模拟电路虚拟试验举例.docx

1、模拟电路虚拟试验举例6、模拟电路虚拟实验举例实验1A 常用电子仪器的使用练习在模拟电子技术基础实验室里，最常用的电子仪器有示波器、函数发生器、交流毫伏表、万用表和直流稳压电源等。这些仪器也同元器件、电路一样可以用OrCAD/PSpice软件来模拟。一、实验目的1学习用OrCAD/PSpice产生信号及用标尺测量信号波形有关参数的方法。2学习在电路中放置波形显示标示符，即使用模拟示波器的方法。3练习用Capture软件绘制电路图。4初步了解用OrCAD/PSpice软件进行电路测试的方法。二、实验器材正弦电压源、时钟信号源DigClock（在SOURCE库中）；电阻（在ANALOG库中）。 三、

2、实验内容及步骤1调用Capture软件绘制电路图（1）进入电路图编辑（Page Editor）状态。启动Place/Part命令，在SOURCE库中取出一个正弦源VSIN，在ANALOG库中取出2个电阻R。启动Place/Ground命令，在SOURCE库中取出“0”符号（接地符号）。（2）启动Place/Wire命令，将上述元器件连接成如图1A.1所示电路。启动Place/Net Alias命令，为输出端设置节点名为Vo。（3）将正弦源的参数设置为：VOFF=0，VAMPL（振幅）=3V，FREQ（频率）=1kHz，TD=0，DF=0，PHASE=0。 图1A.1（4）执行PSpice/ M

3、arke命令，从子命令菜单中选择电压标示符“Voltage Level”分别放置在电路的输入和输出端。2用虚拟示波器观察电路输入输出的波形图（1）选择瞬态分析，设置分析时间：4ms，分析步长：0.01ms。（2）执行PSpice/ Run命令，即可看到输入输出波形如图1A.2所示。图1A.2 输入输出波形 3测量信号的振幅、周期（1）启动标尺，测量出各波形的振幅、周期。（2）改变正弦信号源的振幅和周期，重复以上步骤。 4观看回路中的电流波形图1A.3（1）去掉两个电压标示符“Voltage Level”，在电路中放入一个电流标示符“Current into Pin”（注意：要放在元器件引出端的

4、位置），如图1A.3所示。执行PSpice/ Run命令，即可看到回路中的电流波形。（2）测量回路电流的振幅。4脉冲信号的产生与测试（1）绘制电路：在SOURCE库中取出一个时钟信号源符号DigClock，在ANALOG库中取出1个电阻R。连接成电路如图1A.4所示。图1A.4（2）给时钟信号源设置参数：选中时钟信号源符号DigClock，双击之，在出现的参数编辑栏中，设置OFFTIME（一个周期中低电平持续时间）=1s、ONTIME（一个周期中高电平持续时间）=1s。（3）用虚拟示波器观察时钟信号的波形。 执行Pspice/ Marke命令，从子命令菜单中选择电压标示符“Voltage Le

5、vel”放置在电路的输出端。 选择瞬态分析，分析时间：010s。 执行Pspice/ Run命令，即可看到时钟信号波形如图1A.5所示。（4）测量信号的振幅、周期。图1A.5 时钟信号波形图四、思考题1用放置波形显示标示符的方法，能够同时看到输入输出电压和回路电流的波形图吗？为什么？用什么方法可以同时看到？2如果想改变观察到的波形周期的个数，应怎么办？实验2A 测试半导体二极管、三极管一、实验目的1学习用OrCAD/PSpice软件测试晶体管特性曲线的方法。2学习直流（DC）分析中的“嵌套”分析和Probe中的坐标变换及设置。二、实验器材三极管、二极管（在EVAL库中） 各1个电阻（在ANAL

6、OG库中） 若干个直流电压源、直流电流源（在SOURCE库中） 各1个三、实验内容及步骤1测试三极管的特性曲线（1）测试三极管的输出特性曲线。 用Capture绘制电路图如图2A.1所示。 选择直流（DC）分析。在进行直流分析时，除了允许设置一个自变量外，还允许设置一个参变量，称为“嵌套”设置。在直流分析参数设置框中，选VCE为自变量，变化范围：020V，步长：2V。 在Option栏中再选中“Secondary Sweep”， 并选IB为参变量，变化范围：0120A，步长：20A。注意：Options栏中的两项“Primary Sweep” 和“Secondary Sweep”必须全都选中（

7、在前面的小方框中打对号）。 运行PSpice：执行Trace/Add Trace命令。在Add Trace 对话框中，选IC（Q1）作输出量，出现输出特性曲线的波形图。图2A.1 三极管输出特性曲线的测试电路 参照第二章2.4.5节介绍的坐标轴的设置方法，将Y轴的刻度范围设置为0+8mA，显示出如图2A.2所示的输出特性曲线。图2A.2 三极管的输出特性曲线（2）测试三极管的输入特性曲线。 用Capture绘制电路图如图2A.3所示。图2A.3 三极管输入特性曲线的测试电路 选择直流（DC）分析。选VBB为自变量，变化范围：024V；步长：2V。选VCE为参变量，变化范围：012V；步长：1V

8、。 运行PSpice：执行Trace/Add Trace命令。在Add Trace 对话框中，选IB（Q1），出现IB（Q1）的波形，但X轴显示的是VBB。 参照第二章2.4.5节介绍的坐标变换方法，改变X轴。为了显示输入特性曲线，应把X轴变为V（B），即VBE电压。方法是：执行Plot/Axis Settings命令，打开坐标轴设置框，点“Axis Variable”按钮，在列表框中选择V（B），按OK键。此时，X轴就变为V（B），显示出如图2A.4所示的输入特性曲线。图2A.4 三极管的输入特性曲线（3）测试二极管的V-A特性曲线 用Capture绘制电路图如图2A.5所示。 选择直流（D

9、C）分析。选V1为自变量，变化范围：-5V+5V，步长：0.1V。 运行PSpice，执行Trace/Add Trace命令。在Add Trace 对话框中，选I（D1）为输出量，把X轴变为V（D1），即显示出如图2A.6所示的V-A特性曲线。图2A.5 二极管特性曲线的测试电路图2A.6 二极管的V-A特性曲线四、实验报告1保存并打印出实验电路及各实验波形图。2总结用PSpice软件测试晶体管特性曲线的方法。五、思考题1怎样从三极管的输出特性曲线上测得管子的电流放大系数？2怎样从二极管的V-A特性曲线上测得管子在某点的直流电阻RF和交流电阻rF？实验3A 基本放大电路一、实验目的1学习基本放

10、大电路静态工作点、放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。2观察电路参数对放大器静态工作点及输出波形的影响。二、实验器材三极管（在EVAL库中）；电阻、电容（在ANALOG库中）；直流电压源、正弦电压源（在SOURCE库中）。三、实验内容及步骤1用Capture绘制电路图，如图3A.1所示。设置三极管的，设置好输出节点名Vo。图3A.1 基本放大器2测试电路的静态工作点（1）使Rb=680k，选择静态工作点分析（Bias Point）。（2）运行PSpice。（3）查看分析结果。分析计算结束后，在Probe窗口下选择View/Output File命令，即可看到三极管Q1的静态工作点值如图3A

11、.2所示。图3A.2 静态工作点值（4）改变Rb，重复以上步骤，观看静态工作点的变化情况。3测量电压放大倍数（1）将输入正弦信号源设置为：VOFF=0，VAMPL（振幅）=5mV，FREQ（频率）=1kHz，TD=0，DF=0，PHASE=0。（2）选择瞬态分析。分析时间：04ms，时间步长：0.01ms。（3）运行PSpice。（4）查看分析结果：分析计算结束后，在Probe窗口中，执行Trace/Add Trace命令，选择V（Vo）作输出量，即可看到输出端的波形。（5）执行Plot/Add Plot to Window命令，在屏幕上添加一个空白的波形显示区。再执行Trace/Add Tr

12、ace命令，在Add Trace 对话框选择V（Vi:+），点OK按钮，即可同时看到输入信号Vi的波形，如图3A.3所示。图3A.3 输入输出波形图（6）启动标尺读出输出电压的峰值Vo=511.5mV，计算：4测量输出电阻Roo将负载开路（RL=），重复以上步骤，测量出空载时的输出电压的的峰值，根据戴维南定理，可由下式算得放大器输出电阻：ooo5测量输入电阻Ri在电路中电容C1前串入电阻RX=5.1k，使输入信号VS=10mV（峰值），进行瞬态分析，得到VS 与电容C1右端Vi的波形如图3A.4所示。启动标尺读出Vi=2.355 mV（峰值），即可求得：图3A.4 测量输入电阻Ri的波形6观察

13、静态工作点对输出波形的影响（1）仍使Vi=5mV，=1kHz。将Rb减小到100 k，进行瞬态分析，观察输出电压波形如图3A.5所示。图3A.5 Rb=100k时的波形 （2）将Rb增加到1MEG（1M），并适当增加Vi（如Vi=20mV），进行瞬态分析，观察输出电压波形如图3A.6所示。 图3A.6 Rb=1M时的波形四、实验报告1保存并打印出实验电路及各实验数据及波形图，计算AV、Ri、Ro值。2分析静态工作点对输出波形的影响。五、思考题还可以用什么方法来测试电路的输入输出电阻？是否可以按照输入输出电阻的定义来测量？设计一种方案试一下。实验4A 两级阻容耦合放大器一、实验目的1学习多级放大

14、器的静态工作点、放大倍数的测试方法。2学习多级放大器频率特性的测试方法。二、实验器材三极管 （在EVAL库中）；电阻、电容（在ANALOG库中）； 直流电压源、正弦电压源（在SOURCE库中）。三、实验内容及步骤1. 用Capture绘制电路如图4A.1所示。设置三极管的1=2=60，设置好各节点名。2测试电路的静态工作点（1）使Rb1=25k，Rb3=65k，选择静态工作点分析（Bias Point）。（2）运行PSpice。（3）查看分析结果。分析计算结束后，在Probe窗口下选择View/Output File命令，可计算出电路各节点的静态电位如图4A.2所示。图4A.1 两级阻容耦合放

15、大器3测量电压放大倍数（1）将输入正弦信号源Vi设置为：VOFF=0，VAMPL（振幅）=2mV，FREQ（频率）=1kHz，TD=0，DF=0，PHASE=0，AC=10mV（为进行交流分析作准备）。（2）选择瞬态分析。分析时间：04ms，时间步长：0.01 ms。图4A.2 静态工作点值（3）运行PSpice后查看分析结果。分析计算结束后，用Probe窗口中的多窗口显示，同时观看第一级输出端V3和总输出端V9的波形如图4A.3所示。注意V3波形中含有直流分量。（4）启动标尺读出输出电压的峰值Vo=693mV，计算：4测量放大器的频率特性（1）进行交流（AC Sweep）分析。频率范围设置为

16、：1Hz10MEGHz。 分析类型选“Decade”，意思是以10倍频方式扫描。在Points/Decade栏中填入“4”，意思是每10倍频间隔计算4个点。注意：要使交流分析有效，输入正弦信号源中的AC项一定要赋值。图4A.3 输出波形图（2）运行PSpice。在Probe窗口中，执行Trace/Add Trace命令，在“Trace Expression”文本框中键入DB（V（9）/V（Vi：+），即显示出电压增益的幅频特性曲线。然后点选Trace/Add Y Axis ，增加一个纵轴。在“Trace Expression”文本框中键P（V（9）/V（Vi：+），即同时显示出电压增益的相频特

17、性曲线，如图4A.4所示。（3）启动标尺可以测得：中频电压增益AVM=51.69dB 上限截止频率H=65kHz 下限截止频率L=126.8Hz5观察H与L（1）将输入正弦信号的频率设置为=L=126.8Hz，进行瞬态分析，观看输出与输入的波形如图4A.5所示。启动标尺可以测出L45。（2）将输入正弦信号的频率设置为=H=65kHz，进行瞬态分析，观看输出与输入的波形,启动标尺测出H。图4A.4 频率特性曲线图4A.5 用瞬态分析观察相位四、实验报告保存并打印出实验电路及各实验数据及波形图，从各波形图中计算或提取AVM 、H 、L 、H 、L 值。五、思考题1电路的H 、L主要与电路中的哪些参

18、数有关？电路中的电容CL起什么作用？2怎样从图4A.4所示的频率特性曲线上用标尺测出H与L的值？实验5A 场效应管放大器一、实验目的1学习共源放大电路的静态、动态指标的测试方法。2了解场效应管放大器的可变电阻特性，了解高阻电路的测量方法。二、实验器材结型场效应管 （在EVAL库中）；电阻、电容（在ANALOG库中） 直流电压源、正弦电压源（在SOURCE库中）。三、实验内容及步骤1用Capture绘制电路图如图5A.1所示。设置好各节点名。2测试电路的静态工作点（1）使R=2.5k，选择静态工作点分析（Bias Point）。（2）运行PSpice，在Probe窗口下选择View/Output

19、 File命令，即可看到电路的静态工作点值如图5A.2所示。图5A.1 场效应管放大电路图5A.2 静态工作点值（3）改变R，重复以上步骤，观看静态工作点的变化情况。3测量电压放大倍数（1）将输入正弦信号源设置为：VOFF=0，VAMPL（振幅）=100mV，FREQ（频率）=1kHz，TD=0，DF=0，PHASE=0。（2）进行瞬态分析，时间范围：04ms，时间步长：0.01ms。（3）运行PSpice。分析计算结束后，在Probe窗口中，执行Trace/Add Trace命令，运用Probe的多窗口显示，即可看到输入输出波形如图5A.3所示。图5A.3 输入输出波形图（4）启动标尺读出输

20、出电压的峰值Vo=1.78V，计算：4测量输入电阻Ri用第一章1.2.5节介绍的方法，在电路中串入电阻RX=1MEG(1M)，使输入信号Vs=100mV（峰值），进行瞬态分析，测得Vi=50mV（峰值），可求得：5测量场效应管可变电阻（1）按图5A.4绘制好电路，图中Vi=1V、=1kHz的正弦电压源，Vgs为直流电压源。将栅源电压Vgs设置为全局变量 Vgs ，同时选择瞬态分析和参数扫描分析（Parametric Sweep），分析参数设置为：在Sweep variable 栏中选中“Global paramete”，在paramete栏中填入“Vgs”，变量变化范围：0V-2V，步长：-0

21、.5V。图5A.4 测量场效应管可变电阻的电路（2）运行PSpice。（3）进行电路性能分析：为了看到输出与Vgs的关系曲线，在分析结束并将出现的多批运行结果全部选中后，执行Trace/Performance Analysis（电路性能分析）命令，屏上出现电路性能分析窗口，该窗口与Probe窗口类似，只是X轴变量变为Vgs了。（4）查看分析结果：在电路性能分析窗口中执行Trace/Add Trace命令，选中特征函数Max（），再选输出变量V（Vd）/Id（J1），则屏上出现场效应管可变电阻与Vgs的关系曲线如图5A.5所示。从图中可以看出，在此条件下约为140380。四、实验报告1保存并打印

22、出实验电路及各实验数据及波形图，计算整理出AV、Ri、可变电阻等参数值。 2分析总结场效应管及场效应管放大器的特点。 图5A.5 可变电阻与VGS 的关系曲线五、思考题还可以用什么方法来测试电路的可变电阻？设计一种方案试一下。实验6A 差动放大电路一、实验目的1学习差动放大器的特点及静态工作点、差模放大倍数、共模放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。2学习用PSpice9对直接耦合放大器进行分析的方法。二、实验器材三极管（在EVAL库中）；稳压管（在EVAL库中）；电阻（在ANALOG库中）。 电位器（在BREAKOUT库中） ；直流电压源、正弦电压源（在SOURCE库中）。 三、实验内容及

23、步骤1用Capture绘制电路图，如图6A.1所示。设置三极管的。2测试电路的静态工作点。对电路进行静态工作点分析（Bias Point）。在Probe窗口下选择View/Output File命令，即可看到两个三极管的静态工作点值如图6A.2所示。图6A.1 基本差动放大器* BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORSNAME Q_Q1 Q_Q2 Q_Q3 MODEL Q2N2222 Q2N2222 Q2N2222 IB 6.74E-06 6.74E-06 1.30E-05 IC 5.49E-04 5.49E-04 1.11E-03 VBE 6.28E-01 6.28E-01

24、6.46E-01 VBC -6.51E+00 -6.51E+00 -7.27E+00 VCE 7.14E+00 7.14E+00 7.91E+00图6A.2 静态工作点值3测量双端输入、双端输出的差模电压放大倍数AVd。 在A、B两端加输入正弦电压源Vi，参数设置为：VOFF=0，VAMPL（振幅）=50mV，FREQ（频率）=1kHz，TD=0，DF=0，PHASE=0，DC=0（为进行直流分析作准备）。 选择直流传输特性分析（TRANSFER FUNCTION），设置参数如下：在Analysis type栏中选“Bias Point”。在Option栏中选“General Settings

25、”。 在Output File Options栏中选“Calculate small-signal DC gail”。在From Input source栏中填入“Vi”。在To Output栏中填入“V（Vo1，Vo2）”。 运行PSpice。在Probe窗口中，选择View/Output File命令，移动滚动条即可得到如图6A.3所示的计算结果。* SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS V(VO1,VO2)/V_Vi = -4.939E+01 INPUT RESISTANCE AT V_Vi = 9.892E+02OUTPUT RESISTANCE AT V(VO1,

26、VO2) = 1.967E+04图6A.3 双入双出的分析结果4测量单端输入、单端输出的差模电压放大倍数AVd1。 在A、0两端加输入正弦电压源Vi，参数设置同上。 选择直流传输特性分析（TRANSFER FUNCTION）。在From Input source栏中填入“Vi”。在To Output栏中填入“V（Vo2）”（意思是从Vo2输出）。其它设置同上。 运行PSpice。可得到如图6A.4所示的计算结果。* SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS V(VO2)/V_Vi = 2.432E+01 INPUT RESISTANCE AT V_Vi = 5.023E+02O

27、UTPUT RESISTANCE AT V(VO2) = 9.905E+03图6A.4 单入单出的分析结果 5测量单端输出的共模电压放大倍数AVC1。 将A、B两端短接，在A、0端加输入信号Vi，参数设置同上。 选择直流传输特性分析（TRANSFER FUNCTION），设置参数同步骤（3）,得到如图6A.5所示的计算结果。* SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS V(VO2)/V_Vi = -2.971E-03 INPUT RESISTANCE AT V_Vi = 2.550E+02 OUTPUT RESISTANCE AT V(VO2) = 9.914E+03图6A.5

28、 共模输入单端输出分析结果6观看输入、输出波形 将输入信号设置为差模单端输入方式。 进行瞬态分析，时间范围：04ms，时间步长：0.01ms。 运行PSpice。分析计算结束后，在Probe窗口中，执行Trace/Add Trace命令，运用Probe的多窗口显示，即可看到输入输出波形如图6A.6所示。图6A.6 输入、输出波形7作出电路的电压传输特性。 选择直流扫描分析（DC SWEEP），参数设置为 :在Sweep variable栏中选“Voltage source”；在Name栏中填入“Vi”。在Sweep type栏中选“Linear”，变量变化范围：-1V+1V，步长：0.01V。

29、 运行PSpice后，在Probe窗口中，执行Trace/Add Trace命令，用光标依次点中V（Vo1）和V（Vo2） ，即显示该电路电压传输特性曲线，如图6A.7所示。图6A.7 电压传输特性 将以上测试结果列入表6A.1中。表6A.1 测试结果差模双入双出差模单入单出共模单端输出AVd=-49.4AVd1=24.3AVC1=-2.9710-3Rid=989Rid=502RiC=255Rod=19.7 kRod=9.9 kRoC=9.91 k四、实验报告1保存并打印出实验电路及各实验数据及波形图，将差动放大器的测试结果以列表的形式给出。2计算电路的共模抑制比CMRR的大小，说明恒流源的作

30、用。五、思考题1是否可以用瞬态分析的方法来测试电路的电压放大倍数？哪种方法更简单些？2单端输出时的差模电压放大倍数什么情况下为正，什么情况下为负？ 实验7A 负反馈放大器一、实验目的1研究负反馈对放大器性能的改善。2学习负反馈放大器技术指标的测试方法。二、实验器材三极管（在EVAL库中）；电阻、电容（在ANALOG库中）。 直流电压源、正弦电压源（在SOURCE库中）。三、实验内容及步骤1用Capture绘制电路图，如图7A.1所示。设置三极管的。2测试开环放大器的动态指标（1）在如图7A.1所示的电路中，断开反馈电阻Rf与晶体管Q1发射极的连线，并将Rf与负载电阻RL并联（考虑开环后反馈网络对基本放大器的负载作用）。输入信号Vi选正弦源，设置参数为：VAMPL=2mV，FREQ=1k，AC=2mV（为进行交流分析作准备）。图7A.1 反馈放大器（2）测量AV：进行瞬态分析，在Probe