集成电路CAD上机完成版解析

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1、1 实验指导书 实验四：设计常用的单级放大电路 学时安排：2 学时 实验类别：设计性 实验要求：必做 一、实验目的和任务 在模拟电路中，设计的放大器由多级或者单级放大电路组成，这主要是依据其增益大小来决定的。 要设计满足性能指标的放大器首先必须设计好单级放大电路。本实验教学目的是使学生了解单级放大电 路设计的过程，熟悉电路的直流工作的选择、电路的动态性能指标、频域特性等。 二、实验原理介绍 要使得放大器处于放大状态，必须初步计算三极管的工作点并选用适当的接法（共射、共基和共集） ， 然后选择特定要求的偏置电路及耦合电容。在理论上满足电路处于放大状态的基础上，运用 PSPICE 软件 仿真所提供

2、的电路，找到电路实际工作点，并通过时域及频域扫描寻找器件的最好工作状态，如果特定 状态不能满足系统指标要求，可重新选择新型号器件来代替。 在 PSPICE 运行环境下，先依据电路原理图的特点调用相应的元器件画电路图，然后修改电阻、电 感、电容等元器件的参数值，如果特殊需要也可以在编辑菜单里重新修改元器件的电路模型参数，最后 保存电路。仿真时注意选择设置 DC、AC、Transient 等命令分析方式，当选择好扫描方式后，通过仿真 观察及分析电路的特点及特性。 该实验选用共射接法单管放大的方式，具体电路如下： 在输入端加入一定幅值的交流正弦信号，经过晶体管 Q2N2222A 的电压放大作用，达到

3、信号放大的 目的，所得到的信号可以推动负载 R3。其中的 C1、C2 为隔直电容，量值大小根据信号的频率来决定。 2 电阻值的大小是在电路的外部指标的要求下，如所接负载的功率对放大器电压要求的限制，管子静态工 作状态要求等，通过电流电压的电学特性计算，即可得到所需的量值。 三、实验设备介绍 1.工作站或微机终端 一台 2.局域网 3.EDA PSPICE 仿真软件 1 套 四、实验内容和步骤 设计单级放大器，并计算电路中的相关阻值及电容的大小。在 Schematics 的环境下，画单级放大电 路原理图（注意电路中元器件的标称值、电源及信号特点、模型的正确调用等） 。用 Analysis 下的仿

4、真控 件 Simulate 电路，观看 AC 扫描、瞬态扫描的电压波形，分析电路波形与电路参数的关系。并可重新改 变电路中的相关参数值（如阻抗、电容等） 。思考并解决仿真中出现的各种问题。 1.从元件库中调用电阻器件，注意对于兆欧电阻应写为 MEG。 2.选用 Q2N2222A 器件，其模型参数见工具栏 EDIT 中。 3 3.使用 VSIN 正弦交流电源，电压为 1mV，频率为 20KHz。 4.其他元器件如前面的实验所示，画出完整的单级放大电路图，并保存。 5.设置分析条件（用 setup 框按钮） ，并进行仿真波形分析。仿真 AC 分析时，要改变输入电压源 为 VAC，并设置其参数，其他

5、条件不变。 6.先进行工作点的仿真设置，然后对频域 AC 仿真，最后对时域 Transient 进行仿真，并保存仿真 图形。 五、注意事项和要求 1.在 PSPICE 软件中，应注意正确的单位书写方式，如微米、兆欧的字母表示方式分别为 um、MEG，同时也要考虑其写法，在此软件下无大小写的变化。 2.由于输入信号的幅值为毫伏级，即小信号输入，设计时考虑小信号放大电路，与大信号功率放 大有所区别。 3.电路放大的工作状态在管子的静态工作点附近，并且其放大的最大值是小于电源电压的幅值的。 4 所以要学会选择 A 类、B 类或 AB 类放大器。 六、作业及预习要求 1.画出电路原理图及电路的仿真曲线

6、，并分析仿真图形与理论图形的不同。 2.分析调试过程中出现的问题与解决方案。 3.总结，按实验报告格式完成报告。 七、参考书目 1.PSpice 电路设计实用教程李永平，国防工业出版社，2004 2.超大规模集成电路设计方法学导论（第二版） ，杨之廉，申明编著，清华大学出版社 5 实验指导书 实验五： 设计和仿真带有反馈的放大器 学时安排：3 学时 实验类别：设计性 实验要求：必做 一、实验目的和任务 反馈功能的放大器可以实现动态性能稳定和提高带宽等功能。在工程上设计放大器时，通常是设计 成具有稳定增益及优良带宽的反馈放大器。本实验教学目的是使学生熟练掌握反馈电路的设计及两种仿 真电路性能的方

7、法。熟悉电路的电压放大倍数、输入阻抗、输出阻抗及频带的仿真。 二、实验原理介绍 在三极管的发射极与地之间加上一定量的反馈电阻，可以保证输出端的电流及电压的稳定性，同理， 在基极与集电极两端也接上适当值的反馈电阻，可以有效的保持相位的恒定并增加通频带。通过这些方 法来保证放大器电路的稳定性，满足该种放大器设计的特性要求指标。 要使得放大器处于放大状态，必须初步计算三极管的工作点并选用适当的接法（共射、共基和共集） ， 然后选择特定要求的偏置电路及耦合电容。在理论计算上满足电路处于放大状态的基础上，运用 PSPICE 软件仿真该电路，找到电路实际工作点（直流电流和电压） ，并通过时域扫描确定器件能

8、满足放大电路的 要求，如果特定状态不能满足，则可重新选择新三极管器件来代替。 在 PSPICE 运行环境下，先依据电路原理图的特点调用相应的元器件画电路图，然后修改电阻、电 感、电容等元器件的数值，如果需要，可以在编辑菜单里重新修改元器件的电路模型，最后保存电路。 仿真时注意选择设置 DC、AC、Transient 等控件的分析方式，当选择某种扫描方式后，运行菜单 analysis 中的 simulate 仿真，通过仿真观察输出特性波形，并分析电路的功能。 6 该实验的具体电路如上图所示： 在左边输入端加入交流小信号 V4，经过晶体管 Q2N2222A 的电压放大作用，达到信号放大的目的， 所

9、得到的信号可以推动负载 R5。其中 R2、R4 为基极偏置电路电阻；R3 为发射极反馈电阻；C1、C2 为 输出和输入端的隔直电容，C3 为高频旁路电容（交流小信号接地） ，其量值大小由放大信号的频率来确 定。 三、实验设备介绍 1.工作站或微机终端 一台 2.局域网 3.EDA PSPICE 仿真软件 1 套 四、实验内容和步骤 设计反馈放大器，并计算电路中的相关阻值及电容的大小。在 Schematics 的环境下，画单级放大电 路原理图（注意电路中元器件的标称值、电源及信号特点、模型的正确调用等） 。在 Schematics 原理图条 件下仿真电路，得到输出波形及数据。如：输出静态工作点、

10、中频电压放大倍数、输入和输出电阻。 依据电路原理图，写出文件语句（即网表）重新仿真以上内容。 思考并解决仿真中出现的各种问题。 1.根据要求选用 Q2N2222A 器件，其模型参数见工具栏 EDIT 中。 2.从元件库中调用电阻器件，注意兆欧级的电阻应写为 MEG。旋转按钮为 CTRL+R，阻值大小的 修改可以直接双击元件或者双击元件上的数值即可。 7 3.按照同样的方式，在 Part Name 中输入 C 即可调入电容元件 C1、C2、C3。 4.分别调入 VDC 和 VAC 电源，并按照调试要求连接电路图及元器件参数设置（图中的直流电压 为 15V，交流电压的幅值为 1mV） 。 5.先进

11、行直流工作点的仿真设置，然后对频域 AC 仿真，最后对时域 Transient 进行仿真，并保存 8 仿真图形。 6.电路图仿真完成后，写出电路网表语句并用 PSpice AD Student 对以上功能重新仿真。 五、注意事项和要求 1.本电路的仿真是电路的反馈仿真，注意电容 C3 加入对电路的影响。 2.要求认真观察频域仿真和时域仿真的不同，并学会分析其物理意义。 3.用网表仿真时，要注意将文件的后缀改为.cir 文件。 六、作业及预习要求 1.画出电路原理图及电路的仿真曲线，并分析仿真图形与理论图形的不同。 2.写出电路的网表语句及分析语句（要求自己笔写） 。 3.分析调试过程中出现的问

12、题与解决方案。 4.总结，按实验报告格式完成报告。 七、参考书目 1.PSpice 电路设计实用教程李永平，国防工业出版社，2004 2.超大规模集成电路设计方法学导论（第二版） ，杨之廉，申明编著，清华大学出版社 9 实验指导书 实验六：设计二级 BJT 放大电路 学时安排：3 学时 实验类别：设计性 实验要求：必做 一、实验目的和任务 实际的放大电路由多级放大部分组成，这主要考虑级间耦合、各个放大器增益以及相位偏移等，因 而需要设计前后级之间的反馈网络，从而保证了放大器的稳定性及可靠性。二级放大是多级放大的基础， 只有解决好该种放大器设计过程中的问题，才可以帮助我们设计多级放大电路。本实验

13、教学目的是使学 生熟练掌握二级 BJT 放大电路的设计方法，熟悉电路的增益、相位等仿真。 二、实验原理介绍 放大器的设计是从简单的单级放大器开始的。在每级设计时必须保证晶体管处于正常的工作状态， 也就是设计静态工作点；同时也要知道该放大器的频率特性及增益，以便选择满足设计性能要求的器件。 二级 BJT 放大器的设计，首先满足每个单级放大器处于工作状态的基础上，再进行级与级之间的联调 （确保前一级的输出阻抗与后一级的输入阻抗匹配） ，最后要进行相位设计，选择适当的反馈网络，以满 足输出要求。 在 PSPICE 运行环境下，先依据电路原理图的特点调用相应的元器件画电路图，然后修改电阻、电 感、电容

14、等元器件的数值，如果需要可以在编辑菜单里重新修改元器件的电路模型，最后保存电路。仿 真时注意选择设置 DC、AC、Transient 等分析方式，当选择好扫描方式后，注意观察仿真波形及分析两 级放大器电路的特性。 该实验的具体电路如下： 在输入端加入交流小信号 Vi，经过晶体管 Q1、Q2 两级的放大，级间之间采用电容 C2 耦合，所得 到的信号可以推动负载 RL。其中 R1、R2、R3、R4 为基极偏置电路；RF、CF为反馈网络；C1、C3 为隔 直电容，RS为电源内阻。 三、实验设备介绍 1.工作站或微机终端 一台 2.局域网 3.EDA PSPICE 仿真软件 1 套 10 四、实验内容

15、和步骤 设计二级 BJT 放大器，并计算电路中的相关阻值及电容的大小。在 Schematics 的环境下，画电路原 理图（注意电路中元器件的标称值、电源及信号特点、模型的正确调用等） 。在 Schematics 原理图条件下 进行电路仿真，并用图像及数据输出静态工作点、增益、输入和输出相位。用电路原理图，写出文件语 句（即网表）重新仿真以上内容。思考并解决仿真中出现的各种问题。 1.根据要求选用 Q2N2222A 器件，其模型参数见工具栏 EDIT 中。 2.从元件库中调用电阻器件，注意兆欧级的电阻应写为 MEG。旋转按钮为 CTRL+R，阻值大小的 修改可以直接双击元件或者双击元件上的数值即可。 11 3.按照同样的方式，在 Part Name 中输入 C 即可调入电容元件 C1、C2、C3。 4.分别调入 VDC 和 VAC 电源，并按照调试要求连接电路图及元器件参数设置（图中的直流电压 为 15V，交流电压的幅值为 10mV） 。 5.进行直流工作点的仿真设置，频域 AC 仿真，并保存仿真图形。 12 6.选择需要观测的电压或电流点，