階梯個數5個。(注意：電路中均采用模擬、真實器件，不可以選用計數器、555定時器、D/A轉換器等數字器件，也不可選用虛擬器件。)2. 對電路進行分段測試和調節(jié)，直至輸出合適的階梯波。3. 改變電路元器件參數，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。二、

20、實驗要求1. 給出階梯波發(fā)生器實驗原理圖，圖中器件均要有型號和參數值標注。2. 介紹電路的工作原理。3. 給出電路的分段測試波形和最終輸出的階梯波，并回答以下問題： (a) 調節(jié)電路中那些元器件值可以改變階梯波的周期？ (b) 調節(jié)電路中那些元器件值可以改變階梯波的輸出電壓范圍？三、實驗設計原理 要設計一個階梯波發(fā)生器，首先要考慮產生一個方波，其次經過微分電路輸出得到上下都有尖脈沖，然后經過限幅電路，只留下所需的正脈沖，再經過積分電路，實現累加而輸出一個負階梯。對應一個尖脈沖就是一個階梯，在沒有尖脈沖時，積分器保持輸出不變，在下一個尖脈沖到來時積分器在原來的基礎上進行積分，因此積分器保持就起到

21、積分累加的作用。當積分累加到比較器的比較電壓時，比較器翻轉，比較器輸出正電壓，使振蕩控制電路起作用，方波停振。同時，這個正電壓使電子開關導通，積分電容放電，積分器輸出對地短路，恢復到起始狀態(tài)，完成一次階梯輸出。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，比較器輸出負值，這樣震蕩控制電路不起作用，方波輸出，同時使電子開關斷開積分器進行積分累加，如此循環(huán)，就形成一系列階梯波。其原理框圖如下所示：圖4.1 原理圖四、實驗步驟 1、方波發(fā)生器原理圖圖4.2 方波發(fā)生器原理圖圖4.3方波波形圖2、方波發(fā)生器+微分電路原理圖圖4.4 方波發(fā)生器+微分電路原理圖圖4.5 微分波形圖3.發(fā)生器+微分+限幅電路原理圖：圖4.6發(fā)生器+微分+限幅電路原理圖圖4.7發(fā)生器+微分+限幅電路波形圖4、發(fā)生器+微分+限幅電路原理圖：圖4.8發(fā)生器+微分+限幅電路原理圖圖4.9發(fā)生器+微分+限幅電路波形圖：5、設計周期階梯波，在4的基礎上加上電壓比較器和開關控制電路，就組成了完整的階梯波發(fā)生電路，其原理圖如下圖所示圖4.10周期階梯波原理圖圖4.11周期階梯波波形圖階梯波周期約為44.126ms,電壓變化范圍在0-10V內，階梯個數為4個。理想振蕩周期T=2R4*C1*Ln(1+2R1/R3)=4.000ms，符合實驗要求6、改變電路元器件參數，觀察輸出波形的變化 1）發(fā)現改變R8和C3可以