南理工EDA設計

1、EDA設計（）實驗報告 第 32 頁 共 32 頁南 京 理 工 大 學EDA設計（）實驗報告作 者:學 號：學院(系):自動化院專 業(yè):電氣工程及其自動化 指導老師： 付文紅 實驗日期： 2014.10.13-2014.10.19 2014 年 10 月摘要學習基于計算機和信息技術的電路系統(tǒng)設計和仿真方法。以放大電路、反饋電路以及階梯波發(fā)生電路等模擬電路為基礎，采用Multisim仿真軟件對其進行仿真。針對電路中的相關參數(shù)進行測量，計算，并與理論值比較，驗證理論的正確性。采用理論設計和仿真分析相結合的方法，對理論知識進行驗證。根據(jù)實驗要求數(shù)據(jù)計算，設計實驗電路圖，并進行軟件仿真，測定相關參數(shù)

2、并與理論值比較，驗證理論分析的正確性。關鍵字 模擬電路 仿真 參數(shù)測定 MultisimAbstractLearning circuit based on the technology of computer and information system design and simulation method. With the ladder wave generating circuit amplification circuit, feedback circuit and analog circuit as the foundation, such as using Multisim s

3、imulation software for simulation. The related parameters of the circuit for measuring, calculate, and compared with the theoretical value, prove the validity of the theory. By adopting the combination of theoretical design and simulation analysis method, to verify this theory. According to experime

4、ntal data calculation, design, experimental circuit diagram and software simulation, determination of related parameters and compared with the theoretical value, verify the correctness of the theoretical analysis.Keywords  artificial circuit simulat parametric measurement Multisim目 錄實驗一 單級放大電路的

5、設計與仿真4一、實驗目的4二、實驗要求4三、實驗原理圖4四、實驗過程及結果51電路的飽和失真和截止失真分析5 2電路基本參數(shù)測定.93幅頻相頻特性曲線.11五、實驗結果分析 .12實驗二 負反饋放大電路的設計與仿真13一、實驗目的13二、實驗要求13三、實驗原理圖13四、實驗過程及結果141.阻容耦合兩級放大電路.142負反饋接入前電路工作狀態(tài)153負反饋接入后電路工作狀態(tài)18五、實驗結果分析22實驗三 階梯波發(fā)生器電路的設計23一、實驗目的23二、實驗要求23三、電路原理框圖23四、實驗過程與仿真結果241.方波發(fā)生器242.微分電路253.限幅電路264.積分電路27 5階梯波電路.28五

6、、實驗結果分析.29實驗總結.30參考文獻.31實驗一 單級放大電路的設計與仿真一實驗目的1) 掌握放大電路靜態(tài)工作點的調整和測試方法。2) 觀察靜態(tài)工作點的選擇對輸出波形的影響。3) 掌握電路輸入電阻、輸出電阻的測試方法。4) 觀察電路的頻率響應曲線以及掌握電路上、下限頻率的測試方法。二實驗要求1) 設計一個分壓偏置的單管電壓放大電路，要求信號源頻率5kHz(幅度1mV) ，負載電阻5.1k，電壓增益大于50。2) 調節(jié)電路靜態(tài)工作點(調節(jié)電位計)，觀察電路出現(xiàn)飽和失真和截止失真的輸出信號波形，并測試對應的靜態(tài)工作點值。3) 調節(jié)電路靜態(tài)工作點(調節(jié)電位計)，使電路輸出信號不失真，并且幅度最

7、大。在此狀態(tài)下測試：電路靜態(tài)工作點值；電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益；電路的頻率響應曲線和fL、fH 值。三實驗原理圖當三極管工作在放大區(qū)時具有電流放大作用，只有給放大電路中的三極管提供合適的靜態(tài)工作點才能保證三極管工作在放大區(qū)，如果靜態(tài)工作點不合適，輸出波形則會產(chǎn)生非線性失真飽和失真和截止失真，而不能正常放大。當靜態(tài)工作點設置在合適的位置時，即保證三極管在交流信號的整個周期均工作在放大區(qū)時，三極管有電流放大特性。通過適當?shù)耐饨与娐?，可實現(xiàn)電壓放大。表征放大電路放大特性的交流參數(shù)有電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。由于電路中有電抗組件電容，另外三極管中的PN結有等效電容存在，因此，對于不同

8、頻率的輸入交流信號，電路的電壓放大倍數(shù)不同，電壓放大倍數(shù)與頻率的關系定義為頻率特性，頻率特性包括：幅頻特性即電壓放大倍數(shù)的幅度與頻率的關系；相頻特性即電壓放大倍數(shù)的相位與頻率的關系。四實驗過程及結果1. 電路的飽和失真和截止失真分析設計一個分壓偏置的單管電壓放大電路，要求信號源頻率5kHz(幅度1mV) ，負載電阻5.1k，電壓增益大于50。單級放大的設計原理圖如下： 圖1.1 單級放大電路若把調節(jié)電位器的大小，從而使電路具有不同的靜態(tài)工作點，則從與之相連的示波器上可以觀察到飽和失真、截止失真、不失真三種不同的現(xiàn)象。.飽和失真現(xiàn)象調小電位器R3，為了看到波形的飽和失真現(xiàn)象,增大信號源電壓為20

9、mV，在示波器可以看到波形如下：圖1.2 飽和失真現(xiàn)象此時電路的靜態(tài)工作點如下：圖1.3 飽和失真靜態(tài)工作點由圖可得，靜態(tài)工作點處于飽和區(qū)，其波形的下半部被削去一塊，產(chǎn)生飽和失真。.截止失真調大電位器R3，為了看到波形的截止失真現(xiàn)象,增大信號源電壓為20mV，可以看到波形如下:圖1.4 截止失真現(xiàn)象其直流靜態(tài)工作點分析如下：圖1.5 截止失真靜態(tài)工作點從儀表中可以讀出: ,靜態(tài)工作點處于截止區(qū)，其波形的上半部被削去一塊，產(chǎn)生截止失真。.不失真的正常工作狀態(tài)下調節(jié)電位器，使之產(chǎn)生的輸出波形有最大幅值且不失真，多次試驗下，觀察到當電位器為40%時，產(chǎn)生的波形最大且不失真，其波形如下：圖1.6 最大

10、不失真其靜態(tài)直流工作點如下：圖1.7 最大不失真靜態(tài)工作點 從分析結果可以得出，此時其靜態(tài)工作點處于放大區(qū)，輸出波形沒有產(chǎn)生失真。 2.電路基本參數(shù)測定.輸入電阻的測量 圖1.8 輸入電阻測量在原來的原理圖的輸入端上，串聯(lián)入一個交流電流表，并在交流信號源兩邊并聯(lián)交流電壓表，根據(jù)交流表讀出的示數(shù)，可以計算出電路的輸入電阻。此時電流表的讀數(shù)為253.4nA，電壓表讀數(shù)為999.974uV。輸入電阻的理論值：相對誤差：*100%=1.67%.輸出電阻的測量幅頻信號圖1.9 輸出電阻測量在原來原理圖的基礎上，把信號源短路，負載開路，并在負載端接入信號源和交流電流表，此時電壓表示數(shù)為19.999mV,電

11、流表的讀數(shù)為9.692uA，可以得到：輸出電阻的理論值：認為為無窮大，則=2.4K輸出電阻的相對誤差：*100=14%由此可知實際值與理論值相差不大，誤差可能是由于忽略引起的。.電壓增益的測量圖1.10 電壓增益測量由電壓表可知電壓增益的理論值為：電壓增益的相對誤差為：3.07%3.幅頻相頻特性曲線對電路圖的節(jié)點6進行交流分析，得到的結果如下圖： 圖1.11 幅頻相頻特性曲線測量由圖中數(shù)據(jù)可知：在中頻段，節(jié)點6的大小約為51.左右，由此可以得到近似的下限和上限截止頻率為：五.實驗結果分析從靜態(tài)工作點的測試情況可以看出，當靜態(tài)工作點的信號源的電壓幅值維持在1mV左右時，調節(jié)電位器從示波器中很難觀

12、察到飽和失真與截止失真的波形，因此考慮增大信號源電壓20mV進行觀測。從三極管的參數(shù)上可以查到，三極管的放大系數(shù)的理論值是300，而本次實驗仿真結果測試出來的值為152，與理論值的誤差49%。我認為由于三極管的放大系數(shù)本身也會隨著結溫的變化而變化，故今后在使用三極管的時候，不應該僅僅只看其手冊上的放大系數(shù)來做計算，而應該讓三極管工作在一個環(huán)境中，去實際測試它的工作狀態(tài)下的放大系數(shù)，這樣使用起來才比較準確。再者，在計算電壓增益的時候，本次實驗沒有考慮三極管的輸出電阻，把其當作無窮大的電阻予以忽略，并沒有帶來很大誤差，說明遠大于,若誤差較大的話，需要將考慮進去。實驗二 負反饋放大電路的設計與仿真一

13、.實驗目的1） 掌握阻容耦合方式構成的兩級放大電路的工作原理2） 掌握負反饋電路的工作原理3） 掌握兩級放大電路的電壓增益、輸入電阻、輸出電阻、頻率特性曲線的測量方法、了解負反饋引入前后對于電路工作狀態(tài)的影響二.實驗要求1) 給出阻容耦合兩級放大電路的實驗接線圖。2) 引入串聯(lián)電壓深度負反饋，分別給出負反饋接入前后電路的放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻的測試電路 和測試結果，并驗證AF»1/F。3) 給出負反饋接入前后電路的頻率特性和fL、fH值，以及輸出開始出現(xiàn)失真時的輸入信號幅度。4) 分析實驗結果。三實驗原理對于電子系統(tǒng)，在輸入信號一定時，要求輸出信號是穩(wěn)定的，但由于各種因素的影響，輸

14、出信號會發(fā)生不應有的變化。因此，需要設法將輸出信號的變化送回到輸入回路，讓輸入信號根據(jù)輸出量的變化作調整，以保持輸出量的穩(wěn)定，這一過程就是“回饋”。將輸出量（電壓、電流）的一部分或全部通過一定的網(wǎng)絡回饋到輸入回路的過程，稱為回饋。負責饋送輸出信號變化量的元器件和線路構成回饋網(wǎng)絡；它們的作用是對輸出信號進行采樣，并將采樣量(回饋信號)送回輸入回路；它們的位置特點是既屬于輸入回路，又屬于輸出回路，或者跨接在輸入和輸出回路之間。負反饋引入后對電路的影響如下：放大電路增益的穩(wěn)定性提高后，在輸入量一定時，就可得到較穩(wěn)定的輸出。由于增益帶寬積是不變的，負反饋放大電路可以擴展通頻帶。而如果信號輸出發(fā)生了失真

15、，失真的回饋信號使凈輸入信號產(chǎn)生相反的失真，即又可以從而彌補了放大電路本身的非線性失真。直流負反饋能穩(wěn)定靜態(tài)工作點，串聯(lián)負反饋使得輸入電阻升高，并聯(lián)負反饋使得輸入電阻減小。電壓負反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓，使得輸出電阻減小；電流負反饋能夠穩(wěn)定輸出電流，使得輸出電阻增大。四.實驗過程及結果1. 設計一個阻容耦合兩級電壓放大電路，要求信號源頻率10kHz(幅度1mv) ，負載電阻1k，電壓增益大于100。圖2.1 阻容耦合雙級放大電路從示波器上觀察到不失真圖形如下：圖2.2 阻容耦合雙級放大電路波形2.負反饋接入前電路的工作狀態(tài).測量電路的放大系數(shù)圖2.3 放大系數(shù)測量測量電路的輸入電阻圖2.4 輸入電

16、阻測量在輸入端串入一個交流電壓表，在信號源兩邊并聯(lián)交流電壓表，根據(jù)仿真結果可得：.測量電路的輸出電阻圖2.5輸出電阻測量信號源短路，把負載開路，在負載端連入一個交流電壓表和交流信號源，如圖所示，可得：.頻率特性圖2.5 幅頻相頻特性曲線對節(jié)點12進行交流分析，得到結果如圖。由圖可得：.臨界失真信號圖2.6 臨界失真信號調節(jié)信號源的幅值，從示波器上觀察其峰值，在當信號源的峰值到1.8mV的時候，波形出現(xiàn)了失真。3.負反饋接入后電路的工作情況.測量電路的放大系數(shù)閉合開關，用交流電壓表測出，如圖：由圖可得:=999.962uV=992.817uV從數(shù)據(jù)上可以看出，電路工作在深度負反饋的條件下，因此=

17、2.835圖2.7 反饋系數(shù)測量圖2.8 放大系數(shù)測量. 測量電路的輸入電阻圖2.9 輸入電阻測量在輸入端串入一個交流電流表，在信號源兩端并聯(lián)一個交流電壓表。根據(jù)仿真結果可得：.測量電路的輸出電阻圖2.10 輸出電阻測量信號源短路，把負載開路，在負載端連入一個交流電壓表和交流信號源，如圖所示，可得：.頻率特性圖2.11 幅頻相頻特性曲線對節(jié)點12進行交流分析，得到結果如圖。由于引入了負反饋，頻率特性曲線發(fā)生了變化，由圖中可得：.臨界失真信號圖2.12 臨界失真信號調節(jié)信號源的幅值，從示波器上觀察其波形，在當信號源的峰值到150mV的時候，波形出現(xiàn)了失真。五.實驗結果分析回饋引入前回饋引入后輸入

18、電阻7.37k59.9k輸出電阻2.04k24放大倍數(shù)414.5962.835下限截止頻率492Hz46.49Hz上限截止頻率532kHz16.34MHz臨界失真信號1.8mV150mV表2.1 實驗結果分析引入負反饋后，對于電路的工作狀態(tài)產(chǎn)生了很大的影響。電路放大倍數(shù)大大減小，同時，串聯(lián)電壓負反饋能夠使輸出電阻大大減小，輸入電阻大大增大，同時 穩(wěn)定輸出電壓。由于增益帶寬積是不變的，負反饋放大電路可以擴展通頻帶。而如果信號輸出發(fā)生了失真，失真的回饋信號使凈輸入信號產(chǎn)生相反的失真，即又可以從而彌補了放大電路本身的非線性失真。如果用該反饋電路作為輸入端時，那么增大輸入電阻就會使得對于電路獲得更大分

19、壓。輸出的如果是電壓信號，那么引入一個電壓負反饋能降低輸出電阻，使得負載上可以得到更多的分壓。當電路需要在更高的頻率下工作時，引入負反饋可以擴展帶寬，使得電路工作于正常放大區(qū)。而且，對于電子系統(tǒng)，在輸入信號一定時，要求輸出信號是穩(wěn)定的，但由于各種因素的影響，輸出信號會發(fā)生不應有的變化。因此，將輸出信號的變化送回到輸入回路，讓輸入信號根據(jù)輸出量的變化作調整，以保持輸出量的穩(wěn)定。即通過負反饋電路可以不失真情況下對應的幅值大大增加，這一點有時是十分有必要的。因此，在某些特定的情況下，根據(jù)不同的情況，引入不同的回饋，可能對于電路的工作狀態(tài)產(chǎn)生很多改善，這點在實際的電路設計應用中可能會有很大的幫助。實驗

20、三 階梯波發(fā)生器的設計與仿真一. 實驗目的1） 掌握階梯波發(fā)生器電路的結構特點2） 掌握階梯波發(fā)生器電路中各組件的作用3） 掌握階梯波發(fā)生器電路的工作原理二. 實驗要求1) 設計一個能產(chǎn)生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在20ms左右，輸出電壓范圍10V，階梯個數(shù)5個。(注意：電路中均采用模擬、真實器件，不可以選用計數(shù)器、555定時器、D/A轉換器等數(shù)字器件，也不可選用虛擬器件。)2) 對電路進行分段測試和調節(jié)，直至輸出合適的階梯波。3) 改變電路元器件參數(shù)，觀察輸出波形的變化，確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件。三. 實驗原理為了設計一個負階梯波的發(fā)生器，首先必須先產(chǎn)生一個方波。把方波的

21、信號輸入到微分電路，從微分電路的輸出端就可以得到周期性的尖脈沖。通過一個限幅電路后，只留下正的尖脈沖。這個真的尖脈沖通過積分電路，便可以實現(xiàn)累加而輸出一個負階梯。對應一個脈沖就是一個負階梯，在沒有尖脈沖的時候，積分器保持輸出不變，在下一個尖脈沖來臨的時候，積分器在原來的值上積分，因此，通過積分器的積分和累加，使得輸出波形為一個負階梯。在負階梯的輸出端設計一個比較器，輸出值達到這個比較電位的時候，比較器的輸出端便翻轉，輸出一個正電壓。這個正電壓使得電子開關導通，積分電容放電，積分器輸出對地短路，復位，完成一個周期的輸出。如此循環(huán)，便形成了一系列的階梯波。其原理圖如下：圖3.1 階梯波發(fā)生器原理圖

22、四. 實驗過程及結果.方波發(fā)生器原理圖圖3.2 方波發(fā)生器其輸出波形如下：圖3.3 方波波形.微分電路工作原理圖圖3.4 微分電路圖其輸出波形如下：圖3.5 微分電路波形.限幅電路工作原理圖圖3.6 限幅電路圖其輸出波形如下：圖3.7 限幅電路波形從實驗原理圖和示波器波形圖中可以看出：經(jīng)過限幅電路，得到一個只有正尖脈沖的波形。.積分累加電路工作原理圖圖3.8 積分電路圖其輸出波形如下：圖3.9 積分電路波形從實驗原理圖和波形圖可以看出：經(jīng)過積分累加電路，波形的輸出發(fā)生累加，產(chǎn)生了階梯波。.階梯波發(fā)生器工作原理圖圖3.10 階梯波發(fā)生器原理圖其輸出波形如下：圖3.11 階梯波波形由示波器的波形圖中可以看出：一個周期內，階梯的個數(shù)為5個，周期約為20ms，輸出電壓范圍約10V左右，符合實驗要求。五. 實驗結果分析階梯波的周期是由方波發(fā)生器的參數(shù)決定的，改變電路中這些組件的參數(shù)，便可以改變方波發(fā)生器的周期，從而改變階梯波的周期。電路中的輸出范圍是由滯回比較器的門限電壓來決定的。的大小及電壓源的大小決定了翻轉電壓，調節(jié)這三個組件的值即可以調節(jié)輸出電壓范圍。如圖，其下限電壓