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1、ORCAD实验报告 姓名：唐福林（06040114） 史继伟（06040118） 班级：0220601 指导教师：吴贵能 2010-1-2实验内容：使用orcad进行电路仿真，熟悉并掌握两级运算放大器和带隙基准电压源的相关设计。实验目的：熟悉使用orcad进行电路仿真。实验地点：1401实验一：带隙基准电压源设计实验目的：熟悉并掌握带隙基准电压源的设计，熟悉断环仿真。实验步骤及其原理：（1）带隙基准电压源的原理图如下：三极管Q1、Q2的面积比值为8：1，取VCC_BAR的值为2.7V，根据公式可以估算出来R4的阻值为5.4K。（2）此实验采取断环来进行仿真。断环后的图形如下：因为该实验的带隙电
2、压在1.2V左右，所以取V5的电压值为1.2V。（3）对V3（A点）的电压进行扫描。在进行扫描前要先保证带隙电压的值在1.2V左右，所以R2、R3的选值就应该要适当，以保证带隙电压。因为电阻的值对电流的影响不大，而A点的电压值却对电流有很大的影响，所以要选择合适的电压值才能保证电流在10uA左右。图形如下：做DC Sweep分析，从仿真的图形可以得知当电流在10uA的时候，A点电压的取值为v=1.885v，固A点电压就确定了。（4）对R2、R3的阻值进行扫描。 因为R2、R3阻值的大小可以改变带隙电压的大小，所以要确定这两个电阻的大小以保证带隙电压在1.2v左右。做DC Seeep分析后的图形
3、如下：从仿真图形中可知当电阻R2、R3的值取47.173k的时候，带隙电压的值为1.2v。所以电阻R2、R3的值就确定了。（5）对MP4、MP5两个mos管的宽（w）值进行扫描。因为断环的地方在B点，所以要使A、B两点的电压相等，因此w的取值就应该使B点的电压为1.885v左右。做DC Sweep分析，扫描波形如下：从仿真图形可以得知w的取值为23.658u，此时B点的电压与A点的电压相等，因此MP4、MP5两个管的w值就可以确定了。（6）连接。从上图可以得知，在断环处的电压都相等，所以可以进行连接。注意在连接时要把V5和A点的电压去掉。做Bias后最终可以得到如下所示图形及数据，以使带隙电压
4、达到1.2v。（7）带隙电压与温度的关系根据Vref=Vbe+K Iptat这个关系式来判断电阻R2、R3的大小。做DC Sweep中的Temperature分析。当曲线往右上方翘时，说明电阻偏大，当曲线往左上方翘时，说明电阻偏小，这样调整电阻的大小直到曲线呈现抛物线形状，此时电阻R2、R3的值为43.3k，如下图所示： 实验结果及数据：如下图所示实验二：两级运算放大器设计实验目的：熟悉并掌握两级运算放大器的设计实验步骤：（1） 两级运算放大器的原理图如下（2） 给电路加上合适的偏置电压 假设N管的Von=0.3v,P管的Von=0.4v，Vcc=3v。为了使各个管工作在饱和状态，所以取值如下
5、图所示：由于在设置偏置电压的过程中假设A点的电压在2v左右，所以在给vcm设置电压的时候需要对其进行DC Sweep，当 A点电压为2v左右时，取vcm为2.3v。此时，从图中可以在次分析各个管都工作在饱和区。做完Bias后的图如下所示：（3）电路增益与带宽对电路进行AC Sweep，在AC Sweep Type下选择Logarithmi,然后在Start后键入1，在End后键入10000meg,在Points/Decade后键入5。确定后在输出端放电压增益探针，然后运行。此时得到的Ad只能达到67dB左右，不能达到实验要求。实验要求电路的增益要达到Ad80dB，GB5MHZ，所以需要对电路输
6、入的共模电压即vcm进行调节，因为电路的共模电压的大小对电路的增益影响较大。当vcm调到0.7v左右时，Ad和GB就能达到要求了，而且电路也能正常工作。所以选择vcm=0.7v。得到的增益图形如下：从图中可以看到增益Ad=83.275dB，带宽GB=7.9MHZ左右，因此达到实验的要求。（4）电路的相位余度在电路的输出端加一个电压相位余度探针，其他条件不变，然后进行AC Sweep。该实验要求电路的相位余度要大于60度。而影响电路相位余度的因素是该电路图中的电容C1，它起到补偿的作用，所以需要对电容C1进行调节。将C1调到5p左右就能达到要求。仿真图形如下：从图中可以看到相位余度在103度左右
7、，因此达到实验的要求。（5）电路的SR此时把电路接成跟随器的形式，然后再输入阶跃信号，最后观察输出电压的最大变化率。将Vin-与输出端连接，Vin+接入输入信号，图形如下：该实验加入了一个方波输入信号，数据如上图所示，然后再输出端放一个电压探针，做Time Domain分析（在Run To输入25u,在Start输入0），仿真图形如下：在图中任意取两点，算出斜率，其中最大的斜率值即是电路的SR。此图中的SR为2.1v/us。由于该实验要求SR5 v/us，所以要把SR变大，而改变SR的大小，可以对输出端的电流进行调整，而该端的电流又由MP5管决定，所以就需要把该管的W/L变大，才能将电流变大，
8、最终才能提高SR。将MP5管的W变为120u，仿真图形如下所示：此时的SR=（2.5075-1.4635）/（888.889-694.444）=5.4 v/us。这时就能够达到实验要求。（6）电路的电源抑制比PSRR电源抑制比定义为：从输入到输出的增益除以从电源到输出的增益。即PSRR=20logAd-20logAvd。在此实验中给电路加载全差分输入信号源。（a）从电源到输出的增益Avd给电路加入的信号如下图所示：将此信号源加到下图中：电路的其他值都不改变，对电路进行AC Sweep，在AC Sweep Type下选择Logarithmi,然后在Start后键入1，在End后键入10000me
9、g,在Points/Decade后键入5。确定后在输出端放电压增益探针，然后运行。此时就能够得到从电源到输出的增益Avd。（b）从输入到输出的增益Ad给电路加入的信号如下图所示：将此信号源加到下图中：电路的其他值都不改变，对电路进行AC Sweep，在AC Sweep Type下选择Logarithmi,然后在Start后键入1，在End后键入10000meg,在Points/Decade后键入5。确定后在输出端放电压增益探针，然后运行。此时就能够得到从输入到输出的增益Ad。以上两个图的增益图形如下：从图中可知，两条曲线的差值就是电路的PSRR，所以PSRR=83.270-31.957=51.
10、313dB。（7）电路的共模抑制比CMRR共模抑制比CMRR：运放工作在线性区时，其差模增益与共模增益之比。在本实验中对CMRR的要求是其共模电压输入范围在1-2.5v，其仿真步骤如下：（a）原理图与前面的一样，其实验数据见前面的步骤，图如下：（b）选择AC Sweep分析，在右边的AC Sweep Type下选择Logarithmi,然后在Start后键入1，在End后键入10000meg,在Points/Decade后键入5。然后再到左边选择Parametric Sweep,选择好后在右边Sweep variable下选择Voltage sourc, 在后面的Name处键入v7，因为v7是
11、共模电压源的符号，然后在Sweep type下选择Linear,在后面的Start键入0v,在Eed处键入3v，在Increment处键入0.1。最后运行，此时会出现一个仿真的窗口，点击OK,在菜单兰处找到Trace，选择该菜单下的Performance Analysis,此时点击弹出来的窗口中的Wizard,在下一个窗口中选择Next,这时在弹出的窗口中的左边选择Max,点击Next,最后在弹出的窗口中输入vdb(out)（因为out是输出端）,后点击Next,然后点击Finish,这时候就能够得到波形图了。图形如下所示：从图中可以得知，此实验的共模电压范围在1-2.5v。心得体会： 通过此次ORCAD课程设计让我对ORCAD有了更加深入的认识，结合老师课堂上所讲的知识实际运用到设计仿真当中去。此次试验我还学习到了一些单片机等方面的知识，并能用它来测试程序。通过对这个项目的课程设计 我对ORCAD的整体设计流程有了初步的认识。对自己以后的学习有很大的帮助。 而且在设计过程中把死板的课本知识转变成实际的程序和设计，这是一项非常有意思的事。加深了我对理论知识的认识。同时在对ORCAD的概念上有了很大的认识提高。在设计过程中所产生的问题和错误。对自己ORCAD设计时提了一个醒。在以后的设计中自己一定会注意这些方面的问题。12
