1、1实验一 单级放大电路的设计与仿真一、实验目的1、掌握放大电路的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、实验内容和步骤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 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，并且幅度尽可能大。在此状态下测试：1 电路静态工作点值；2 三极管的输入、输出特性曲线和 、
2、rbe 、rce 值；3 电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；4 电路的频率响应曲线和 fL、fH 值。三、实验步骤1.设计分压偏置的单管电压放大电路（电路图入图 1 所示）2图 12测定饱和失真和截止失真1）饱和失真调节滑动变阻器，当滑动变阻器的值为 15k 时，示波器中输出电压的波形底部被削平，出现了饱和失真。如图 2 所示3图 2对电路进行直流分析，得到如下静态工作点的值：Ib=2.28mA,Ic=11uA,Vce=0.63V42) 截止失真由于输入的信号过小，因此很难观察到截止失真的现象，因此将小信号的峰值调至 50mV，调节滑动变阻器，当滑动变阻器的值为 50k 时，示波器中输出电压
3、的波形顶部被削平，出现截止失真。如图 3 所示。图 3对电路进行直流分析，得到如下静态工作点的值：5Ib=5.27uA,Ic=1.14uA.Vce=6.28V3)观察不失真并测定参数调节滑动变阻器，当滑动变阻器的值为 30k 时，波形基本对称且幅度最大，如图 5 所示图 5再通过对电路图进行直流分析，得到如下静态工作点的值：6Ib=7.64uA,Ic=1.62mA.Vce=3.88V4.测试三极管的输入、输出特性曲线和 、 rbe 、 rce值1)当电路不失真时，可根据 Ib 与 Ic 的值测得 =Ic/Ib=2122) 三极管的输入特性曲线：图 6 为测试三极管输入的实验图，使用直流扫描，可
4、得输入特性曲线如图7 所示：图 67图 7静态时 Ib=7.64uA,在图 7 中找到静态工作点 Q, 在 Q 点附近取两个点，斜率的倒数即为 rbe, rbe=dx/dy=5.25K3）三极管的输出特性曲线：图 8 为测试三极管输出的实验图，使用直流扫描，可得输出特性曲线如图9 所示：图 88图 9通过静态时的 Ic 找到 Q 点，在 Q 点附近取两个点，斜率的倒数即为rce=dx/dy=68k4.测量电路的输入电阻、输出电阻和电压增益1)测量输入电阻输入电阻的测试电路如图 10 所示。将万用表 XMM2 设置为交流电流表，万用表XMM1 设置为交流电压表。从这两个表中读出电流和电压的值，如
5、图 11 所示。Ri=Vi/Ii=3.8kIb=7.64uA9图 10 测量输入电阻电路图图 11 电流表与电压表读数2)测量输出电阻输出电阻的测试电路如图 12 所示。将万用表 XMM2 设置为交流电流表，万用表XMM1 设置为交流电压表。从这两个表中读出电流和电压的值，如图 13 所示。Ro=Vo/Io=2.9k10图 12 测量输出电阻电路图图 13 电流表与电压表读数3）测量电压增益测量电压增益的电路图如图 14 所示，XMM1 测量输入电压， XMM2 测量输出电压，示数如图 15 所示。Av=Vo/Vi=78.5611图 14 测电压增益实验图图 15 4. 电路的频率响应曲线和
6、fL、fH 值对电路进行交流分析，得到频率响应曲线如图 16 所示，由最大分贝减 3 分贝得到 fl 和 fh 的值， fl=78.43HZ,fh=23.02MHZ：12图 165 误差分析三极管的 真=220，实际测得的 =212，误差 E=| 真-|/ 真=3.6%Ri=R1/(R2+R5)/rbe=3.77k,实验测得 Ri=3.8k,误差 E=|Ri 真-Ri|/Ri 真=0.88%Ro=R3=3k,实验测得 Ro=2.9k E=|Ro 真-Ro|/Ro 真=3.3%|Av|=*Rl/R3/rbe=79.15, 实验测得 Av=78.56,误差 E=0.75%存在误差，一方面是选不失真
7、的静态工作点时，存在一定的偏差，在输入输出曲线中，选两点求斜率也会导致有误差，但是所有误差在可接受范围之内。四、实验小结当三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中的三级管提供合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区，如果静态工作点不适合，输出波形则会产生非线性失真。实验中，采用峰值为 10mV 的信号源，由于输入的信号过小，因此很难观察到截止失真的现象，找到原因后，我测截止失真时将信号源的峰值调到了 50mV，出现了截止失真。所以可以看出，放大器的信号源对截止失真的观察有影响。当静态工作点设置在合适的位置时，即保证三极管在交流信号的整个周期13均工作在放大区时，三极管有电流放大
8、特性，通过适当的外接电路，可实现电压放大。表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数，输入电阻，输出电阻。由于电路中有电抗元件电容，另外三极管中的 PN 结有等效电容存在，因此，对于不同频率的输入交流信号，电路的电压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系定义为频率特性，频率特性包括：幅频特性即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性即电压放大倍数的相位与频率的关系。结 论这个实验是我 EDA 设计的第一个实验，由于是刚刚开始，所以花了比较多的时间去做，做完后回想起来，感觉这个实验不管是原理还是设计的复杂度，都是相对简单的，花费比较的时间一方面是对软件不太熟悉，另一个原因是我比较马虎。当做截止
9、失真的部分时，我无论怎么调节电路，都不出现截止失真，我当时太关注各个电阻和电容，忽视了信号源的问题，所以我分析了很久无果。浪费了很多时间后才发现是信号源的问题。这次试验是我熟悉可 multisim 这个软件，同时，教会我学习中除了要抓重点，细节也不可以忽视。参考文献1 付文红、花汉兵 EDA 技术与实验机械工业出版社 2007 年2 王建新、姜萍 电子线路实践教程科学技术出版社 2003 年3 郑步生、吴渭 Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用 2002年4 周淑阁,付文红, 等. 模拟电子技术基础M. 北京: 高等教育出版社, 2004. 5 温平平，贾新章模拟乘法器的建模及
10、其应用J电子科技，2004，3 .14实验二 负反馈放大电路的设计与仿真一 实验目的1 研究负反馈对放大电路输出信号的影响。2 掌握负反馈对放大电路输入电阻 Ri、输出电阻 Ro 以及电压增益的影响，并且验证 AF1/F.3 了解负反馈对放大电路通频带的影响和非线性失真的影响。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 1k，电压增益大于 100。2. 给电路引入电压串联负反馈：1）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。2）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 实验步骤1. 设计一个阻容耦合两
11、级电压放大电路（电路如图 1 所示） ，用示波器连接输入端和输出端，波形如图 2 所示，从中可以计算出不接负载时电路放大倍数。Av=Vo/Vi=714.0815图 1图 2162.电路引入电压串联负反馈，电路如图 3 所示，用电压表测输入端和输出端的电压，如图 4 示，从中可以计算出接负载时电路放大倍数。Af=Vo/Vi=56.17电压串联负反馈电路中，F=Vf/Vo,电压表连接后，如图 5 所示，测得F=0.017图 3图 417图 53.负反馈接入前后的输入输出电阻1)接入前测输入电阻的电路图如图 6 所示，其中 XMM1 为电压表，XMM2 为电流表，示数如图 7 所示 Ri=1.4k图
12、 618图 7测输入电阻的电路图如图 8 所示，其中 XMM1 为电压表，XMM2 为电流表，示数如图 9 所示,Ro=3.7k图 8图 9192)接入后测输入电阻的电路图如图 10 所示，其中 XMM1 为电压表，XMM2 为电流表，示数如图 11 所示 Ri=5.04k图 10图 1120测输出电阻的电路图如图 12 所示，其中 XMM1 为电压表，XMM2 为电流表，示数如图 13 所示 Ro=52图 12图 13214.负反馈接入前后的频率特性1）负反馈接入前，频率特性如图 14 所示图 14fl=806HZ,fh=32kHZ2）负反馈接入后，频率特性如图 15 所示图 15Fl=10
13、4HZ,fh=1.43MHZ通过比较可以发现，加入负反馈后，同频带明显增宽。225.改变输入信号的幅度，当输入型号为 15mV 时，出现失真，如图 16 所示图 16四 实验小结下表为接入反馈前后，相关数据的值：未接入反馈 接入反馈电压放大倍数 714.08 56.11输入电阻 1.4k 5.04k输出电阻 3.7k 52fl - fh 808HZ-32KHZ 104HZ-1.43MHZ从数据中分析可以证明，电压串联负反馈增加输入电阻，减少输出电阻，展宽通频带，实验中还测得 F=0.017,1/F=58.82,证明 Af1/F。23结 论这个实验在第一个实验的基础上略增加难度，但是由于有了做第
14、一个实验的基础，所以这个实验做的还是相当快的，唯一有障碍的地方是我测反馈系数 F的过程中，走了几次弯路，后来我又翻了一遍模电书中的相关内容，知道了反馈系数就是 Vf/Vo,原理知道了，测起来就方便了。总之，这个实验还是较为顺利的，最后的实验结论也与理论的相吻合。以前学习模电的时候只知道很理论的记住加入电压串联负反馈后，能稳定电压，输入电阻增加，输出电阻减小，能展宽同频带，减小非线性失真，经过这次的实验，通过自己设计电路，我对这些理论的东西有了更深入更具体的认识。参考文献1 付文红、花汉兵 EDA 技术与实验机械工业出版社 2007 年2 王建新、姜萍 电子线路实践教程科学技术出版社 2003
15、年3 郑步生、吴渭 Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用 2002年4 周淑阁,付文红, 等. 模拟电子技术基础M. 北京: 高等教育出版社, 2004. 5 温平平，贾新章模拟乘法器的建模及其应用J电子科技，2004，3 .24实验三 阶梯波发生器的设计与仿真一 实验目的1）掌握阶梯波发生器电路的结构特点2）掌握阶梯波发生器电路的工作原理3）学习复杂的集成运算放大电路的设计二 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
16、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，确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件。三实验步骤1）设计方波发生器，电路如图 1 所示，输出波形如图 2 所示。25图 1图 22）在方波发生器的输出端接电阻和电容，组成微分电路如图 3 所示，得到尖脉26冲的波形图如图 4 所示图 3图 43）设计限幅电路，将负半周的尖脉冲滤除掉。利用二极管单向导通性来进行27限幅，电路如图 5 所示，输出地单边尖脉冲如图 6 所示。图 5图 64）设计积分累加电路，用集成运放组成的积分电路实现积分累加，在前面电28路的基础上
17、连接积分累加电路，如图 7 所示，打开仿真开关，得到积分累加电路的波形如图 8 所示图 7图 85）设计周期阶梯波，在（4）的基础上加上电压比较器和开关控制电路，就29组成了完整的阶梯波发生器，如图 9 所示，电路的输出波形如图 10 所示图 9图 10从图 10 可以看出，电压的周期约为 20ms，输出电压范围约 10V，阶梯个数为305 个，符合设计要求。5）确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件因为振荡周期 T=2R8C2ln(1+2R4/R2),所以理论上说，阶梯波的周期与 R8C2 成正比。对于微分电路，vo=-R7C3(dv/dt),积分电路 vo=-1/R5C4vdt,所以理论上阶梯波的高度与 R7C3 成正比，与 R5C4 成反比。a. 单独改变 R8 的值，原来 R8=71.5k,现使其增加约一倍，R8=143k,输出波形如图 11 所示，周期 T40ms。单独改变 C2 的值，使其增加一倍，输出波形如入 12 所示，周期 T40ms,从中可以看出，阶梯波的周期与方波发生器的 R8C2 成正比图 11
