EDA課程設(shè)計模電部分

1、EDA設(shè)計實驗報告院 系： 專 業(yè)：姓 名： 學(xué) 號：完成時間：2010.09目 錄實驗一 單級放大電路················3實驗二 負反饋放大電路··············10實驗三 階梯波發(fā)生器·······&#

2、183;········16實驗一 單級放大電路要求：1. 給出單級放大電路原理圖。2. 給出電路飽和失真、截止失真和不失真且信號幅度最大時的輸出信號波形圖，并給出三種狀態(tài)下電路靜態(tài)工作點值。3. 給出測試三極管輸入、輸出特性曲線和b 、 rbe 、rce值的實驗圖，并給出測試結(jié)果。4. 給出測量輸入電阻、輸出電阻和電壓增益的實驗圖，給出測試結(jié)果并和理論計算值進行比較。5. 給出電路的幅頻和相頻特性曲線，并給出電路的fL、fH值。6. 分析實驗結(jié)果。1、 放大電路原理圖2、 三種工作狀態(tài)下的輸出波形及靜態(tài)工作點（1

3、）飽和失真飽和失真時的輸出波形圖滑動變阻器取800歐姆時輸出波形飽和失真，輸出波形如下：此時該放大電路的靜態(tài)工作點為：故 Ube=V(1)-V(4)=0.671V Ib=129.96uA Uce=V(5)-V(4)=0.201V Ic=8.53mA(2)截止失真當(dāng)滑動變阻器取8千歐姆時，輸出波形截止失真：此時該電路的靜態(tài)工作點為：故 Ube=V(1)-V(4)=0.609V Ib=9.944uA Uce=V(5)-V(4)=10.575 V Ic=599.392uA(3)最大不失真經(jīng)過調(diào)整比較，得出當(dāng)滑動變阻器取2千歐姆時，該放大電路有最大不失真輸出：T2-（-T1）=1.748mV ,在誤差

4、允許范圍之內(nèi)。此時該放大電路的靜態(tài)工作點為：故 Ube=V(1)-V(4)=0.65V Ib=43.817uA Uce=V(5)-V(4)=5.39V Ic=5.496mA3、 三極管的相關(guān)參數(shù)及輸入輸出特性曲線（1） 三極管的輸入特性曲線測試電路圖如下：利用直流掃描分析（DC sweep）作出輸入特性曲線如下：（2）輸出特性曲線測試電路如下：同樣利用直流掃描分析，作出其輸出特性曲線如下：（3） 值、rbe和rce的測算 根據(jù)值的定義，=Ic/Ib,故取輸出特性曲線上的中間5條計算得= Ic/Ib=（）/4*100=128.4rce=Uce/Ic，即為輸出特性曲線的放大區(qū)斜率的倒數(shù)故rce=U

5、ce/Ic=12.44Krbe=Ube/Ib,根據(jù)輸入特性曲線，其值為曲線斜率的倒數(shù)故rbe=Ube/Ib=6004、 輸入輸出電阻及電壓增益（1） 輸入電阻測量 在輸入端并上交流電壓表，串入交流電流表，測得結(jié)果如下：故輸入電阻Ri=Ui/Ii=335 （2） 輸出電阻測量在輸出端斷開負載，加上信號源，并上交流電壓表，串入交流電流表，測得結(jié)果如下：故輸出電阻Ro=Uo/Io=570（3） 電壓增益測量 在輸入輸出端分別并上交流電壓表，測得結(jié)果如下：故電壓增益Au=Uo/Ui=100.65 滿足設(shè)計要求（4） 與理論值比較根據(jù)單級放大電路的微變等效模型，有Ri=Rb1Rb2rbe=250,與測量

6、值基本吻合；同理，Ro=Rc=600,與測量值570基本相等；Au=(RcRl)/rbe=105,與測算值100.65相差無幾，證明了理論的正確性。5、 幅頻相頻特性曲線及fL、fH值（1） 利用multisim中提供的交流掃描分析工具，進行幅頻相頻分析，得其幅頻相頻特性曲線如下：（2） 利用圖上自帶的標(biāo)尺，讀出幅度為最大幅度的0.707倍時的對應(yīng)頻率，即為fL、fH值。得fL=306Hz，fH=30.3MHz，即為所求結(jié)果。6、 分析實驗結(jié)果 根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)和相關(guān)截圖，可以大致得出以下結(jié)論：（1） 當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時，三極管工作在放大狀態(tài)，此時Ic/Ib為一恒定值。當(dāng)Uce約等于1

7、/2Vcc時，且輸入信號幅度合適，電路有最大不失真輸出。（2） 當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏時，三極管工作在飽和狀態(tài)，此時Uce約等于零；當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都反偏時，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，此時Uce有最大管壓降。（3） 從測得的輸入輸出特性曲線得出的理論值與相關(guān)測算值的比較可以看出，當(dāng)輸入信號幅度相對較小，放大電路的等參數(shù)近似不變，可以利用三極管微變等效電路進行分析，結(jié)果與實際吻合的很好。（4） 對于共發(fā)射極放大電路，若輸入信號幅度過大或電路的靜態(tài)工作點設(shè)置不合理，會出現(xiàn)輸出波形削頂?shù)慕刂故д婧拖鞯椎娘柡褪д?。?） 分壓偏置的共射放大電路，輸入電阻較小，輸出電阻較大，電路放大倍數(shù)較大，但電壓增益受

8、負載影響較大。（6） 由以上頻幅特性分析可知，該放大電路的頻帶較寬，適用于中頻放大，但輸出波形與輸入波形相位相反。實驗二 負反饋放大電路要求：1. 給出引入電壓串聯(lián)負反饋電路的實驗接線圖。2. 給出兩級放大電路的電路原理圖。3. 給出負反饋接入前后電路的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻，并驗證AF»1/F。4. 給出負反饋接入前后電路的頻率特性和fL、fH值，以及輸出開始出現(xiàn)失真時的輸入信號幅度。5. 分析實驗結(jié)果。1、引入反饋的兩級放大電路實驗圖由單級放大電路的結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)，利用電容將兩個單級放大電路耦合，構(gòu)成兩級放大電路。同時，將輸出端電壓通過電阻引回間接輸入端，構(gòu)成電壓串聯(lián)負反饋

9、。具體電路設(shè)計如下：2、反饋前后的輸入輸出電阻及放大倍數(shù)（1）輸入電阻在電路輸入端串入交流電流表，分別測量開關(guān)閉合與斷開時的輸入電阻:開關(guān)斷開，沒引入負反饋時的輸入電壓和電流故未反饋輸入電阻為：Ri=1.45k 開關(guān)閉合，引入反饋時的輸入電壓和電流故反饋輸入電阻為：Rif=2.07k（2）輸出電阻去掉負載和信號源，在輸出端加入信號源，并上交流電壓表，串入交流電流表開關(guān)斷開，沒引入負反饋時的輸出電壓和電流故未反饋輸出電阻為：Ro=560開關(guān)閉合，引入反饋時的輸出電壓和電流故反饋輸出電阻為：Rof=28（3）電壓增益未反饋時的輸入輸出電壓為故未反饋電壓增益為：Au=1084引入反饋時的輸入輸出電壓

10、為：故反饋電壓增益為：Auf=135（4）驗證Auf»1/F由以上電路圖可知1/F=(1500+10)/10=151由測量結(jié)果知Auf=135»151,故結(jié)論成立。3、反饋前后電路頻幅特性及最大不失真輸入信號幅度（1）反饋前電路頻幅特性反饋前，電路頻幅特性如下：其截止頻率數(shù)據(jù)如下： 故fL=97Hz ， fH=1.05MHz（2）反饋后電路頻幅特性反饋后電路頻幅特性如下其截止頻率數(shù)據(jù)如下：故fL=154Hz ， fH=10.41MHz（3）最大不失真輸入幅度未接入反饋時，調(diào)節(jié)輸入信號幅度，觀察輸出，當(dāng)輸出恰好出現(xiàn)失真時，其輸出波形如下：此時電路的輸入信號幅度為3.2mV接入

11、反饋時，調(diào)節(jié)輸入信號幅度，當(dāng)有最大不失真幅度時，輸出波形為：此時電路的輸入信號幅度為18.3mV4、實驗結(jié)果分析由以上實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)，大致可以得出如下結(jié)論：（1） 反饋的類型是由反饋的量是電流還是電壓決定，反饋的組態(tài)是看反饋量是否直接引回輸入端，判斷反饋的正負可采用瞬時極性法；（2） 串聯(lián)組態(tài)反饋增加電路的輸入電阻，電壓反饋減小輸出電阻，負反饋減小電路的放大倍數(shù)，但會增加放大電路的穩(wěn)定性；（3） F=Xf/Xo,當(dāng)AF>>1時，Auf»1/F，此時該放大電路進入深度負反饋，輸入信號幾乎全部由反饋信號提供；（4） 負反饋電路增加了放大電路的通頻帶，提高了電路的放大穩(wěn)定性，使

12、輸入信號的最大不失真幅度增大，有效抑制了反饋環(huán)內(nèi)的非線性失真；（5） 負反饋又可分為交流負反饋和直流負反饋。交流負反饋穩(wěn)定放大倍數(shù)和改變輸入輸出電阻，直流負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點。實驗三 階梯波發(fā)生器要求：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(shù)值標(biāo)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(diào)節(jié)電路中那些元器件值可以改變階梯波的周期？ (b) 調(diào)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？1、 階梯波發(fā)生器原理圖依據(jù)所學(xué)知識和相關(guān)原理以及所給元件設(shè)計總電路如下：2、 介紹電路的工作原理 該階梯波發(fā)生電路的原理框圖

13、如下：依據(jù)框圖原理，分別設(shè)計各功能模塊的電路如下：（1） 方波發(fā)生電路利用集成運放構(gòu)成比較器，其反相輸入端并接電容，正相輸入端接電阻分壓，提供恒定的比較電壓。利用電容的充放電，從而實現(xiàn)比較器輸出電位的翻轉(zhuǎn)，也就輸出了方波。其中穩(wěn)壓二極管保證輸出恒幅方波，調(diào)節(jié)電容值，可以調(diào)節(jié)輸出方波的頻率。電路如下：輸出波形如下：從輸出波形可以看出，電容充放電，當(dāng)電位超過門限電壓時，運放輸出電壓就會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電路也就產(chǎn)生持續(xù)輸出方波。（2） 微分電路利用RC電路組成微分電路，微分信號取自電阻兩端。電路如下：電路輸出脈沖波形如下：（3） 限幅電路為了產(chǎn)生階梯波，送到積分電路的信號必須只有正向脈沖，可以利用二極管的

14、單向?qū)щ娦?，對輸出脈沖信號進行限幅（檢波）。電路如下：經(jīng)限幅（檢波）電路后輸出波形為：（4） 積分累加電路利用前級電路產(chǎn)生的正脈沖信號，利用積分器可以產(chǎn)生階梯信號。積分器由集成運放與RC電路構(gòu)成，其中積分信號取自電容兩端電壓。通過調(diào)整RC的值可改變輸出階梯波的階梯高度。電路如下：積分后輸出階梯波形如下：（5） 比較器及控制電路由積分電路輸出波形可知，隨著積分的進行，電路最后會達到飽和，不再輸出階梯波。因此，利用比較器，通過輸出電壓比較，在電路達到飽和之前，實現(xiàn)控制積分電路復(fù)位，從而實現(xiàn)持續(xù)周期性階梯波的輸出。通過電阻分壓，設(shè)定集成運放正相端的比較電壓，改變相關(guān)阻值，就可以改變復(fù)位電壓，從而防止

15、電路達到飽和。電路設(shè)計如下：電路輸出波形如下：（6） 電子開關(guān)電路 電子開關(guān)電路融合在比較器電路中，比較器輸出通過二極管接到結(jié)型場效應(yīng)管的柵極，場效應(yīng)管的源極和漏極并在電源的兩端，構(gòu)成一個電子開關(guān)。比較器通過輸出電壓的翻轉(zhuǎn)從而控制電子開關(guān)的開與合，進而控制積分電路的復(fù)位。同時，比較器的輸出端還通過二極管與方波發(fā)生器的反相端相連，從而實現(xiàn)電路的同步功能。3、 波形輸出和調(diào)節(jié)各分段電路和總電路的輸出波形在原理敘述里都已給出，就不重復(fù)截取。輸出波形的調(diào)節(jié)：1、改變階梯波的周期：（1） 通過調(diào)節(jié)方波發(fā)生器中的R2和C1的值，可以改變RC電路的值，從而改變階梯波的周期；（2） 也可以改變方波發(fā)生電路中的

16、R4與R1的比值，從而改變比較電壓，也可以改變階梯波周期；（3） 通過改變比較控制電路中的R8、R9、R10的值，可以改變階梯的總高度，而每級階梯高度和周期一定，所以總周期也就發(fā)生改變。初始波形：C1改為100nF時的輸出波形：R2改為100K時的輸出波形：R1改為20K時的輸出波形：R10改為2K時的輸出波形：2、改變階梯波電壓輸出范圍： 階梯波的電壓輸出，最終決定于比較器的比較電壓的設(shè)置，因此，改變R8、R9、R10的值才可以改變階梯波的電壓輸出范圍。（同上圖R10=2K）3、改變每一級階梯的高度：根據(jù)微、積分電路的計算公式，微分電路和積分電路的RC乘積只影響輸出波形的幅度，而不改變波形的

17、周期。因此，改變其RC乘積，即可改變每一階的高度。以下僅舉一例：積分電路C3改為200nF時的輸出波形：4、 實驗拓展 要求通過調(diào)整電路相關(guān)元件參數(shù)以及比較器的門限電壓，使階梯波發(fā)生器輸出上升沿形式的波形。通過對電路原理的仔細分析和理解，我發(fā)現(xiàn)要產(chǎn)生上升沿形式波形，應(yīng)當(dāng)要實現(xiàn)以下步驟：（1）要改變積分器的積分形式。要使積分脈沖為負脈沖，通過調(diào)整限幅電路二極管的極性就可以使電路輸出負脈沖，從而使電路產(chǎn)生上升階梯波；（2）解決積分器的飽和問題。由于積分器的自身特性，當(dāng)為上升沿積分時，一開始就會發(fā)生飽和。通過仔細研究發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整積分器正相端的接地電阻阻值（取50K以上），可以有效的抑制初始飽和的發(fā)

18、生；（3）改變比較器的門限電壓。由于輸出波形要為正值，可以通過調(diào)節(jié)比較器輸入端的分壓電阻和電源值，來改變門限電壓值（我設(shè)10V和0V）;（4）電子開關(guān)復(fù)位控制電路。由于電路極性的改變和控制電壓的變化，應(yīng)將NPN型場效應(yīng)管換為PNP型。同時電路同步二極管的極性也當(dāng)改變，才能完成電路的同步功能。具體電路及波形如下：（1） 負脈沖電路輸出波形為：（2）積分電路輸出波形為：（3）加入比較器及控制電路輸出波形為：此外，利用集成運放構(gòu)成反相器也是一種可行的方法，而且十分簡便。殊途同歸，只要實現(xiàn)的所要的目的就行，在實際中理當(dāng)如此?，F(xiàn)將反相電路展示如下：其反相前后輸出波形為：從上圖可以看出電路成功實現(xiàn)上升沿階

19、梯波輸出。5、 實驗結(jié)論及體會通過階梯波發(fā)生電路的設(shè)計，主要有以下結(jié)論和體會：（1） 熟悉了集成運放構(gòu)成方波發(fā)生器、積分電路和電壓比較器的原理和應(yīng)用；（2） 明白了電路設(shè)計的一般方法，即自頂向下的模塊化設(shè)計方法。先獨立設(shè)計各功能部分，再將各功能模塊組合起來，構(gòu)成一個實際應(yīng)用電路；（3） 體會到方波類波形變換的基本方法，即通過微分電路和積分電路的變換處理，結(jié)合電壓比較器以達到所需的信號要求；（4） 利用這些基本電路的組合，可以產(chǎn)生方波、脈沖波、三角波等基本波形，以及它們的組合形式（如實驗中的周期階梯波），這在實際應(yīng)用是非常重要的。實驗感想通過本次為期一周的EDA設(shè)計實驗（模電部分），我從中收獲良多。在此作結(jié)，以期對以后的實驗工作提供指導(dǎo)。磨刀不誤砍柴工。在接到實驗要求之后，我不是急急忙忙的趕進度，而是認認真真的