南理工EDA课程设计优秀.docx

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南理工EDA课程设计优秀

EDA设计

实验报告

南京理工大学

学院：

电光学院

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5.1kΩ，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、、的值

③电路的输入电阻、输出电阻和电压增益

④电路的频率响应特性曲线和、的值

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。

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：

，，，

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：

，，。

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53%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：

，，，

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

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，即时的输入特性曲线（如图1.10所示）。

由公式得，。

图1.10计算时所绘制的输入特性曲线

（2）输出特性曲线及的测量

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。

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特性曲线，如图1.12所示。

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，即时的输出特性曲线（如图1.13所示）。

由公式得，。

由公式得，。

图1.13计算时所绘制的输出特性曲线

3．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

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

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：

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maxy为104.77。

由通频带定义，将标尺置于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，上限频率，通频带为。

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。

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

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1kΩ，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

3.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）反馈引入前

放大倍数Au=119.894mv/707.069uV=169.58

输入电阻Ri=707.069uV/90.686nA=7.8kΩ

输出电阻Ro=707uv/231.552nA=3.05kΩ

（2）反馈引入后

放大倍数Au=28.319mV/707.08uV=40

输入电阻Ri=0.707mV/1.826uA=0.387kΩ

输出电阻Ro=707uv/2.524uA=280Ω

（2）验证

因为，。

若想验证，即验证。

实验电路图：

从交流表的读数可看出，=626.939uV=707.08uV所以基本可得到，进而得到。

3、测试负反馈接入前后电路频率特性和，值

实验原理电路图如下：

（1）反馈引入前

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，fH=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，fH=141.6495kHz.。

4.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

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，，放大倍数几乎仅决定于反馈网络，而反馈网络通常由电阻组成，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。

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，R1组成正反馈电路，R3和C1组成负反馈电路，实稳压管D1，D2起着输出限幅作用。

输出波形为：

2．方波电路+微分电路

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

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：

4．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。

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。

四.实验结果分析

1．调节电路中的哪些元器件值可以改变阶梯波的周期

（1）首先改变R3，将R3阻值变大，波形图如下：

通过波形图可看到周期变为26.325ms，得到结论在改变R3后T增大。

（2）改变C1，将C1容值变大，波形图如下：

通过波形图可看到周期变为52.137ms，得到结论在改变C1后T增大。

改变R1与R2的比值，使R2/R1增大。

通过波形图可以看出周期为7.863ms,周期减小。

综上所诉；

改变R3、C1的值或R1与R2的比值能够改变阶梯波的周期，并且阶梯波的周期与R3、C1的值或R1与R2的比值成正比。

2．调节电路中的哪些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围

（1）首先改变R12，将R12阻值变大，波形图如下：

可以看到，输出电压范围变为-0.607V到-9.013V之间，可得到结论输出电压范围变小。

（2）再改变，将C3容值变大，波形图如下：

从输出波形看到，输出电压范围变为-8.644V到-0.238V之间，可得到结论输出电压范围变小。

综上所诉：

R8和C3可以改变阶梯波每个阶梯的高度，也即可以改变两次输出电压跳变之间阶梯的个数，但周期跟幅度不变。

且R8*C3与每个阶梯波的高度成反比。

实验体会

这次是我第一次做EDA实验，对于EDA和Multisim软件的某些功能还是有点生疏。

因此在实验过程中，时常会遇到一些技术上的问题，比如某些实验要求的波形出不来，线路的参数不符合要求等，我都会尽力去检查线路，争取找到问题所在，实在有问题的时候还是要请教其他的同学和老师。

不过，最终我的问题都得到了解决，总体来说，实验还是进行得比较顺利的。

通过此次EDA设计的实验，我明白了一个道理，想要在实验中少出问题，课前的预习工作就必须做得扎实。

经过了一个暑假的休息放松，我已经渐渐淡忘了模电的相关知识。

但是经历了EDA设计的三次实验我不但重新掌握了这些知识，而且印象还更加深刻了。

这次的EDA设计时对以前所学知识的一次升华。

比如，我以前只学过运算电路，但是此次实验要求我们利用各种运算电路组成一个阶梯波发生器，而且阶梯波的电压输出范围和周期还是有严格要求的，需要我们自己去调试。

总