南京理工大学EDA设计实验报告.docx

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南京理工大学EDA设计实验报告

摘要

通过实验学习和训练，掌握基于计算机和信息技术的电路系统设计和仿真方法。

要求：

1.熟悉Multisim软件的使用，包括电路图编辑、虚拟仪器仪表的使用和掌握常见电路分析方法。

2.能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握EDA设计的基本方法和步骤。

Multisim常用分析方法：

直流工作点分析、直流扫描分析、交流分析。

掌握设计电路参数的方法。

复习巩固单级放大电路的工作原理，掌握静态工作点的选择对电路的影响。

了解负反馈对两级放大电路的影响，掌握阶梯波的产生原理及产生过程。

关键字：

电路仿真Multisim负反馈阶梯波

目次

实验一…………………………………………………………………………………………1

实验二…………………………………………………………………………………11

实验三………………………………………………………………………………17

实验一单级放大电路的设计与仿真

一、实验目的

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5.1kΩ，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、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。

二、实验要求

1.给出单级放大电路原理图。

2.给出电路饱和失真、截止失真和不失真且信号幅度尽可能大时的输出信号波形图，并给出三种状态下电路静态工作点值。

3.给出测试三极管输入、输出特性曲线和、rbe、rce值的实验图，并给出测试结果。

4.给出正常放大时测量输入电阻、输出电阻和电压增益的实验图，给出测试结果并和理论计算值进行比较。

5.给出电路的幅频和相频特性曲线，并给出电路的fL、fH值。

6.分析实验结果。

三、实验步骤

实验原理图：

饱和失真时波形：

此时静态工作点为：

所以，I（BQ）=4.76685uAI（CQ）=958.06700uA

U（BEQ）=0.62676VU（CEQ）=0.31402V

截止失真时波形：

此时静态工作点为：

所以，I（BQ）=2.07543uAI（CQ）=440.85400uA

U（BEQ）=0.60519VU（CEQ）=5.54322V

最大不失真时波形：

此时静态工作点为：

所以，I（BQ）=4.33186uAI（CQ）=889.49500uA

U（BEQ）=0.62464VU（CEQ）=1.00749V

测试三极管输入特性曲线实验图：

三极管输入特性曲线：

拉杆数据：

由以上数据可得r（be）=dx/dy=6.1kΩ

测试三极管输出特性曲线的实验图：

直流分析参数设置：

三极管输出特性曲线：

测β的数据：

所以，β=（2.0589-1.0238）mA/5uA=207.02

测r（ce）的数据：

所以，r（ce）=981.8496mV/9.9231uA=98.9458kΩ

最大不失真时测输入电阻：

万用表显示值：

所以，Ri（测）=4.53kΩRi（理）=R1//R5//r（be）=4.69kΩ（R5=150*54%=81kΩ）

相对误差E=（4.69-4.53）*100%/4.69=3.4%

最大不失真时测输出电阻：

万用表显示值：

所以，Ro（测）=8.24kΩRo（理）=R3=8.1kΩ

相对误差E=1.7%

最大不失真时测电压增益：

万用表显示值：

所以，Av（测）=-119Av（理）=-β（R2//R3）/r（be）=-125

相对误差E=4.8%

幅频和相频特性曲线：

拉杆数据：

所以，f（L）=69.4587Hzf（H）=3.8898MHz

四、实验小结

复习巩固了射级放大器的工作原理，熟悉了Multisim仿真软件的大致用法，掌握了三种电路分析方法，分别是直流工作点分析、直流扫描分析、交流分析。

可以运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握了EDA设计的基本方法和步骤。

不过实验结果不是很理想，数据的误差较大，希望在以后的实验中能有所改进。

实验二负反馈放大电路的设计与仿真

一、实验目的

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：

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。

二、实验要求

1.给出引入电压串联负反馈电路的实验接线图。

2.给出两级放大电路的电路原理图。

3.给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻，并验证是否满足AF1/F，并分析原因。

4.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。

5.分析实验结果。

三、实验步骤

实验原理图：

引入负反馈后实验原理图：

引入负反馈前测输入电阻：

Ri=916.4Ω

引入负反馈后测输入电阻：

Ri=7.2kΩ

引入负反馈前测输出电阻：

Ro=2.5kΩ

引入负反馈后测输出电阻：

Ro=0.26kΩ

引入负反馈前测电压增益：

Av=222

引入负反馈后测电压增益：

Av=1

引入负反馈后测得反馈电压为：

所以，输入电压约等于反馈电压，而Af=Xo/XiF=Xf/Xo，因此，AfF，达到深度负反馈。

引入负反馈前频率特性：

所以，fL=97.8155HzfH=210.7371kHz

引入负反馈后频率特性：

所以，fL=15.8140HzfH=73.4019MHz

引入负反馈前输出开始出现失真时的输入信号幅度：

当输入信号约为3mV的时候输出开始失真

引入负反馈后输出开始出现失真时的输入信号幅度：

当输入信号约为90mV的时候输出开始失真

四、实验小结

本实验中采用了电压串联负反馈，能够稳定输出电压，减小了输出电阻，提高了输入电阻，展宽了通频带，减小了电路的非线性失真。

实验三阶梯波发生器的设计与仿真

一、实验目的

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、实验要求

1.给出阶梯波发生器实验原理图，图中器件均要有型号和参数值标注。

2.介绍电路的工作原理。

3.给出电路的分段测试波形和最终输出的阶梯波，并回答以下问题：

（a）调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的周期？

（b）调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围？

三、实验步骤

阶梯波发生器实验原理图：

波形：

阶梯波周期约为20.126ms,电压变化范围在0-10V内，阶梯个数为5个，符合实验要求

方波发生器原理图：

波形：

方波发生器+微分电路原理图：

波形：

方波发生器+微分+限幅电路原理图：

波形：

方波发生器+微分+限幅+积分累加电路原理图：

波形：

四、实验小结

实验原理：

在方波发生器中，稳压二极管D1、D2和电阻R1使运算放大器的输出电压限幅。

当运算放大器输出端电压为正值（vo=Vomax）时，运算放大器的同相输入端的电压为：

v+=R1*Vomax/（R1+R2）

此时输出电压通过R4向电容充电，当电容上的电压等于运算放大器的同相输入端的电压v+时，运算放大器翻转，此时运算放大器的输出电压变为负值（vo=Vomax）。

运算放大器的同相输入端的电压为：

v+=R1*Vomin/（R1+R2）

这是电容通过R4放电，当电容上的电压等于放大器的同相端电压时，运算放大器又翻转，输出电压又变成了正值，这时又给电容充电。

如此不断地循环下去，运算放大器输出端的电压就是一个方波。

然后接一个由电阻和电容组成的微分电路使方波变成尖脉冲，再接一个二极管限幅，只输出正值脉冲波形。

接下来接一个积分累加电路，其积分时间很短，使vo几乎是发生了突变，尖脉冲过后，积分器输出端电压保持不变，下一个尖脉冲到来时vo再有一个突变，则使积分电路的输出电压vo为阶梯波。

要生成周期性变化的阶梯波需要再加一个比较器和控制开关，比较器由一个运算放大器A3和三个电阻组成，控制开关由一个场效应管和两个二极管D4、D5组成。

A3的同相输入端接一个负的参考电压，在阶梯波产生过程中使比较器的输出电压为负值，此时二极管D5导通，是场效应管栅极电压为负值，而且这个负电压是场效应管处于截断状态。

这时N沟道结型场效应管不能导通，对积分电路没有影响。

于此同时，二极管D4截止，比较器对方波发生器无影响。

当积分器的输出电压不断降低时，即阶梯的个数不断增加,一旦A3的反相输入端和同相输入端的电位相同时，A3发生翻转，A3的输出端电压变为正值。

这是二极管D5截止，场效应管的栅极电位为零电位，使场效应管导通，电容C3很快通过场效应管放电，同时二极管D4也由原来的截止变为导通，使A1的输出值为负值。

即每次A3发生翻转时，A1的输出都为负值，使阶梯波的起始波形相同。

调节C1、R4可以改变阶梯波的周期，T=2R4C1ln（1+2R2/R3），阶梯波周期与R4C1成正比。

调节电路中的R7C3可以改变阶梯波的电压，且成反比。

结论

熟悉了Multisim仿真软件的大致用法，掌握了三种电路分析方法，分别是直流工作点分析、直流扫描分析、交流分析。

可以运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握了EDA设计的基本方法和步骤。

掌握了不同类型负反馈的接法以及对电路的影响，在实验二中采用了电压串联负反馈，能够稳定输出电压，减小了输出电阻，提高了输入电阻，展宽了通频带，减小了电路的非线性失真。

了解了阶梯波的产生原理以及过程。

参考文献

[1]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

[2]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

[3]付文红、花汉兵《EDA技术与实验》机械工业出版社2007年

[4]王建新、姜萍《电子线路实践教程》科学技术出版社2003年

[5]郑步生、吴渭《Multisim2001电路设计及仿真入门与应用》2002年