北航电子电路设计训练模拟部分实验报告.doc

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电子电路设计训练

模拟部分实验

实验报告

实验一：

共射放大器分析与设计

1.目的：

（1）进一步了解Multisim的各项功能，熟练掌握其使用方法，为后续课程打好基础。

（2）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图1所示的单管共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输出波形的影响。

（3）加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响。

（4）观察失真现象，了解其产生的原因。

图1实验一电路图

2.步骤：

（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。

（2）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。

（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。

（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

（5）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

（6）请分别在30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点利用示波器测出输入和输出的关系，并仔细观察放大倍数和相位差。

（提示：

在上述实验步骤中，建议使用普通的2N2222A三极管，并请注意信号源幅度和频率的选取，否则将得不到正确的结果。

）

3.实验结果及分析：

（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。

由simulate->analyses->DCoperatingpoint,可测得该电路的静态工作点为：

图2直流工作点

由V（5）>V（4）>V

（2）,可知，晶体管发射结导通，且发射结正偏，集电结反偏，晶体管工作在放大状态。

（2）详细说明测量输入电阻的方法（操作步骤），并给出其值。

图3输入电阻测量

使用交流模式的电流表接在电路的输入端测量输入电压和输入电流，如图所示，可得输入电阻：

。

（3）详细说明测量输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值。

图4输出电阻测量

分别测量空载时的输出电压和带载时的输出电压，得到输出电阻：

（4）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤）。

a.利用软件右侧栏的BodePlotter测量幅频、相频特性曲线，将输入端连接仪器IN端，输出端连接仪器OUT端，共地后点击运行，得出幅频、相频特性曲线，如下图。

图5幅频特性曲线

图6相频特性曲线

b.利用软件的交流分析功能测得电路的幅频、相频特性曲线。

选择simulate->analyses->ACAnalysis，添加仿真输出点后，选择simulate，可得幅频、相频特性曲线，与前面用仪表测量得到的频率特性曲线相同。

图7交流分析频率特性

（5）根据得到的幅频特性曲线，利用作图器的标尺功能，指出该电路的fL和fH（3dB）。

根据图5可得幅频曲线最高点为17.794Hz，分别找两侧比最大值衰减3dB的频率值，如下图所示，可以得到。

图8fL测量

图9fH测量

（6）将得到的30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点的输入和输出关系和刚才得到的幅频、相频特性曲线对比，你有何看法？

图1030Hz

图111KHz

图12100KHz

图134MHz

图14100MHz

输入频率不同时，输出的放大倍数和相位差：

30Hz

1000Hz

100KHz

4MHz

100MHz

放大倍数

1.320

7.56

10

9.6

6.96

相位差（度）

37

180

180

180

221.7

从上表中可以看出，测得的放大倍数与相位差与前面所测的幅频、相频特性曲线相符。

（7）请分析并总结仿真结论与体会。

这是我们电子电路设计训练的第一次实验，第一次接触Multisim，感受到了该软件在电路分析中的强大功能，也把模电课上所学的东西用于实践，因此对知识有了更深的理解。

本次实验中，对于实验操作，收获最大的地方是要注意用仪表测量时哪些情况该用直流、哪些情况该用交流，选择错误就无法得到正确的实验结果。

实验二：

射级跟随器分析与设计

1.目的：

通过使用Multisim来仿真电路，测试如图2所示的射随器电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输入输出特性的影响。

图15实验二电路图

2.步骤：

（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。

（2）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。

（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。

（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

（5）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

（6）用瞬态分析法分析其电压跟随器特性，随意改变负载电阻阻值，观察输出特性有何变化。

3.实验结果

（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。

用仿真-分析-直流工作点分析，得到的结果如下图所示。

V（5）>V（4）>V

（2），晶体管发射结导通，发射结正偏、集电结反偏，故晶体管工作在放大状态。

图16直流工作点

（2）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。

图17输入电阻测量

如图，在输入端连接交流电表，得到输入电阻：

（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。

分别用交流电压表测量空载时的输出电压和带载时的输出电压，如下图所示。

可以得到输出电阻

可以看到，射极跟随器的输入电阻较大，输出电阻较小，因此在电路中常用于阻抗匹配。

图18输出电阻测量

（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

利用BodePlotter仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线：

图19幅频特性曲线

图20相频特性曲线

（5）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

图21交流分析频率特性

用交流分析功能得到的频率特性曲线与上面仪表测量的结果相同。

（6）用瞬态分析法分析其电压跟随器特性，随意改变负载电阻阻值，观察输出特性有何变化。

负载电阻为4.7时，simulate->Analysis->TransientAnalysis得到输入和输出的关系如图22所示。

可以看到，输入和输出基本相同，具有良好的电压跟随特性。

图22瞬态分析

利用Simulate->Analysis->ParameterSweep功能对负载电阻R4进行参数扫描分析，即改变负载电阻阻值，观察输出电压的变化。

从结果中可以看到，当负载电阻较小，即与射随器的输出电阻接近时，负载电阻的变化对输出电压有较大影响，电压跟随性能下降。

而当负载电阻较大时，负载的变化对输出电压基本没有影响，在图中表现为各条曲线互相重合。

图23负载电阻参数扫描（小负载）

图24负载电阻参数扫描（大负载）

（7）请分析并总结仿真结论与体会。

这次实验中，我们利用瞬态分析和参数扫描功能对射随器进行了分析，对Multisim的功能有了更多认识，巩固了基本操作。

同时，也更加深刻的理解了射随器的性质，了解了其输入电阻大、输出电阻小的特性，对其驱动负载的能力也有了深入体会。

实验三：

差动放大器分析与设计

1.目的：

（1）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图3所示的差分放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

（2）加深对差分放大电路工作原理的理解。

（3）通过仿真，体会差分放大电路对温漂的抑制作用。

图25实验三电路图

2.步骤：

（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断电路的工作状态。

（2）请利用软件提供的电流表测出电流源提供给差放的静态工作电流。

（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入、输出电阻。

（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的单端出差模放大倍数。

（5）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

（6）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

（7）请利用温度扫描功能给出工作温度从0℃变化到100℃时，输出波形的变化。

（8）根据前面得到的静态工作点，请设计一单管共射电路，使其工作点和图3电路的静态工作点一样。

利用温度扫描功能，给出单管共射电路工作温度从0℃变化到100℃时，输出波形的变化，比较单管共射电路与共射差分电路的区别。

3.实验结果及分析：

（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。

运用仿真-分析中的直流工作点分析功能，分析各点电压，得到的直流工作点如下图所示：

图26直流工作点

从上图可以看出，晶体管Q1、Q2均满足发射结导通、发射结正偏且集电结反偏，因此工作在放大区；而Q3、Q4均满足发射结导通、发射结和集电结都正偏，因此工作在饱和区。

（2）请画出测量电流源提供给差放的静态工作电流时，电流表在电路中的接法，并说明电流表的各项参数设置。

图27静态工作电流测量

如图加入直流电流表，测得静态工作电流为0.708mA。

（3）详细说明测量输入、输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值。

图28输入电阻

图29输出电阻

如上图搭建电路，得到电压和电流的测量结果，然后计算输入电阻和输出电阻，其中电压表和电流表都工作在交流测量状态。

测量输出电阻时，要分别测量空载时的输出电压和带载时的输出电压。

输入电阻：

输出电阻：

（4）详细说明测量差模放大倍数的方法（操作步骤），并给出其值。

图30单端出差模放大倍数

如图，用两个交流数字电压表分别测量输入和输出电压，得到单端出差模放大倍数倍。

（5）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤），并分别画出幅频、相频特性曲线。

a.用BodePlotter仪器测量幅频、相频特性曲线，如图31连接电路，调整坐标范围至一合适值，可以得到测量结果如图32、图33所示。

图31仪表测量频率特性曲线

图32幅频特性曲线

图33相频特性曲线

b.用仿真-分析-交流分析功能分析幅频、相频特性曲线，设置频率范围，可以得到如下图所示的曲线：

图34频率特性交流分析

可以看到，交流分析得到的幅频、相频特性曲线与仪表测量结果是一致的。

（6）对比实验步骤（7）和（8）的结果，你有何结论？

图35差分放大电路温度扫描

图36共射放大电路温度扫描

可以看出，差分放大电路抑制温漂的性能要明显好于共射放大电路。

（7）请分析并总结仿真结论与体会。

这次实验的电路比前两次复杂，并且最后的实验还需要独立调整共射放大电路的工作点，因此对我分析、设计和调整电路的能力都有很大锻炼。

通过各项实验，对差分放大电路的优越性也有了更深刻的认识。

实验四：

集成运算放大器应用

1.目的：

1.了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点；

2.了解集成运放主要参数的定义，以及它们对运放性能的影响。

3.掌握集成运算放大器的正确使用方法；

4.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法；

5.掌握根据具体要求设计集成运算放大电路的方法，并会计算相应的元件参数；

6.学习使用示波器DC、AC输入方式观察波形的方法，掌握输出波形的测量绘制方法。

2.步骤：

图37实验四电路图

（1）按上图搭建运放电路，观测放大倍数，并通过调节反馈电阻来实现改变放大器的增益。

（2）调整运放的直流工