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1、EDA设计（一）实验报告EDA设计实验报告南京理工大学学院：电光学院实验一 单级放大电路的设计与仿真一、实验目的1.掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法2.掌握放大电路的动态参数的测试方法3.观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响二、实验要求1.一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率5kHz(峰值10mV) ，负载电阻5.1k，电压增益大于50。2.调节电路静态工作点(调节电位计)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。3.调节电路静态工作点(调节电位计)，使电路输出信号不失真，并且幅度最大。在此状态下测试电路静态工作点值三极管的输入、输
2、出特性曲线和、的值电路的输入电阻、输出电阻和电压增益电路的频率响应特性曲线和、的值三、实验原理图如图1.1所示即为一个单机放大电路，电阻、和滑动变阻器组成分压偏置器，调节滑动变阻器的阻值就可以改变三极管的静态工作点。图1.1 单级放大电路原理图四、实验过程及结果1、电路的饱和失真和截止失真分析（1）饱和失真图1.2所示的是电路出现饱和失真时的波形。图1.3是所对应的静态工作点值，结合图1.1可以计算出静态工作点的各个参数：， ，图1.2 饱和失真波形图1.3 饱和失真时的静态工作点值（2）截止失真如图1.4所示的是电路出现截止失真时的输出波形，虽然从波形上并未看出明显的失真。但是注意到输出波形
3、的幅值变小，即此时电路不但没有放大输入信号，反而起到了缩小的作用，亦可以说明此时电路出现了截止失真。图1.5所示的是电路处在截止失真状态下的静态工作点的值。结合图1.1中的电路，可以计算出：, ，。图1.4 截止失真波形图1.5 截止失真时的静态工作点值 （3）最大不失真波形调节滑动变阻器，并不断观察输出端示波器上的波形，在滑动变阻器划片位于53%的位置时可以得到最大不失真波形，如图1.6所示，观察到其幅值约为500mV。图1.7所示的即为所对应的静态工作点，计算得：， ，图1.6 最大不失真时的输出波形图1.7 出现最大不失真波形时的静态工作点2、三极管特性测试（1）输入特性曲线及的测量在绘
4、制三极管输入特性曲线，会用到Multisim的直流扫描分析，软件要求物理量、为直流源，故需要重新连接电路。将处于最大不失真工作状态的三极管复制出来，最终电路如图1.8所示。图1.8 绘制三极管输入特性曲线的实验线路图将V1，V2均作为分析参数进行直流扫描，即可获得三极管在为不同取值时的输入特性曲线，如图1.9所示。图1.9 三极管的输入特性曲线再次利用直流扫描分析，画出三极管在最大不失真状态，即时的输入特性曲线（如图1.10所示）。由公式得，。图1.10 计算时所绘制的输入特性曲线（2）输出特性曲线及的测量与绘制输入特性曲线一样，绘制输出特性曲线时亦需要重新连接电路。此时的两个直流源代表的物理
5、量为和。重新连接的电路图如下图1.11所示。图1.11 绘制三极管输出特性曲线的实验线路图将I1、V1均作为分析参数进行直流扫描，即可获得三极管在为不同取值时的输入特性曲线，如图1.12所示。图1.12 三极管的输出特性曲线再次利用直流扫描分析，画出三极管在最大不失真状态，即时的输出特性曲线（如图1.13所示）。由公式得，。由公式得，。图1.13 计算时所绘制的输出特性曲线3电路基本参数测定（1）电压放大倍数的测定图1.14所示的是电压放大倍数的测量电路。由数据计算得图1.14 电压放大倍数测量电路（2）输入电阻的测定图1.15所示的是输入电阻测量电路。由数据计算得图1.15 输入电阻测量电路
6、（3）输出电阻的测定测量输出电阻时，需要将原输入信号置零，将原负载替换成一个交流电压源。测量其输入输出端的电压与电流，测量电路如图1.16所示。由数据计算得：图1.16 输出电阻的测量电路（4）频率特性仿真利用Multisim软件中的交流仿真分析，可以轻松的得到电路的幅频和相频特性曲线，如下图1.17所示。从特性图上可以看出的最大值，即max y为104.77。由通频带定义，将标尺置于幅频特性曲线两侧处，即得到上下限频率。由此可得，下限频率，上限频率，通频带为。图1.17 幅频特性仿真五、实验结果分析从实验得出的结果来看，在误差的允许范围内可以认为本次实验是正确的。但是还有一些问题需要我们认真
7、对待。即电路静态工作点的设置问题。设置好一个电路的静态工作点是本次实验成功的开始。反之，就会成为误差的来源。这也是实验一最为重要的一点实验二 负反馈放大电路的设计与仿真一实验要求1.设计一个阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率10kHz(峰值1mv) ，负载电阻1k，电压增益大于100；2.给电路引入电压串联负反馈；3.测试负反馈接入前后电路放大倍数、输入、输出电阻和频率特性；4.改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。二. 多级放大电路原理图3. 实验步骤 1.测试负反馈接入前后电路放大倍数、输入、输出电阻。（1） 反馈引入前放大倍数Au=119.894mv/707.069u
8、V=169.58输入电阻Ri=707.069uV/90.686nA=7.8k输出电阻Ro=707uv/231.552nA=3.05k（2） 反馈引入后放大倍数Au=28.319mV/707.08uV=40输入电阻Ri=0.707mV/1.826uA=0.387k输出电阻Ro=707uv/2.524uA=280（2）验证因为，。若想验证，即验证。实验电路图： 从交流表的读数可看出，=626.939uV =707.08uV 所以基本可得到， 进而得到。3、测试负反馈接入前后电路频率特性和，值 实验原理电路图如下： （1） 反馈引入前由上表可得： 在幅频特性曲线中，最大幅度为172可得对应两个频率即
9、为上限截止频率和下限截止频率为fL=2.2936kHz ，fH=13.0441kHz.。（2） 反馈引入后由上表可得： 在幅频特性曲线中，有最大幅度为40.0173,可得对应两个频率即为上限截止频率和下限截止频率，从数据中可看出，fL=9.1385kHz ，fH=141.6495kHz.。4. 测试负反馈接入前后电路输出开始出现失真时的输入信号幅度（1） 反馈引入前通过对信号幅值的改变观察输出信号波形图，可得到当输入信号幅值为3mV时,输出信号开始出现失真.（2） 反馈引入后通过对信号幅值的改变观察输出信号波形图，当输入信号幅值增大到5mV时,输出信号开始出现截止失真。4. 实验结果分析（1）
10、 根据验证实验仿真可得，当电路引入深度负反馈时，放大倍数几乎仅决定于反馈网络，而反馈网络通常由电阻组成，因而可获得很好的稳定性。（2） 根据实验结果可看出引入串联负反馈后，输入电阻增大了，输出电阻减小了，放大倍数减小了但是电路更稳定了，而且通频带也变宽了。（3） 根据实验电路仿真结果看，放大电路的输出电压在引入负反馈后减小了。这是因为电压增益与通频带的乘积为一常数，所以当引入串联负反馈后通频带会增宽，同时电压增益也将减小。实验三 阶梯波发生器的设计与仿真1. 实验要求1.设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求阶梯波周期在20ms左右，输出电压范围10V，阶梯个数5个。(注意：电路中均采用模拟、
11、真实器件，不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用虚拟器件。)2.对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。3.改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件。二、实验原理第一、先产生方波，也就是做出方波发生器；第二、通过微分电路得到上、下都有的尖脉冲；第三、通过限幅电路，保留下所需的正脉冲；第四、通过积分电路累加输出一个负阶梯。其中一个尖脉冲对应一个阶梯；第五、在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变，在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上进行积分。第六、积分器进行积分累加，如此循环往复，就形成了一系列阶梯波。3. 实验步骤1 方波
12、发生器 图中R2，R1组成正反馈电路，R3和C1组成负反馈电路，实稳压管D1，D2起着输出限幅作用。输出波形为：2 方波电路+微分电路由于电容两端电压不能发生突变，当方波发生器电压发生突变时，负载电阻两端也发生突变，当方波电压在下一段时间不发生突变时，电容开始放电，负载电阻两端电压开始减小，最终变为0，下一个阶段仍是方波发生器电压突变，电容充电，电阻两端电压增多，然后方波发生器持续，电容放电，电阻两端电压降低，如此往复。3 方波电路+微分电路+限幅电路利用二极管的单向导电性来对波形进行限幅，只留下正向部分电 压。输出波形为：4 方波发生电路+微分电路 +单向限幅电路+积分 5阶梯波发生器1在累
13、加积分电路基础上加上电压比较器。2再加上控制开关就组成了完整的阶梯波发生电路。输出图形：从波形图可以看出，输出地阶梯波周期为20.171ms,输出电压为8.934V，阶梯个数为5，基本达到实验要求。四.实验结果分析1调节电路中的哪些元器件值可以改变阶梯波的周期（1）首先改变R3，将R3阻值变大，波形图如下：通过波形图可看到周期变为26.325ms，得到结论在改变R3后T增大。（2） 改变C1，将C1容值变大，波形图如下：通过波形图可看到周期变为52.137ms，得到结论在改变C1后T增大。改变R1与R2的比值，使R2/R1增大。通过波形图可以看出周期为7.863ms,周期减小。综上所诉；改变R
14、3、C1的值或R1与R2的比值能够改变阶梯波的周期，并且阶梯波的周期与R3、C1的值或R1与R2的比值成正比。2 调节电路中的哪些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围（1） 首先改变R12，将R12阻值变大，波形图如下：可以看到，输出电压范围变为-0.607V到-9.013V之间，可得到结论输出电压范围变小。（2） 再改变，将C3容值变大，波形图如下：从输出波形看到，输出电压范围变为-8.644V到-0.238V之间，可得到结论输出电压范围变小。综上所诉：R8和C3可以改变阶梯波每个阶梯的高度，也即可以改变两次输出电压跳变之间阶梯的个数，但周期跟幅度不变。且R8*C3与每个阶梯波的高度成反比。 实验体会这次是我第一次做EDA实验，对于EDA和Multisim软件的某些功能还是有点生疏。因此在实验过程中，时常会遇到一些技术上的问题，比如某些实验要求的波形出不来，线路的参数不符合要求等，我都会尽力去检查线路，争取找到问题所在，实在有问题的时候还是要请教其他的同学和老师。不过，最终我的问题都得到了解决，总体来说，实验还是进行得比较顺利的。通过此次EDA设计的实验，我明白了一个道理，想要在实验中少出问题，课前的预习工作就必须做得扎实。经过了一个暑假的休息放松，我已经渐渐淡忘了模电的相关知识。但是经历了EDA设计的三
