EDA实验设计.docx
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EDA实验设计
EDA实验设计报告
实验一
单极放大电路的设计与仿真
目录
一、实验原理图………………………………………………3
二、电路饱和、截至、放大三种情况下的波形图和静态工作点…………………………………………………………………3
三、测量电路输入、输出阻值、电压增益并与理论值比较……………………………………………………………………7
四、电路的幅频、相频曲线和fL和fH值……………………9
五、实验结果分析…………………………………………………9
一、实验原理图
二、电路饱和、截至、放大三种情况下静态工作值
（一）电路饱和失真
1、电路饱和失真电路图
2、电路饱和失真静态工作点值
由原理图可知标点2/4/6分别为三极管的b/c/e点，所以Vbe=V
（2）-V（6）=649.7765mV
Vce=V（4）-V（6）=48.78381mV
Ic=1.30726mA;Ib=204.58856µA
因为Vce远小于稳压电压12V所以电路应处于饱和失真区
3、电路饱和失真输出信号波形图
（二）电路截止失真
1、截止失真电路图
2、截止失真静态工作点值
由电路图可知标点2/4/6分别为三极管的b/c/e点，所以Vbe=V
（2）-V（6）=618.12657mV
Vce=V（4）-V（6）=5.33305V
Ic=740.69955μA;Ib=5.65936µA
因为Ib≈0，所以电路应处于截止失真区，而Vce由于电路交流负载线的斜率绝对值较大，所以并不能接近于Vcc。
3、截止失真输出波形图
（三）电路正常放大
1、正常放大电路图
2、正常放大静态工作点值
由电路图可知标点2/4/6分别为三极管的b/c/e点，所以Vbe=V
（2）-V（6）=631.93983mV
Vce=V（4）-V（6）=2.61460V
Ic=1.03967mA;Ib=9.45763µA
因为Vce>1V大小处于正常区域所以电路应处于正常放大区
3、正常放大输出波形图
三、测量电路输入、输出阻值、电压增益
（一）求解电路输入电阻Ri
由电路图所接电压表电流表所示Vi=999.962µV,Ii=401.66nA,
而输入电阻Ri=Vi/Ii=999.962µV/401.66nA=2.49kΩ
（二）求解输出电阻Ro
由电路图所接电压表电流表所示Vo=999.962µV,Io=270.417nA,
而输出电阻Ro=Vo/Io=999.962µV/270.417nA=3.70kΩ
（三）求解电压增益Av
1、求解电压增益的电路图
由上图可知Av=-95.224mV/999.975µV=-95.22
四、电路的幅频、相频曲线和fl和fh值
由上图可知fl=x2=2.9363kHZ,fh=x1=1.2750MHZ
五、实验结果分析
（一）以实验方法求取输入电阻Ri、输出电阻Ro和电压增益Av
以上计算可知实验测试结果：
Ri=2.49kΩ;Ro=3.70kΩ；Av=-95.22;
（二）以理论计算方法求解输入电阻Ri、输出电阻Ro和电压增益Av
Ic=1.03967mA;Ib=9.45763µA;β≈Ic/Ib=109.93;Ie≈Ic=1.03967mA
Rbe≈rbb’+（1+β）*re=rbb’+（1+β）*（Vt/Ieq）≈200+（1+110）*（26/1.03967）=2.97kΩ
1 输入电阻Ri’=R1//R2//rbe=70//35//2.97kΩ=2.63kΩ;
输入电阻相对误差ΔRi%=|Ri-Ri’|/Ri’*100%=|2.49-2.63|/2.63*100%=5.3%
试验数据与理论计算值相差不大。
2 输出电阻Ro’≈R3=6kΩ;
输出电阻相对误差ΔRo’=|Ro-Ro’|/Ro’*100%=|3.70-6|/6*100%=38%
实验数据与理论计算值相差较大，主要原因是这种计算输出电阻的公式为近似公式，它的应用范围是当等效受控源和Rce并联的总电阻>>R3时，从实验结果可以估算出此时的Rce’应为10kΩ左右，显然不满足>>R3=6kΩ的使用条件，所以应使用Ro’=R3//Rce’进行理论计算，Rce’可以通过交流通路时，Vce与Ic的相关曲线在放大区静态工作点Vceq附近的dy/dx求得。
3 电压增益Av’=-（R3//R6）/Rbe=-109.93（6//5.1）/2.97=-102.03
电压增益相对误差ΔAv=|Av-Av’|/Av’*100%=|109.93-102.03|/102.03*100%=7.7%
试验数据与理论计算值相差不大
总结：
在进行理论计算时，需要运用简化公式进行计算时，一定要确定公式简化的条件，在条件不满足时理论计算结果可能会与实际情况有较大出入。
实验二
负反馈放大电路的设计与仿真
目录
一、给出两级放大电路的电路原理图………………………………12
二、给出负反馈接入前后电路的频率特性和fL、fH值，以及输出开始出现失真时的输入信号幅度………………………………………12
（一）未接电压串联负反馈时电路的频率特性……………………12
（二）接了电压串联负反馈后电路的频率特性……………………13
（三）输出开始出现失真时的输入信号幅度………………………14
三、给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻，并验证AF1/F…………………………………………………………15
（一）未接电压串联负反馈…………………………………………16
（二）接了电压串联负反馈后………………………………………18
四、分析实验结果……………………………………………………19
（一）比较负反馈接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻………………………………………………………………………32
（二）负反馈接入前后电路的fL、fH值…………………………32
（三）输出开始出现失真时的输入信号幅度………………………33
（四）验证AF1/F…………………………………………………33
一、给出两级放大电路的电路原理图
Q1的Vce=V4-V3=7.92V
Q2的Vce=V10-V8=7.72V
而直流稳压源为12V，显然Q1、Q2都处于三极管的放大区
二、给出负反馈接入前后电路的频率特性和fL、fH值，以及输出开始出现失真时的输入信号幅度
（一）未接电压串联负反馈时电路的频率特性
由图可知下限频率fL=x2=388.3HZ上限频率fH=x1=108.4kHZ
（二）接了电压串联负反馈后电路的频率特性
由图可知下限频率fL=x2=224.2HZ上限频率fH=x1=3.724MHZ
（三）输出开始出现失真时的输入信号幅度。
1、未接电压串联负反馈时
由图可知未接电压串联负反馈时输出开始出现失真时的输入信号幅度VI=4mV
2、接了电压串联负反馈后
由图可知接了电压串联负反馈后输出开始出现失真时的输入信号幅度VI=60mV
三、给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻，并验证AF1/F
（一）未接电压串联负反馈
未接电压串联负反馈时放大区的输出波形
1、电压增益
由图可知V0=0.999mV;V1=103.175mV;
电压增益Av=V1/V0=103.175/0.999=103.2>100（满足实验要求）
2、输入电阻
由图可知输入电压Vi=0.9999mV输入电流Ii=0.0944µA
所以输入电阻Ri=Vi/Ii=0.9999/0.0944kΩ=10.59kΩ
3、输出电阻
由图可知输出电压Vo=999.962μV输出电流Io=337.012nA
所以Ro=Vo/Io=999.962/337.012kΩ=2.97kΩ
（二）接了电压串联负反馈后
1、电压增益
由图可知V0=999.962μV;V1=4.748mV;
电压增益Av=V1/V0=4748/999.962=4.78
2、输入电阻
由图可知输入电压Vi=0.999962mV输入电流Ii=0.063514µA
所以输入电阻Ri=Vi/Ii=0.999962/0.063514kΩ=15.7kΩ
3、输出电阻
由图可知输出电压Vo=0.99962mV输出电流Io=0.044438mA
所以Ro=Vo/Io=0.99962/0.044438Ω=22.5Ω
4、验证AF1/F
∵AF=XO/XIF=XF/X0∴1/F=XO/XF若要验证AF1/F只需验证XIXF，即VIVF
由图可知VI=V2=0.99996mVVF=V3=0.989795mV
显然VIVF，所以可以验证AF1/F。
五、分析实验结果
（一）比较负反馈接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻
1 负反馈接入前放大倍数Av=103.2;负反馈接入后放大倍数Av=4.78
接入负反馈后放大倍数Av大幅减小，抑制了电路的放大作用，达到了负反馈的效果。
2 负反馈接入前输入电阻Ri=10.59kΩ;负反馈接入后输入电阻Ri=15.7kΩ
所以接入负反馈后输入电阻Ri略有增大
3 负反馈接入前输出电阻Ro=2.59kΩ；负反馈接入后输出电阻Ro=50.5Ω
由此可见接入负反馈后输出电阻大幅减小。
（二）负反馈接入前后电路的fL、fH值
负反馈接入前fL=388.3HZfH=108.4kHZ
负反馈接入后fL=224.2HZfH=3.724MHZ
显然接入负反馈后fL在减小、fH在增大，说明增益—带宽积在增大，同时也牺牲了增益。
（三）输出开始出现失真时的输入信号幅度
电路未接负反馈时Vi变为4mV时输出波形开始失真，而接入负反馈后Vi为60mV时输出波形才开始失真，因此可确定接入负反馈后电路稳定性大大加强。
（四）AF1/F
由之前证明的AF1/F可知电路已处于深度负反馈，然而在刚开始进行试验时，我只追求电路增益大于100，而将整个电路的增益抬到了500以上，在接入反馈后发现反馈效果不明显，信号源不失真幅度依然很小，也无法验证AF1/F，这让我深刻体会到增益和反馈深度是两个相互制约的量，一个电路如果反馈深度很大时，稳定度得到极大提升但是电路将不会有多少增益，而增益很大的电路不可能达到深度负反馈。
试验三
阶梯波发生器的设计与仿真
目录
一、给出阶梯波发生器实验原理图…………………………20
二、介绍电路的工作原理……………………………………21
三、给出电路的分段测试波形和最终输出的阶梯波…………………………………………………………22
（一）方波产生器及其输出波形………………………………22
（二）微分电路及其输出波形…………………………………22
（三）限幅电路及其输出波形…………………………………23
（四）积分电路及其输出波形…………………………………23
（五）电路完全连接后的输出波形……………………………24
四、总结分析…………………………………………………25
一、给出阶梯波发生器实验原理图
二、介绍电路的工作原理
①一个方波电路产生方波，
②经过微分电路输出得到全周期尖脉冲波
③经过限幅电路，只留下所需的正脉冲，
⑤通过积分电路后，因脉冲作用时间很短，积分器输出就是一个负阶梯。
对应一个尖脉冲就是一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器的输出不变，在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上进行积分，因此，积分器起到了积分和累加的作用。
⑥当积分累加到与比较器的比较电压相同时，比较器就翻转，输出正值电压，使振荡控制电路工作，从而方波不再产生。
同时，比较器输出正电压也会使电子开关电路导通，积分器输出对地短路，电容放电恢复到起始状态，完成一次完整的阶梯波输出。
⑦放电一段时间后，在积分器的输出由负向零跳变时，比较器再次发生翻转，输出变为负值，振荡控制电路停止工作，方波继续输出，同时电子开关截止，积分器又可以进行积分累加。
三、给出电路的分段测试波形和最终输出的阶梯波
（一）方波产生器及其输出波形
通过方波产生器产生方波，而方波的周期是通过调节R1、C1来完成的。
（2）微分电路及其输出波形
显然上图波形是对方波的微分图形，满足要求。
（三）限幅电路及其输出波形
由于二极管D3只允许正向信号通过，所以可以滤除负半周期的斜波从而限幅。
（四）积分电路及其输出波形
积分电路由运算放大器U2、电阻R7、电容C3共同组成，对限幅输出后的波形进行积分。
通过图形可以看到阶梯在一直向下延续，这是对积分波形的反向依次叠加。
（5）电路完全连接后的输出波形
通过波形两竖线可以看到阶梯总周期为20.171ms≈20ms，满足设计要求。
由图可知总阶梯的高度为10.460V≈10V，并且小阶梯的个数为5个，均满足设计要求。
四、总结分析：
1 显然阶梯波周期和方波周期有关。
而改变方波周期就是调节方波产生器中的C1和R1，要使最后的阶梯波的阶间时差为20ms就是通过这两个元件来间接调节。
2 总台阶电压是通过调节比较器来确定的，这从原理分析中可以得出。
具体是通过改变比较器R9\R10\R11之间的比值以及VEE\VCC的值来改变总台阶的电压范围。
3 阶梯波的个数在阶梯总电压不变时可以通过调节微分电路中的C2\R5和积分电路中的C3\R7，这四个元件的改变都可以使各阶梯分电压值变化，从而改变阶梯数，阶梯总电压变化调节同②。
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