1、 EDA 设计 （I） 实验报告 - 0 -南 京 理 工 大 学EDA 设计（ ）实验报告作 者 :学 号：学 院 (系 ):专 业 :指导老师： 实验日期： 2010 年 10 月摘 要EDA 设计 （I） 实验报告 - 1 -此次 EDA 实验虽然只进行了一周，但我感觉自己受益颇多，四个小实验虽不是很大很难的工程，但仍然有一翻学问在里面。运用学过的知识接触了新的软件，将学与用结合在一起，更加客观的了解到平时学习过程中接触到的一个个字符一般的元器件和电器具的特性功能。同时，软件实验有一个好处便是仿真，可以随时根据自己的要求改变设计电路的细节，不必动辄浪费元件，但是在实验之前仍然需要深思熟虑
2、，充分考虑好设计的电路是否实用和经济。在实验过程中也不可掉以轻心，抱着侥幸的心理对实验的精确度潦草应事，否则便会影响实验的精确度，是实验误差偏大，从而在追求真理的道路上困难重重。因此每做一个实验之前，我都要事先准备好实验内容，熟悉实验要求，掌握实验所涉及的元器件和知识。这样，做实验时才不会手忙脚乱，一无所知。同时，带着问题来做实验，收获也是不一样的。我想仿真实验就是一次次的不断精益求精。关键词 优化电路 预习 EDA 仿真实验 元器件工作原理目 录EDA 设计 （I） 实验报告 - 2 -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、实验步骤 31、电路的饱和失真和截
3、止失真分析 42、三极管特性测试 73电路基本参数测定 8四、实验小结 12实验二 差动放大电路的设计与仿真 13一、实验目的 13二、实验要求 13三、实验步骤 131、电路的静态分析 142.电路电压增益的测量 .19四、实验小结 23实验三 负反馈放大电路的设计与仿真 24一、实验目的 24二、实验要求 24三、实验步骤 241.负反馈接入前后放大倍数 、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 29四、实验小结 32实验四 阶梯波发生器电路的设计 33一、实验目的 33二、实验要求 33三、电路步骤 331.方波发生器 .342.微分电路 .353.
4、限幅电路 .364.积分电路 .375.比较器及电子开关电路 .38四、实验小结 39结论40参考文献40实验一 单级放大电路的设计与仿真EDA 设计 （I） 实验报告 - 3 -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. 设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率 10kHz(峰值 1mV) ，负载电阻 3.9k，电压增益大于 70。2. 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
5、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 、 rbe 、 rce值； 电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；电路的频率响应曲线和 fL、 fH值。三、实验步骤1、单级放大电路原理图如图 1-1 所示。 电阻 、 和滑动变阻器 组成分压偏置器，调节滑动1R26R变阻器 的阻值就可以改变三极管的静态工作点。6REDA 设计 （I） 实验报告 - 4 -图 1-1 单级放大电路原理图2、电路饱和失真输出电压波形图调节电位器的阻值改变静态工作点，当电位器的阻值为 5%Rw时,显示饱和失真的波形如下，如图 1-2
6、所示，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：， VUBEQ6401.510 VUCEQ316.54， AIb78. mAI628.1图 1-2 饱和失真输出电压波形图EDA 设计 （I） 实验报告 - 5 -图 1-3 饱和失真的静态工作点值3、截止失真输出电压波形图当交流电压源为 10mv 时，电位器的阻值为 95% Rw时，显示截止失真图形如图 1-4 所示，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：， ， VUBEQ63452.0510 VUCEQ807.454
7、， AIb28.6 mAIC321图 1-4 截止失真输出电压波形图EDA 设计 （I） 实验报告 - 6 -图 1-5 截止失真的静态工作点值4、最大不失真输出电压波形图调节滑动变阻器 ，并不断观察输出端示波器上的波形，在滑动变阻器6R划片位于 50%的位置时可以得到最大不失真波形，如图 1-6 所示。图 1-7 所6R示的即为所对应的静态工作点，计算得：， ，VUBEQ6401.510 VUCEQ316.54， AIb78. mAI628.1图 1-6 最大不失真波形图EDA 设计 （I） 实验报告 - 7 -图 1-7 最大不失真的静态工作点值5、三极管特性测试（1）输入特性曲线在绘制三
8、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BEUC态的三极管复制出来，按照其直流工作点赋予其 、 等效直流源电压值。BEUC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EDA 设计 （I） 实验报告 - 8 -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VUCEQ316.的输入特性曲线（如图 1-9 所示） 。由公式 得，BEbeiur。2341065.8396ber图 1-9 计算 时所绘制的输入特性曲线ber（2）输出特性曲线与绘制输入特性曲线一样，绘制输出特
9、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 1-10 所示。BiCEuEDA 设计 （I） 实验报告 - 9 -图 1-10 绘制三极管输出特性曲线的实验线路图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 1-11 所示） 。由公式 得，AiBQ781. BCi。由公式 得，1.20.6463 CEceiur。47193.586cer图 1-11 计算 时所绘制的输出特性曲线cer6、在最大不失真情况下电路基本参数测定（1）放大倍数测定图 1-12 所示的是电压放大倍数的测量电路。由数据计算得 92fA由电路 1-1
10、可得，放大倍数的理论值计算为 .10)|(3beLurR可见理论值与实际测量值比起来还是有所误差。EDA 设计 （I） 实验报告 - 10 -图 1-12 电压放大倍数测量电路（2）输入电阻的测定图 1-13 所示的是输入电阻测量电路。由数据计算得 3980iR由电路 1-1 可得输入电阻理论值应为 2|)%5(261bei r图 1-13 输入电阻测量电路EDA 设计 （I） 实验报告 - 11 -（3）输出电阻的测定测量电路如图 1-14 所示。由数据计算得： 326oR由电路 1-1 可得，输出电阻理论值为 0图 1-14 输出电阻测量电路（4）频率特性仿真利用 Multisim 软件中
11、的交流仿真分析，对电路中的 5 节点进行交流分析。可以轻松的得到电路的幅频和相频特性曲线，如下图 1-15 所示。从特性图上可以看出 的最大值，即 max y 为 40.7224，用 max y 的值减去 3fA即得到上下限频率。由此可得，下限频率 ，上限频率HzfL1038.2，通频带为 974.3896Hz。HzfH493.图 1-15 幅频和相频特性曲线EDA 设计 （I） 实验报告 - 12 -四、实验小结整个实验做出来却发现误差很大，我分析原因是因为我在调试电路时不很精确导致，比如要求饱和失真，我调节滑动变阻器时却有种得过且过的心态，认为有一点失真也算达到实验目的了，结果测量值偏离理
12、论值很多。第一次实验给我一个教训，做实验千万不能马虎了事，抱着侥幸心理，往往给实验带来很大误差。影响实验数据，从而远离了追求真理的道路。EDA 设计 （I） 实验报告 - 13 -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
13、交流参数的特点；注意比较两种差动放大电路共模输入时的各自特点。二、实验要求1. 设计一个带射极恒流源(由三极管构成)的差动放大电路，要求空载时的AVD 大于 20；2. 测试电路每个三极管的静态工作点值和 、 rbe 、 rce值；3. 给电路输入直流小信号，在信号双端输入状态下分别测试电路的AVD、A VD1、 A VC、 A VC1值。三、 实验步骤1、差动放大电路原理图（图 2-1 为双端差模输入双端输出的电路）EDA 设计 （I） 实验报告 - 14 -图 2-1 差动放大电路原理图实验要求电路空载时的 要大于 20。故在实验前需要测量空载时差模输入双VDA端输出的电压增益。由数据计算
14、得： ，符合要求，可以0.21.4VD继续进行下面的实验。2、各三极管的静态工作点分析（1）Q1、Q2 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。如图 2-2 所示。使用 Multisim 软件的直流分析功能求解静态工作点。EDA 设计 （I） 实验报告 - 15 -图 2-2 Q2 输出静态工作点值由数据计算得：， VUBEQ501.131 VUCEQ71.121， ， nAI.4AICQ68.250测量输入时的 ，需要用到直流扫描分析功能，故仍需要重新连接电路，ber将 和 转变成直
15、流源，如图 2-3 所示。BEUC图 2-3 描绘 Q2 的输入特性曲线的电路图通过对图 2-3 中的电路进行直流扫描分析，画出在 时的三VUCE71.极管输入特性曲线，如图 2-4 所示。由公式 得， BbeiurEDA 设计 （I） 实验报告 - 16 -0.5411036.4293ber图 2-4 Q2 输出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cer BICEU图 2-5 所示。图 2-5 描绘 Q2 的输出特性曲线的电路图对图 2-5 中的电路进行直流扫描分析，画出在 时的三极管nAIB3104.输出特性曲线，如图 2-6 所示。由公式
16、 ，CEceiur。6610.3109.8cerEDA 设计 （I） 实验报告 - 17 -图 2-6 Q2 输入的三极管输入特性曲线（2）Q3 的静态工作点值和 、 、 值berc图 2-7 Q3 输出静态工作点值由数据计算得：， VUBEQ521.01451 VUCEQ580.61431， ， nAI3698. AICQ4590.7279测量输入时的 ，需要用到直流扫描分析功能，故仍需要重新连接电路，berEDA 设计 （I） 实验报告 - 18 -将 和 转变成直流源，如图 2-8 所示。BEUC图 2-8 描绘 Q3 的输入特性曲线的电路图通过对图 2-8 中的电路进行直流扫描分析，画
17、出在 时的三VUCE5804.6极管输入特性曲线，如图 2-9 所示。由公式 得， Bbeiur0.4721089.4263ber图 2-9 Q3 输出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cer BICEU图 2-10 所示。EDA 设计 （I） 实验报告 - 19 -图 2-10 描绘 Q3 的输出特性曲线的电路图对图 2-10 中的电路进行直流扫描分析，画出在 时的三极管nAIB3698.输出特性曲线，如图 2-11 所示。由公式 得，CEceiur。6610.3109.8cer图 2-11 Q3 输入的三极管输入特性曲线3、差模输入双端输
18、出的电压增益测量电路如下图 2-12 所示，由数据计算得 4.162038VDAEDA 设计 （I） 实验报告 - 20 -图 2-12 差模输入双端输出电压增益的测量电路4、差模输入单端输出的电压增益测试单端输出的电压增益时，先将两端电压源置零，然后对 2 节点进行直流分析，分析静态工作点值，如下图 2-13。EDA 设计 （I） 实验报告 - 21 -图 2-13 差模输入单端输出电压增益的测量电路（2 节点静态工作点）接着恢复原电路图，对 2 节点的电压进行测量。如图 2-14图 2-14 差模输入单端输出电压增益的测量电路（测量值） 6.8201391VDA5、共模输入双端输出的电压增
19、益测量电路如下图 2-15 所示，由数据计算得 069.2138.0VCAEDA 设计 （I） 实验报告 - 22 -图 2-15 共模输入双端输出电压增益的测量电路6、共模输入单端输出的电压增益测量方法和差模输入方法一致，见图 2-16 和 2-17。对 2 节点静态工作点分析图 2-16 共模输入单端输出电压增益的测量电路（2 节点静态分析）EDA 设计 （I） 实验报告 - 23 -图 2-17 共模输入单端输出电压增益的测量电路(测量值) 035.209.1381VCA四、实验小结本次试验中，问题最大的就是差模和共模的单端输出电压增益的测量方法，一开始我将电路两端对称的电压源置零，测量
20、负载两端电压值，然后再将电压源连接至电路中，再次测量负载两端电压值，然后将两值相减。但是往往这两种方法得到的电压值基本相同，相减后数值为零。为了得到更加精确的数据，我对三极管 c 端节点进行了静态工作点分析，这样得到的数值就会更加精确。本次试验我知道了，当实验中出现问题的时候，不妨换一种思维方式，以获得更加精确稳妥的数据。EDA 设计 （I） 实验报告 - 24 -实验三 负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.
21、设计一个阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率 20kHz(峰值 1mv) ，负载电阻 3k，电压增益大于 100。2. 给电路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、输出电阻和频率特性。 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、 实验步骤1、负反馈接入电路前放大倍数 、输入电阻 、输出电阻 的测定fAiRo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。若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。EDA 设计 （I） 实验报告 - 25 -图 3-1 负反馈接入电路前 Af此时负反
22、馈没有接入电路 。16fA图 3-2 负反馈接入电路前输入电阻 RiRi=1mV/0.145uA=6897 欧EDA 设计 （I） 实验报告 - 26 -图 3-3 负反馈接入电路前输出电阻 RoRo=1V/0.349mA=2865 欧2、负反馈接入后放大倍数 、输入电阻 、输出电阻 的测定fAiRo图 3-4 负反馈接入电路后 Af由实验图可知 。10fAEDA 设计 （I） 实验报告 - 27 -图 3-5 负反馈接入电路后输入电阻 RiRi=1mv/0.140uA=7143 欧图 3-6 负反馈接入电路后输出电阻 RoEDA 设计 （I） 实验报告 - 28 -3、负反馈接入前后的频率特
23、性曲线（1）负反馈接入前负反馈接入电路前，对三极管交流分析，得到幅频和相频特性曲线。如图 3-7所示。用 将两条线放置在数值两端，得到 ,69.172maxy 3216.7Lf 9843.Hf图 3-7 接入负反馈前频率特性曲线（2）负反馈接入后负反馈接入电路后，对三极管交流分析，得到幅频和相频特性曲线。如图 3-8所示。用 将两条线放置在数值两端，得到 ,279.maxy 562.3Lf6584.3HfEDA 设计 （I） 实验报告 - 29 -图 3-8 接入负反馈后频率特性曲线4、负反馈对电路非线性失真的影响（1）负反馈接入前如下图 3-9 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 3-9 接入负反馈前输入信号为 1mV 时的输出波形：
