1、EDA 设计（一）实验报告1EDA 设计实验报告南京理工大学学院：电光学院EDA 设计（一）实验报告2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
2、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，调节滑动变阻器的阻值就可以改变三极管的静态工作点。EDA 设计（一）实验报告3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：， ，VUUBEQ6941.031 VUUCEQ085.34，AIb5
3、89.26mAIC5EDA 设计（一）实验报告4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EDA 设计（一）实验报告5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：, ，mVUUBEQ83.54631 VUUCEQ60.134， 。nAIb.728AIC70图 1.4 截止失真波形EDA 设计（一）实验报告6图 1.5
4、 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 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：， ，VUUBEQ6594.031 VUUCEQ617.34，AIb278.mAIC2EDA 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EDA 设计（一）实验报告82、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 Mu
5、ltisim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，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CEU入特性曲线，如图 1.9所示。EDA 设计（一）实验报告9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VUCEQ617.特性曲线（如图 1.10所示） 。由公式 得，BEbeiur。10336.214593berEDA 设计（一）实验报告10图 1.10 计算 时所绘
6、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。BiCE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11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AiBQ278.1出特性曲线（如图 1.13所示） 。由公式 得， 。BCi34065
7、39.23由公式 得， 。CEceiur390cer图 1.13 计算 时所绘制的输出特性曲线cerEDA 设计（一）实验报告123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 78.10fA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 1243iREDA 设计（一）实验报告13图 1.15 输入电阻测量电路（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： 152oR图 1
8、.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09.742maxff率 ，上限频率 ，通频带为 。KHzfL063.1MHzH126z1026.9MHEDA 设计（一）实验报告14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对待。即电路静态工作点的设置问题。
9、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EDA 设计（一）实验报告15EDA 设计（一）实验报告16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EDA 设计（一）实验报告173.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
10、馈引入前放大倍数 Au=119.894mv/707.069uV=169.58EDA 设计（一）实验报告18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EDA 设计（一）实验报告19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 1/FA因为 ， 。若想验证 ，即验证 。/FoiX/foX1/FAfiX实验电路图：EDA 设计（一）实验报告20从交流表的读数可看出， =626.
11、939uV =707.08uV 所以基本fXiX可得到 ， 进而得到 。fXi 1/FA3、测试负反馈接入前后电路频率特性和 ， 值lfh实验原理电路图如下：（1） 反馈引入前EDA 设计（一）实验报告21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为上限截止频率和下限截止频率为 fL=2.2936kHz ，f H=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 ，f H=141.6495kHz.。EDA 设计（一）实验报告
12、224.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EDA 设计（一）实验报告23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）根据验证 实验仿真可得，当电路引入深度负反馈时，1/FA，放大倍数几乎仅决定于反馈网络，而反馈网络通常由电阻FA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
13、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EDA 设计（一）实验报告24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、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
14、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。EDA 设计（一）实验报告25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方波发生器图中 R2，R 1组成正反馈电路，R 3和 C1 组成负反馈电路，实稳压管 D1，D 2起着输出限幅作用。输出波形为：振 荡 控 制 电 路 方 波 发 生 微 分 电
15、 路 限 幅 电 路 积 分 累 加 电 路 比 较 器 电 子 开 关 电 路 电 源 EDA 设计（一）实验报告262方波电路+微分电路EDA 设计（一）实验报告27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EDA 设计（一）实验报告28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：EDA 设计（一）实验报告294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。EDA 设计（一）实验报告30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。
