電子線路實(shí)習(xí)報(bào)告

電子線路實(shí)習(xí)報(bào)告2013年11月30日目錄一、實(shí)習(xí)目的： 2二、軟件簡介： 2三、實(shí)習(xí)要求： 23.1設(shè)計(jì)一個(gè)基本共射極共射極放大電路 23.2設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路 23.3設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算電路 2四、基礎(chǔ)知識(shí)： 24.1設(shè)計(jì)一個(gè)基本共射極共射極放大電路 24.2設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路 24.3設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算電路 2五、實(shí)習(xí)內(nèi)容： 25.1設(shè)計(jì)一個(gè)基本共射極共射極放大電路 25.2設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路 25.3設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算電路 2六、實(shí)習(xí)總結(jié) 2七、參考文獻(xiàn) 2一、實(shí)習(xí)目的：隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎我們的想象。作為新一代的大學(xué)生，為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，跟上時(shí)代發(fā)展的腳步，同時(shí)適應(yīng)電路電子技術(shù)日新月異的發(fā)展趨勢(shì)，培養(yǎng)優(yōu)秀的大學(xué)生人才成為了每所大學(xué)必不可少的功課。因此，為了加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，學(xué)校安排了電子線路實(shí)習(xí)內(nèi)容，目的就在于讓學(xué)生在大學(xué)生活中不僅僅學(xué)到書本上的理論知識(shí)，更重要的是將理論與實(shí)踐巧妙結(jié)合，全面培養(yǎng)學(xué)生能力，四年之后能更快更好地融入社會(huì)競爭中。通過對(duì)電子線路的實(shí)習(xí)，配合模電技術(shù)基礎(chǔ)課程，對(duì)模擬電路進(jìn)行仿真運(yùn)行，完成EDA技術(shù)方面的初步訓(xùn)練和搭建出實(shí)際電路。同時(shí)掌握通過Multisim電子技術(shù)訓(xùn)練工具來進(jìn)行電子電路實(shí)驗(yàn)，利用它可以以更靈活的方式進(jìn)行電子電路實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)室難以達(dá)到的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行模擬，從而提高學(xué)生設(shè)計(jì)、分析電路的能力，同時(shí)也讓同學(xué)進(jìn)一步鞏固了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)里理論知識(shí)，為后續(xù)數(shù)字電路、高頻電路等的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外通過綜合性電子線路實(shí)習(xí)，提高學(xué)生解決較為復(fù)雜的實(shí)際問題的能力，為今后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐打好基礎(chǔ)。二、軟件簡介：Multisim是Interctive

Image

Technologies公司推出的一個(gè)專門用于電子電路仿真和設(shè)計(jì)的軟件，目前在電路分析、仿真與設(shè)計(jì)等應(yīng)用中較為廣泛。該軟件以圖形界面為主，采用菜單欄、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般Windows應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟練程度自如使用。尤其是多種可放置到設(shè)計(jì)電路中的虛擬儀表，使電路的仿真分析操作更符合工程技術(shù)人員的工作習(xí)慣。下面主要針對(duì)Multisim軟件中基本的仿真與分析方法做簡單介紹。

EDA就是“Electronic

Design

Automation”的縮寫技術(shù)已經(jīng)在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)基本上不存在電子產(chǎn)品的手工設(shè)計(jì)。一臺(tái)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，從概念的確立，到包括電路原理、PCB版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、FPGA的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級(jí)設(shè)計(jì)再到PCB鉆孔圖、自動(dòng)貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計(jì)算機(jī)上完成。EDA已經(jīng)成為集成電路、印制電路板、電子整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)手段。1．直觀的圖形界面：整個(gè)操作界面就像一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的；2．豐富的元器件：提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件，同時(shí)能方便的對(duì)元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件；3．強(qiáng)大的仿真能力：以SPICE3F5和Xspice的內(nèi)核作為仿真的引擎，通Electronic

workbench

帶有的增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能將數(shù)字和混合模式的仿真性能進(jìn)行優(yōu)化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、電路向?qū)У裙δ埽?．豐富的測(cè)試儀器

（22種虛擬儀器進(jìn)行電路動(dòng)作的測(cè)量）：Multimeter(萬用表)Function

Generatoer(函數(shù)信號(hào)發(fā)生器)Wattmeter(瓦特表)Oscilloscope(示波器)Bode

Plotter(波特儀)Word

Generator(字符發(fā)生器)LogicAnalyzer(邏輯分析儀)Logic

Converter(邏輯轉(zhuǎn)換儀)Distortion

Analyer(失真度儀)SpectrumAnalyzer(頻譜儀)NetworkAnalyzer(網(wǎng)絡(luò)分析儀)MeasurementPribe(測(cè)量探針)FourChannelOscilloscope(四蹤示波器)FrequencyCounter(頻率計(jì)數(shù)器)IVAnalyzer(伏安特性分析儀)AgilentSimulatedInstruments(安捷倫仿真儀器)AgilentOscilloscope(安捷倫示波器)TektronixSimulatedOscilloscope(泰克仿真示波器)Voltmeter(伏特表)Ammeter(安培表)CurrentProbe(電流探針)LabVIEWInstrument(LabVIEW儀器)這些儀器的設(shè)置和使用與真實(shí)的一樣，動(dòng)態(tài)互交顯示。除了Multisim提供的默認(rèn)的儀器外，還可以創(chuàng)建LabVIEW的自定義儀器，使得圖形環(huán)境中可以靈活地可升級(jí)地測(cè)試、測(cè)量及控制應(yīng)用程序的儀器；5.完備的分析手段：DC

Operating

Point

Analysis（直流工作點(diǎn)分析

）AC

Analysis（交流分析）Transient

Analysis（瞬態(tài)分析）Fourier

Analysis（傅里葉分析）Noise

Analysis（噪聲分析）Distortion

Analysis（失真度分析）DC

Sweep

Analysis（直流掃描分析）DC

and

AC

Sensitvity

Analysis（直流和交流靈敏度分析）Parameter

Sweep

Analysis（參數(shù)掃描分析）Temperature

Sweep

Analysis（溫度掃描分析）Transfer

Function

Analysis（傳輸函數(shù)分析）Worst

Case

Analysis（最差情況分析）Pole

Zero

Analysis（零級(jí)分析）Monte

Carlo

Analysis（蒙特卡羅分析）Trace

Width

Analysis（線寬分析）Nested

Sweep

Analysis（嵌套掃描分析）Batched

Analysis（批處理分析）User

Defined

Analysis（用戶自定義分析）它們利用仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)執(zhí)行分析，分析范圍很廣，從基本的到極端的到不常見的都有，并可以將一個(gè)分析作為另一個(gè)分析的一部分的自動(dòng)執(zhí)行。集成LabVIEW和Signalexpress快速進(jìn)行原型開發(fā)和測(cè)試設(shè)計(jì)，具有符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的交互式測(cè)量和分析功能；6．獨(dú)特的射頻(RF)模塊：提供基本射頻電路的設(shè)計(jì)、分析和仿真。射頻模塊由RF-specific（射頻特殊元件，包括自定義的RF

SPICE模型）、用于創(chuàng)建用戶自定義的RF模型的模型生成器、兩個(gè)RF-specific儀器（Spectrum

Analyzer頻譜分析儀）（Network

Analyzer網(wǎng)絡(luò)分析儀）、一些RF-specific分析（電路特性、匹配網(wǎng)絡(luò)單元、噪聲系數(shù)）等組成；7．強(qiáng)大的MCU模塊：支持4種類型的單片機(jī)芯片,支持對(duì)外部RAM、外部ROM、鍵盤和LCD等外圍設(shè)備的仿真，分別對(duì)4種類型芯片提供匯編和編譯支持；所建項(xiàng)目支持C代碼、匯編代碼以及16進(jìn)制代碼,并兼容第三方工具源代碼；

包含設(shè)置斷點(diǎn)、編輯內(nèi)部RAM、特殊功能寄存器等高級(jí)調(diào)試功能。學(xué)員可以很好地、很方便地把剛剛學(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。這些在教學(xué)活動(dòng)中已經(jīng)得到了很好的體現(xiàn)。還有很重要的一點(diǎn)就是：計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器對(duì)教員的教學(xué)也是一個(gè)很好的提高和促進(jìn)。三、實(shí)習(xí)要求：3.1設(shè)計(jì)一個(gè)基本共射極共射極放大電路設(shè)計(jì)一個(gè)基本共射極放大電路，設(shè)Ucc=12V，β=40，Ibq=40uA，Au=-92。根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)計(jì)算并選取電路元件參數(shù)，使放大器能夠不失真地放大常用的正弦波信號(hào)，要求對(duì)電路進(jìn)行靜態(tài)分析。3.2設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路，用以將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換成三角波。技術(shù)要求：輸入信號(hào)為Uip-p=±4V，周期T=1ms的方波；要求輸入波形與輸出波形同相，幅度Uop-p≥2/3Uip-p;輸入電阻Ri≥10KΩ。3.3設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算電路設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算電路，實(shí)現(xiàn)Uo=3Ui1-2Ui2運(yùn)算關(guān)系。四、基礎(chǔ)知識(shí)：4.1設(shè)計(jì)一個(gè)基本共射極共射極放大電路4.1.1構(gòu)思：共射極放大電路屬于電壓放大電路，對(duì)于它而言，輸入電阻越大，放大電路從信號(hào)源吸取的電流越小，輸入端得到的電壓越大，而輸出電阻越小，負(fù)載電阻的變化對(duì)輸出電壓的影響越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。因此，通過設(shè)置輸入、輸出電阻及負(fù)載電阻阻值來實(shí)現(xiàn)電壓放大。4.1.2電路參數(shù)計(jì)算及元件選擇：(分壓式電流負(fù)反饋偏置電路)(1)由設(shè)計(jì)要求可知Ibq=40μA，β=40，則Ieq≈Icq=βIb=40×40μA=1.6mA；上偏電阻Rb的阻值會(huì)影響靜態(tài)工作點(diǎn)，工作點(diǎn)高會(huì)產(chǎn)生飽和失真，靜態(tài)工作點(diǎn)過低會(huì)產(chǎn)生截止失真。(2)發(fā)射極電阻Re的確定。因?yàn)楣こ坦浪阒幸话闳eq=（0.2-0.3）Ucc，這里取Ueq=0.25Ucc=3V；Re=Ueq/Ieq≈Ueq/Icq=Ueq/βIbq=3V/1.6mA=1.875KΩ（3）上下偏置電阻Rb、R2的確定。為使放大器能更穩(wěn)定地工作，滿足Iq遠(yuǎn)大于Ibq的條件（Iq為Rb、R2電阻里流過的電流），上下偏置電阻應(yīng)小，但過小會(huì)引起信號(hào)源Us的分流過大，使放大器輸入電阻變小，故工程上一般選取，Iq=(5-10)Ibq，這里取Iq=10Ibq=0.4mA下偏置電阻R2的設(shè)計(jì)值為R2≈Ubq/Iq=(Ueq+Ubeq)/10Ibq=3.7V/0.4mA=9.25KΩ上偏置電阻Rb的設(shè)計(jì)值為：Rb=R1+Rp≈(Ucc-Ubq)/Iq=(12-3.7)V/0.4mA=20.75kΩ（4）集電極電阻Rc的確定。Rc應(yīng)根據(jù)實(shí)際電阻的標(biāo)稱值和放大倍數(shù)要求來確定（Ieq的單位為mA），當(dāng)Rc<<rce時(shí)，Au=-βRl’/rbe=-β（Rl//Rc）/rbe,其中rbe=300Ω+（1+40）26mV/1.6mA=966.25Ω，根據(jù)要求Au=-92，β=40。帶入可得：Rl//Rc=2.222375KΩ并因?yàn)镮cq=1.6mA，且Ucc/Re+Rc≈Icq。得出Rc=5.625KΩ，Rl=3.674KΩ（5）C1、C2、C3電容的選取。一般來說C1、C2、C3越大，低頻特性越好，但電容過大體積也大，既不經(jīng)濟(jì)也會(huì)加大分步電容，影響高頻特性，再者電容量大的電解質(zhì)漏電流也大，一般能滿足放大器的下限頻率即可。工程估算時(shí)C1、C2一般取10-50uF，C3取30-100uF。（6）電路中?。篟1=20KΩ，Rp=1.5KΩ，Rc=5.62KΩ，R2=9.1KΩ，Re=1.87KΩ，Rl=3.65KΩ，Rs=5.1KΩC1=47uF，C2=47uF，C3=47uF；理論值所得電路圖如下：1.靜態(tài)點(diǎn)測(cè)試：分析：由圖可知，Ibq=28uA，Icq=1.489mA.β=Icq/Ibq≈53.182.綜合分析：信號(hào)1峰峰值194.375mV信號(hào)2峰峰值2.028mVA=194.375mV/2.028m≈95.85，基本符合題目要求，但有一定的偏差。4.2設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路電路設(shè)計(jì)原理、電路參數(shù)計(jì)算及元件選擇：1、反相比例放大器設(shè)計(jì):在深度負(fù)反饋條件下，放大器的閉環(huán)增益為Auf=－R3/R1;反相比例放大器的設(shè)計(jì)就是根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，選擇集成運(yùn)算放大器外電路參數(shù)。A：選擇運(yùn)算放大器：選擇運(yùn)算放大器時(shí)應(yīng)先了解其參數(shù)，為了減小反相比例放大器失調(diào)、漂移和閉環(huán)增益誤差，應(yīng)盡量選用失調(diào)小。漂移小、開環(huán)增益高。輸入電阻大和輸出電阻小的集成運(yùn)算放大器。B：選擇元器件參數(shù)：（1）根據(jù)增益要求確定R3和R1的比值：Auf=－10；（2）根據(jù)對(duì)放大器輸入阻抗的要求R1=Ri=10KΩ，從而可以確定R3=100KΩ若對(duì)放大器的輸入阻抗沒有明確要求，則R3一般取值為幾十千歐至幾百千歐。若R3過大，則R1亦大，就會(huì)引起較大的靜態(tài)零點(diǎn)漂移，若R3過小，則R1亦小，那么這個(gè)放大器的輸入阻抗就不會(huì)太高，與前級(jí)電路相接時(shí)就可能對(duì)前級(jí)電路產(chǎn)生不可忽略的影響。（3）取平衡電阻：R=R3//R1=9.09KΩ（4）為了減少放大電路動(dòng)態(tài)誤差，選擇的運(yùn)算放大器的單位增益帶寬fo和轉(zhuǎn)換速率Sr必須滿足下列關(guān)系：Fo=|Auf|fbw，Sr>2πfmaxUomax(fmax為輸入信號(hào)的最高頻率。)2、反相積分器的設(shè)計(jì)：（1）選擇電路形式：積分器的電路可根據(jù)設(shè)計(jì)要求來確定。例如，要進(jìn)行兩個(gè)信號(hào)的求和積分運(yùn)算，應(yīng)選用求和積分電路，如用于一般的波形交換和產(chǎn)生斜波電壓，則可選擇基本積分運(yùn)算電路。如下面原理圖中的積分器，在深度負(fù)反饋條件下，其表達(dá)式為：Uo=－1/(RC)∫ui(t)dt（2）電路元件參數(shù)選擇：A：R1、C1值的確定：在反相積分器中R1、C1的值決定電路的時(shí)間常數(shù)，由于受集成運(yùn)算放大器最大輸出電壓Uomax的限制，選擇R1、C1參數(shù)時(shí)其值必須滿足如下公式：RC≥1/Uomax∫ui(t)dt可根據(jù)輸入信號(hào)的類型和運(yùn)放所允許的最大輸出電壓Uomax（峰峰值），以及設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求確定積分時(shí)間常數(shù)RC，若RC值太大，在一定的積分時(shí)間內(nèi)，輸出幅度uo較小，有可能達(dá)不到指合適的RC值應(yīng)兼顧兩者。為了避免輸出信號(hào)過載，集成運(yùn)放進(jìn)入飽和，應(yīng)使積分輸出符合uo＜uomax當(dāng)輸入電阻為正弦信號(hào)時(shí)，R，C不僅受集成運(yùn)算放大器最大輸出電壓uomax的限制，而且與信號(hào)的頻率有關(guān)。當(dāng)uomax一定時(shí)，對(duì)于一定幅值的正弦信號(hào)，頻率越低RC的值就越大。因此，可以確定下圖電路中R1×C1=0.000375s（3）當(dāng)時(shí)間常數(shù)確定后，就可以選擇R、C的參數(shù)了。主要考慮C的取值，C取值太小，雖然增大R對(duì)提高積分器的輸入電阻有利，但會(huì)加劇積分漂移。若R取值過大，又會(huì)帶來體積過大和漏電問題。因此，一般選Ri滿足輸入電阻的條件下，盡量加大C值，但一般情況下不宜超過1μF。因此，下面電路中C1=37.5nF，R1=10KΩ（4）為了減少運(yùn)放的直流漂移，在實(shí)際積分器電路中C兩端并接電阻Rs，但其值不宜太小，否則將影響線性積分關(guān)系，一般常取R3≧10R,因此，下面電路中R3=100KΩ（5）靜態(tài)平衡電阻R’=Rs//R=9.09KΩ所得理論圖如圖所示：總圖方波峰峰值8.00mV三角波峰峰值5.243mV周期為1.004ms4.3設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算電路按設(shè)計(jì)要求可知，實(shí)際上是對(duì)兩個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)比例相減運(yùn)算，因此，可以選擇如下原理圖中的減法電路，該電路的輸出電壓表達(dá)式為：V2-Vn/R1=Vn-Vo/R2······（1）；Vn=Vp=V1······（2）得出Vo=（-R2/R1)*V2+(R1+R2)/R1*V1得出要達(dá)到要求，只要滿足R2/R1=2即可。此題選擇R1=1KΩ，R2=2KΩ的出如下電路圖五、實(shí)習(xí)內(nèi)容：5.1設(shè)計(jì)一個(gè)基本共射極共射極放大電路材料清單：1RESISTOR,1.87kOhmREGeneric\04021BJT_NPN,2N2221Q1Generic\TO-181RESISTOR,18kOhm5%R1Generic\RES0.251RESISTOR,5.1kOhm5%R6Generic\RES0.253CAP_ELECTROLIT,47uFC2,C3,C1Generic\ELKO8R51RESISTOR,5.62kOhmRcGeneric\04021RESISTOR,39kOhm5%R5Generic\RES0.251RESISTOR,9.1kOhm5%R2Generic\RES0.25調(diào)試和修改后電路圖：1.靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)試：近似得出：Ibq=37uA≈40uA，Icq=1.573mA≈1.6mA；基本符合要求。2.綜合分析：總圖近似得出輸入輸出電壓比較A=5122uV/55.948uV=91.55基本符合放大倍數(shù)。輸入信號(hào)峰峰值158.488uV輸出信號(hào)峰峰值14.526mVA=14.526mV/158.488uV≈91.65,基本符合題目要求。5.2設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路材料清單：2RESISTOR,10kOhm5%R2,R1Generic\RES0.251RESISTOR,100kOhm5%R3Generic\RES0.251OPAMP,741U1Generic\DIP-8總圖方波峰峰值8.00mV三角波峰峰值5.243mV周期為1.004ms以上參數(shù)基本符合題目要求，故所做電路達(dá)到要求。5.3設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算電路材料清單：1OPAMP,741U1Generic\DIP-81RESISTOR,1kOhm5%R1Generic\RES0.251RESISTOR,2kOhm5%