集成电路CAD上机完成版.docx
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集成电路CAD上机完成版
实验指导书
实验四：
设计常用的单级放大电路学时安排：
2学时
实验类别：
设计性实验要求：
必做
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一、实验目的和任务
在模拟电路中，设计的放大器由多级或者单级放大电路组成，这主要是依据其增益大小来决定的。
要设计满足性能指标的放大器首先必须设计好单级放大电路。
本实验教学目的是使学生了解单级放大电路设计的过程，熟悉电路的直流工作的选择、电路的动态性能指标、频域特性等。
二、实验原理介绍
要使得放大器处于放大状态，必须初步计算三极管的工作点并选用适当的接法（共射、共基和共集），然后选择特定要求的偏置电路及耦合电容。
在理论上满足电路处于放大状态的基础上，运用PSPICE软件仿真所提供的电路，找到电路实际工作点，并通过时域及频域扫描寻找器件的最好工作状态，如果特定状态不能满足系统指标要求，可重新选择新型号器件来代替。
在PSPICE运行环境下，先依据电路原理图的特点调用相应的元器件画电路图，然后修改电阻、电感、电容等元器件的参数值，如果特殊需要也可以在编辑菜单里重新修改元器件的电路模型参数，最后保存电路。
仿真时注意选择设置DC、AC、Transient等命令分析方式，当选择好扫描方式后，通过仿真观察及分析电路的特点及特性。
该实验选用共射接法单管放大的方式，具体电路如下：
在输入端加入一定幅值的交流正弦信号，经过晶体管Q2N2222A的电压放大作用，达到信号放大的目的，所得到的信号可以推动负载R3。
其中的C1、C2为隔直电容，量值大小根据信号的频率来决定。
电阻值的大小是在电路的外部指标的要求下，如所接负载的功率对放大器电压要求的限制，管子静态工作状态要求等，通过电流电压的电学特性计算，即可得到所需的量值。
三、实验设备介绍
1.工作站或微机终端一台
2.局域网
3.EDAPSPICE仿真软件1套
四、实验内容和步骤
设计单级放大器，并计算电路中的相关阻值及电容的大小。
在Schematics的环境下，画单级放大电路原理图（注意电路中元器件的标称值、电源及信号特点、模型的正确调用等）。
用Analysis下的仿真控件Simulate电路，观看AC扫描、瞬态扫描的电压波形，分析电路波形与电路参数的关系。
并可重新改变电路中的相关参数值（如阻抗、电容等）。
思考并解决仿真中出现的各种问题。
1.从元件库中调用电阻器件，注意对于兆欧电阻应写为MEG。
2.选用Q2N2222A器件，其模型参数见工具栏EDIT中。
3.使用VSIN正弦交流电源，电压为1mV，频率为20KHz。
4.其他元器件如前面的实验所示，画出完整的单级放大电路图，并保存。
5.设置分析条件（用setup框按钮），并进行仿真波形分析。
仿真AC分析时，要改变输入电压源为VAC，并设置其参数，其他条件不变。
6.先进行工作点的仿真设置，然后对频域AC仿真，最后对时域Transient进行仿真，并保存仿真图形。
五、注意事项和要求
1.在PSPICE软件中，应注意正确的单位书写方式，如微米、兆欧的字母表示方式分别为um、MEGΩ，同时也要考虑其写法，在此软件下无大小写的变化。
2.由于输入信号的幅值为毫伏级，即小信号输入，设计时考虑小信号放大电路，与大信号功率放大有所区别。
3.电路放大的工作状态在管子的静态工作点附近，并且其放大的最大值是小于电源电压的幅值的。
所以要学会选择A类、B类或AB类放大器。
六、作业及预习要求
1.画出电路原理图及电路的仿真曲线，并分析仿真图形与理论图形的不同。
2.分析调试过程中出现的问题与解决方案。
3.总结，按实验报告格式完成报告。
七、参考书目
1.《PSpice电路设计实用教程》李永平，国防工业出版社，2004
2.《超大规模集成电路设计方法学导论（第二版）》，杨之廉，申明编著，清华大学出版社
实验指导书
实验五：
设计和仿真带有反馈的放大器学时安排：
3学时
实验类别：
设计性实验要求：
必做
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一、实验目的和任务
反馈功能的放大器可以实现动态性能稳定和提高带宽等功能。
在工程上设计放大器时，通常是设计成具有稳定增益及优良带宽的反馈放大器。
本实验教学目的是使学生熟练掌握反馈电路的设计及两种仿真电路性能的方法。
熟悉电路的电压放大倍数、输入阻抗、输出阻抗及频带的仿真。
二、实验原理介绍
在三极管的发射极与地之间加上一定量的反馈电阻，可以保证输出端的电流及电压的稳定性，同理，在基极与集电极两端也接上适当值的反馈电阻，可以有效的保持相位的恒定并增加通频带。
通过这些方法来保证放大器电路的稳定性，满足该种放大器设计的特性要求指标。
要使得放大器处于放大状态，必须初步计算三极管的工作点并选用适当的接法（共射、共基和共集），然后选择特定要求的偏置电路及耦合电容。
在理论计算上满足电路处于放大状态的基础上，运用PSPICE软件仿真该电路，找到电路实际工作点（直流电流和电压），并通过时域扫描确定器件能满足放大电路的要求，如果特定状态不能满足，则可重新选择新三极管器件来代替。
在PSPICE运行环境下，先依据电路原理图的特点调用相应的元器件画电路图，然后修改电阻、电感、电容等元器件的数值，如果需要，可以在编辑菜单里重新修改元器件的电路模型，最后保存电路。
仿真时注意选择设置DC、AC、Transient等控件的分析方式，当选择某种扫描方式后，运行菜单analysis中的simulate仿真，通过仿真观察输出特性波形，并分析电路的功能。
该实验的具体电路如上图所示：
在左边输入端加入交流小信号V4，经过晶体管Q2N2222A的电压放大作用，达到信号放大的目的，所得到的信号可以推动负载R5。
其中R2、R4为基极偏置电路电阻；R3为发射极反馈电阻；C1、C2为输出和输入端的隔直电容，C3为高频旁路电容（交流小信号接地），其量值大小由放大信号的频率来确定。
三、实验设备介绍
1.工作站或微机终端一台
2.局域网
3.EDAPSPICE仿真软件1套
四、实验内容和步骤
设计反馈放大器，并计算电路中的相关阻值及电容的大小。
在Schematics的环境下，画单级放大电路原理图（注意电路中元器件的标称值、电源及信号特点、模型的正确调用等）。
在Schematics原理图条件下仿真电路，得到输出波形及数据。
如：
输出静态工作点、中频电压放大倍数、输入和输出电阻。
依据电路原理图，写出文件语句（即网表）重新仿真以上内容。
思考并解决仿真中出现的各种问题。
1.根据要求选用Q2N2222A器件，其模型参数见工具栏EDIT中。
2.从元件库中调用电阻器件，注意兆欧级的电阻应写为MEG。
旋转按钮为CTRL+R，阻值大小的修改可以直接双击元件或者双击元件上的数值即可。
3.按照同样的方式，在PartName中输入C即可调入电容元件C1、C2、C3。
4.分别调入VDC和VAC电源，并按照调试要求连接电路图及元器件参数设置（图中的直流电压为15V，交流电压的幅值为1mV）。
5.先进行直流工作点的仿真设置，然后对频域AC仿真，最后对时域Transient进行仿真，并保存仿真图形。
6.电路图仿真完成后，写出电路网表语句并用PSpiceADStudent对以上功能重新仿真。
五、注意事项和要求
1.本电路的仿真是电路的反馈仿真，注意电容C3加入对电路的影响。
2.要求认真观察频域仿真和时域仿真的不同，并学会分析其物理意义。
3.用网表仿真时，要注意将文件的后缀改为.cir文件。
六、作业及预习要求
1.画出电路原理图及电路的仿真曲线，并分析仿真图形与理论图形的不同。
2.写出电路的网表语句及分析语句（要求自己笔写）。
3.分析调试过程中出现的问题与解决方案。
4.总结，按实验报告格式完成报告。
七、参考书目
1.《PSpice电路设计实用教程》李永平，国防工业出版社，2004
2.《超大规模集成电路设计方法学导论（第二版）》，杨之廉，申明编著，清华大学出版社
实验指导书
实验六：
设计二级BJT放大电路学时安排：
3学时
实验类别：
设计性实验要求：
必做
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一、实验目的和任务
实际的放大电路由多级放大部分组成，这主要考虑级间耦合、各个放大器增益以及相位偏移等，因而需要设计前后级之间的反馈网络，从而保证了放大器的稳定性及可靠性。
二级放大是多级放大的基础，只有解决好该种放大器设计过程中的问题，才可以帮助我们设计多级放大电路。
本实验教学目的是使学生熟练掌握二级BJT放大电路的设计方法，熟悉电路的增益、相位等仿真。
二、实验原理介绍
放大器的设计是从简单的单级放大器开始的。
在每级设计时必须保证晶体管处于正常的工作状态，也就是设计静态工作点；同时也要知道该放大器的频率特性及增益，以便选择满足设计性能要求的器件。
二级BJT放大器的设计，首先满足每个单级放大器处于工作状态的基础上，再进行级与级之间的联调（确保前一级的输出阻抗与后一级的输入阻抗匹配），最后要进行相位设计，选择适当的反馈网络，以满足输出要求。
在PSPICE运行环境下，先依据电路原理图的特点调用相应的元器件画电路图，然后修改电阻、电感、电容等元器件的数值，如果需要可以在编辑菜单里重新修改元器件的电路模型，最后保存电路。
仿真时注意选择设置DC、AC、Transient等分析方式，当选择好扫描方式后，注意观察仿真波形及分析两级放大器电路的特性。
该实验的具体电路如下：
在输入端加入交流小信号Vi，经过晶体管Q1、Q2两级的放大，级间之间采用电容C2耦合，所得到的信号可以推动负载RL。
其中R1、R2、R3、R4为基极偏置电路；RF、CF为反馈网络；C1、C3为隔直电容，RS为电源内阻。
三、实验设备介绍
1.工作站或微机终端一台
2.局域网
3.EDAPSPICE仿真软件1套
四、实验内容和步骤
设计二级BJT放大器，并计算电路中的相关阻值及电容的大小。
在Schematics的环境下，画电路原理图（注意电路中元器件的标称值、电源及信号特点、模型的正确调用等）。
在Schematics原理图条件下进行电路仿真，并用图像及数据输出静态工作点、增益、输入和输出相位。
用电路原理图，写出文件语句（即网表）重新仿真以上内容。
思考并解决仿真中出现的各种问题。
1.根据要求选用Q2N2222A器件，其模型参数见工具栏EDIT中。
2.从元件库中调用电阻器件，注意兆欧级的电阻应写为MEG。
旋转按钮为CTRL+R，阻值大小的修改可以直接双击元件或者双击元件上的数值即可。
3.按照同样的方式，在PartName中输入C即可调入电容元件C1、C2、C3。
4.分别调入VDC和VAC电源，并按照调试要求连接电路图及元器件参数设置（图中的直流电压为15V，交流电压的幅值为10mV）。
5.进行直流工作点的仿真设置，频域AC仿真，并保存仿真图形。
6.选择需要观测的电压或电流点，注意电流观测点为元器件的端点。
7.在仿真图形工具栏中，选择Trace菜单下的AddTraces内部的电流、电压等。
8.输出相位应在TraceExpression框中加入P即可。
9.电路图仿真完成后，写出电路网表语句并用PSpiceADStudent对以上功能重新仿真。
五、注意事项和要求
1.注意电路中级间耦合的方式，并思考这种耦合的特点。
2.电路中由于采用两级放大，请注意输出端的反馈的方式及没有反馈时的波形变化。
六、作业及预习要求
1.画出电路原理图及电路的仿真曲线，并分析仿真图形与理论图形的不同。
2.写出电路网表语句及分析语句（要求自己笔写）。
3.分析调试过程中出现的问题与解决方案。
4.总结，按实验报告格式完成报告。
七、参考书目
1.《PSpice电路设计实用教程》李永平，国防工业出版社，2004
2.《超大规模集成电路设计方法学导论（第二版）》，杨之廉，申明编著，清华大学出版社
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