1、EDA 设计（一）实验报告1目 录实验一 单级放大电路的设计与仿真 3一、实验目的 3二、实验要求 3三、实验原理图 3四、实验过程及结果 41、电路的饱和失真和截止失真分析 42、三极管特性测试 73电路基本参数测定 10五、数据分析 13六、实验感想 13实验二 差动放大电路的设计与仿真 15一、实验目的 15二、实验要求 15三、实验原理图 15四、实验过程及结果 161、电路的静态分析 162.电路电压增益的测量 .22五、数据分析 24六、实验感想 25实验三 反馈放大电路的设计与仿真 26一、实验目的 26二、实验要求 26三、实验原理图 26四、实验过程及结果 271.负反馈接入
2、前后放大倍数 、输入电阻 、输出电阻 的测定 .27fAiRo2负反馈对电路非线性失真的影响 30五、实验结论 33六、实验感想 33实验四 阶梯波发生器电路的设计 34一、实验目的 34二、实验要求 34三、电路原理框图 34四、实验过程与仿真结果 351.方波发生器 .352.微分电路 .36EDA 设计（一）实验报告23.限幅电路 .374.积分电路 .385.比较器及电子开关电路 .39五、实验思考题 41六、实验感想 42写在后面的话 对此次 EDA 设计的感想 43问题与解决 43收获与感受 43期望与要求 43EDA 设计（一）实验报告3实验一 单级放大电路的设计与仿真一、实验目
3、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.设计一个分压偏置的胆管电压放大电路，要求信号源频率 10kHz（峰值 110mV） ，负载电阻 ，电压增益大于 80.k102.调节电路静态工作点（调节偏置电阻） ，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（调节偏置电阻） ，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、输出特性曲线和 、 、 的值berc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
4、曲线和 、 的值LfH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，1R26R调节滑动变阻器 的阻值就可以改变三极管的静态工作点。6REDA 设计（一）实验报告4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：， ，VUBEQ674.014 VUCEQ078.143，AIb79.240mAIC8923EDA 设计（一）实验报告5图 1.2 饱和失真波形图 1.3 饱和失真时
5、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的幅值仅有 左右，即此时电路不但没有放大输入信号，反而V5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：， UBEQ2305.14， ，VC913pAIb745.8pAIC65.27EDA 设计（一）实验报告6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6R
6、 6R53%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：， VUBEQ173.041， ，C523AIb6589. AIC812.567EDA 设计（一）实验报告7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 的测量常 数CEUBufi|)(ber在绘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BEUC来，按照其直流工作点赋予其 、
7、 等效直流源电压值。最终电路如图 1.8 所示。BECEDA 设计（一）实验报告8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CEU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VUCEQ7523.入特性曲线（如图 1.10 所示） 。由公式 得， 。BEbeiur104.296berEDA 设计（一）实验报告9图 1.10 计算 时所绘制的输入特性曲线ber（2）输出特性曲线 及 的测量常 数BiCEufi|)(ce与绘制输入特性曲线一
8、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量为 和 。重新连接的电路图如下图 1.11 所示。BiE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Bi特性曲线，如图 1.12 所示。EDA 设计（一）实验报告10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AiBQ65839.2出特性曲线（如图 1.13 所示） 。由公式 得， 。由公式BCi.1.567得， 。CEceiur1830843.57916cer图 1.13 计算 时所绘制的输
9、出特性曲线cer3电路基本参数测定（1）电压放大倍数的测定EDA 设计（一）实验报告11图 1.14 所示的是电压放大倍数的测量电路。由数据计算得 03.15fA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 31iR图 1.15 输入电阻测量电路EDA 设计（一）实验报告12（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： 9521oR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
10、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 106.04。由通频带定义，将标尺置于fA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96.752maxff，上限频率 ，通频带为 8348.04Hz。HzfL76.38Hz8.1EDA 设计（一）实验报告13图 1.17 幅频特性仿真五、数据分析对照上面实验原理图 1.1，画出交流通路，进行理论分析，可得放大倍数 10.5)|(3beLurRA输入电阻 krbei 38.|)%(261输出电阻 kRo03误差分析放大倍数的相对误差 %5.910.153uA
11、E输入电阻的相对误差 4.8|iR输入电阻的相对误差 0|2.9|o由此可见，三个参数的误差均在 4%以上，误差可以说是相当大。六、实验感想实验中主要存在的问题是最终的误差过大，个人认为原因在于我在连接电路时采用了大量的虚拟元件，导致模拟时最终结果失准。实验过程中我还在调饱和失真波形时遇到了问题，在请教了老师之后，我明白是我电路设计的问题，集电极电阻过大，导致失真波形EDA 设计（一）实验报告14无法调出，这也说明了实验前预习的重要性，只有预习充分了，实验才能顺利。这是我所做的第一个 EDA 设计实验，经过了一个暑假的休息，对于模电中的一些知识已经有点淡忘了。同时我对 Muitisim 软件也
12、不是特别熟悉，所以这个实验可以说是我在摸索中前行，不过上面的所有结果毕竟都是自己做出来的，这位我后面的三个实验打下了坚实的基础。EDA 设计（一）实验报告15实验二 差动放大电路的设计与仿真一、实验目的1.掌握两种差动放大电路（长尾差动放大电路和带有恒流源的差动放大电路）的静态工作点的调试方法2.掌握两种差动放大电路的差模电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。了解差模电压放大倍数的频率特性，观察交流参数的特点；注意比较两种差动放大电路差模输入时的各自特点3.掌握两种差动放大电路的共模电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。了解共模电压放大倍数的频率特性，观察交流参数的特点；注意比较两
13、种差动放大电路共模输入时的各自特点二、实验要求1.设计一个长尾式差动放大电路，要求空载时的 大于 20VDA2.测试电路每个三极管的静态工作点值和 、 、 值berc3.给电路输入小信号，在信号双端输入状态下分别测试电路的 、 、 、VD1AVC值。1VCA三、实验原理图差分放大电路由左右两个对称的三极管放大电路组成，所选用的集电极电阻为 ，k30双端输入的信号源为 10mV，而长尾上选用了 的大电阻，以追求更高的共模抑制比。k30下图 2.1 即为实验线路图（此图为双端差模输入双端输出的电路）EDA 设计（一）实验报告16图 2.1 实验线路图（双端差模输入双端输出）同时根据实验要求，此电路
14、空载时的 要大于 20。故在实验前需要测量空载时差模VDA输入双端输出的电压增益，测量电路如图 2.2 所示。由数据计算得：，符合要求，可以继续进行下面的实验。96.24018.VDA图 2.2 空载时 的测量电路VDA四、实验过程及结果1、电路的静态分析差动放大电路的静态工作点仅由电路的直流通路决定，而输入信号均为 10mV 的交流信号，与电路的静态工作点无关。故电路静态工作点的求解需要分为两种情况，双端输出与单端输出。（1）双端输出的静态工作点值和 、 、 值测定berc由于差动放大电路左右完全对称，两个三极管的静态工作点完全相同，故进行静态分析时，只需要求解一个管子就可以了。以差模输入双
15、端输出为例，如图 2.3 所示。使用Multisim 软件的直流分析功能求解静态工作点。EDA 设计（一）实验报告17图 2.3 差模输入双端输出的差动放大电路下图 2.4 所示为双端输出的静态工作点，由数据计算得：，VUBEQ52.091VUCEQ951.561， ，nAI64. AI34.9207图 2.4 双端输出的静态工作点值测量双端输入时的 ，需要用到直流扫描分析功能，故仍需要重新连接电路，将ber和 转变成直流源，如图 2.5 所示。BEUCEDA 设计（一）实验报告18图 2.5 描绘双端输出时输入特性曲线的电路图通过对图 2.5 中的电路进行直流扫描分析，画出在 时的三极管输入
16、特VUCE951.性曲线，如图 2.6 所示。由公式 得，BEbeiurkrbe 06.73.289图 2.6 双端输出时的三极管输入特性曲线同理，在测定 时，也需要重新连接电路，将 和 转化为直流源，电路如图 2.7cer BICEU所示。EDA 设计（一）实验报告19图 2.7 描绘双端输出时输出特性曲线的电路图对图 2.7 中的电路进行直流扫描分析，画出在 时的三极管输出特性nAIB641.9曲线，如图 2.8 所示。由公式 得， 。CEceiurkrce59052.83图 2.8 双端输出时的三极管输出特性曲线（2）单端输出的静态工作点值和 、 、 值测定berc单端输出时，由于负载接
17、在一个三极管的集电极和地之间，导致左右直流通路不对称，两三极管静态工作点不同。先只求负载一侧的三极管的静态工作点，不妨设负载接在左侧三极管的集电极与地之间，电路图如图 2.9 所示。EDA 设计（一）实验报告20图 2.9 差模输入单端输出的实验线路图下图 2.10 所示为双端输出的静态工作点，由数据计算得：，VUBEQ523.092VUCEQ893.0562， ，nAI61. AI170.817图 2.10 单端输出时一管的静态工作点与双端输出相同，测量 仍需要重新连接电路，将 和 转变成直流源，如图berBEUC2.11 所示。EDA 设计（一）实验报告21图 2.11 测量单端输出时输入
18、特性曲线的线路图对图 2.11 中的电路进行直流扫描分析，画出在 时的三极管输入特性VUCE951.曲线，如图 2.12 所示。由公式 得，BEbeiurkrbe 2.8062.3793图 2.12 单端输出时一管的输入特性曲线同理，在测定 时，也需要重新连接电路，将 和 转化为直流源，电路如图cer BICEU2.13 所示。EDA 设计（一）实验报告22图 2.13 描绘单端输出时的输出特性曲线电路图对图 2.13 中的电路进行直流扫描分析，画出在 时的三极管输出特性nAIB6312.9曲线，如图 2.14 所示。由公式 得， 。CEceiurkrce 580.79图 2.14 单端输出一
19、管的输出特性曲线2.电路电压增益的测量（1）差模输入双端输出的电压增益测量电路如下图 2.15 所示，由数据计算得 687.2039.5VDAEDA 设计（一）实验报告23图 2.15 差模输入双端输出电压增益的测量电路（2）差模输入单端输出的电压增益测量电路如下图 2.16 所示，由数据计算得 34.20861.1VDA图 2.16 差模输入单端输出电压增益的测量电路（3）共模输入单端输出的电压增益测量电路如下图 2.17 所示，由数据计算得 012.7.VCAEDA 设计（一）实验报告24图 2.17 共模输入双端输出电压增益的测量电路（4）共模输入双端输出的电压增益测量电路如下图 2.1
20、8 所示，由数据计算得 93121 065.065. VCA图 2.18 共模输入双段输出的电压增益五、数据分析对照实验原理电路图，画出等效电路，计算各种输入输出状态下电压增益的理论值：EDA 设计（一）实验报告25差模输入双端输出的电压增益 27.14)|(1beLcVDrRA差模输入单端输出的电压增益 9.)|(211beLcV共模输入单端输出的电压增益 0124.)(|21 ebeLcVCRrA共模输入双端输出的电压增益 0从上述理论值的计算结果可以看出，差模输入电压增益实测值与理论值的误差非常大，而共模输入电路的电压增益实际测量值则非常准确。六、实验感想这次实验总体来说还算顺利，主要归
21、功于我的思路比较清晰，这样做起实验来就比较流畅。实验仿真中没有遇到太大的困难，但是在后期实验数据处理上遇到了一个问题，就是差模输入时的电压增益的实际测量值与理论值误差非常大。于是我重新研究了仿真实验中的电路，以及实验的过程，发现问题出在 的求解上。实验中采用求输入特性曲线上静ber态工作点附近的斜率的方法来计算 本身就存在很大的误差，而基极电流 往往就很小，be BI所以在取点的时候不容易取准，所以较大的误差就难以避免了。EDA 设计（一）实验报告26实验三 反馈放大电路的设计与仿真一、实验目的1.掌握多级阻容耦合放大电路静态工作点的调试2.掌握各种反馈（电压、电流、串联、并联）的区别与接入方
22、法3.了解反馈对电路电压增益、输入输出电阻以及非线性失真的影响二、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 ，电压增益大于 100。k.52给点了引入电压串联负反馈：测试负反馈接入前后电路放大倍数、输入、输出电阻，并验证 FAf1改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响三、实验原理图如图 3.1 所示即为实验原理图，放大电路有两个阻容耦合的共射放大电路构成，因此具有较大的放大倍数。反馈接在输出端与第一个三极管的发射级之间，因此为电压串联负反馈。图 3.1 实验原理电路图EDA 设计（一）实验报告27四、实验过程及结果1.负反馈接入
23、前后放大倍数 、输入电阻 、输出电阻 的测定fAiRo（1）负反馈接入前（开环）图 3.2 所示为负反馈接入前电压增益的测量电路。由测量结果计算得： 3.210fA图 3.2 开环电压增益测量电路下图 3.3 为负反馈接入前输入电阻测量电路。由测量数据计算得： 710825.140nAmVRi图 3.3 开环输入电阻的测量电路EDA 设计（一）实验报告28如图 3.4 所示为负反馈接入前，电路输出电阻的测量电路。由测量结果计算得： 28614.391AVRo图 3.4 开环输出电阻的测量电路（2）负反馈接入后（闭环）图 3.5 所示即为接入负反馈后电压放大倍数的测量电路。由测量数据可以计算得：
24、 。416.0fA注意到，反馈电阻 ，故反馈系数 。kRf 11feRF由此基本可以验证，在深度负反馈的条件下，电压放大倍数 。FAfEDA 设计（一）实验报告29图 3.5 闭环电压增益测量电路下图 3.6 所示为负反馈介入后输入电阻的测量电路。由测量结果计算得： 9081.nAmVRi图 3.6 闭环输入电阻测量电路如下图 3.7 所示为负反馈接入后，输出电阻的测量电路。由测量数据可以计算得： 3.27958.31mAVRoEDA 设计（一）实验报告30图 3.6 闭环输出电阻侧脸电路2负反馈对电路非线性失真的影响（1）负反馈接入前如下图 3.7 所示为未接入负反馈时，输入信号为 1mV 是的输出波形。从波形上可以看出，放大电路起到的放大的作用，且波形未出现失真。图 3.7 开环时输入信号为 1mV 时的输出波形：
