EDA設(shè)計(jì) 914104480117 胡劍

1、 EDA設(shè)計(jì)（1）院系： 電光學(xué)院 班號(hào)： 9141044801 姓名： 胡劍 學(xué)號(hào)： 914104480117 指導(dǎo)教師： 吳少琴 實(shí)驗(yàn)日期： 2016.9 成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)一：?jiǎn)渭?jí)放大電路一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)試方法。2.掌握放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試方法。3.觀察靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇對(duì)輸出波形及電壓放大倍數(shù)的影響。二實(shí)驗(yàn)要求：1.設(shè)計(jì)一個(gè)分壓偏置的單管電壓放大路，要求電壓增益大于100，輸出電阻小于5k，帶寬大于500kHz.已知供電電源為12V，三極管型號(hào)為2N3904，負(fù)載電阻為10k。輸入信號(hào)為：頻率為10kHz，峰值1mV5mV的正弦信號(hào)。2.放大器指標(biāo)測(cè)量：在放

2、大器中輸入端接入正弦信號(hào)，調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(diǎn)（調(diào)節(jié)偏置電阻）,觀測(cè)電路輸出信號(hào)，使輸出波形不失真。在此狀態(tài)下測(cè)量：(1)電路靜態(tài)工作點(diǎn)值：(2)三極管的輸入、輸出特性曲線的Rbe、和Rce值；（3）電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益。（4）電路的頻率響應(yīng)曲線和Fh、fH值。3.觀測(cè)失真波形：調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(diǎn)（調(diào)節(jié)偏置電阻），觀察電路出現(xiàn)飽和失真和截止失真的輸出信號(hào)波形，并測(cè)試對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)值。三設(shè)計(jì)原理圖如下四、實(shí)驗(yàn)工程與數(shù)據(jù)測(cè)量1、電壓增益由圖可知電壓增益Av=218.572.靜態(tài)工作點(diǎn)的確定與測(cè)量圖中可以看出靜態(tài)工作點(diǎn)IB=24.93A IC=3.91mA Vce=2.59V Vbe=

3、701.66mV=56.843.三極管的輸入輸出特性曲線（1）輸入特性曲線：（2）、輸出特性曲線（3）求Rbe和Rce由圖可知Rbe=dx/dy=1291K Rce=dx/dy=19.29K4.求輸入電阻電路圖和測(cè)試數(shù)據(jù)如下：由圖可知Ri=U/I=1.09K5.求輸出電阻電路圖和測(cè)試數(shù)據(jù)如下：可知Ro=U/I=1.81K6.電路的頻率特性曲線由圖可知，fL=49.35Hz,fH=16.76MHz 帶寬：16.767.失真時(shí)的參數(shù)測(cè)量（1）.飽和失真調(diào)節(jié)電位器至25%時(shí)得到飽和失真，由圖可得此時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)IB=52.45A IC=4.83mA Vce=156.94mV 飽和失真原因分析：當(dāng)靜態(tài)工

4、作點(diǎn)Q點(diǎn)過高時(shí)，輸入信號(hào)正半周期靠近峰值的某段時(shí)間晶體進(jìn)入飽和區(qū)，導(dǎo)致了Ic產(chǎn)生頂部失真，輸出電壓的負(fù)半周期被截止在一個(gè)固定的負(fù)電壓，產(chǎn)生底部飽和失真。(2)截止失真電位器調(diào)到最大(100%)后，截止失真任然不明顯。因此將電壓小信號(hào)峰值調(diào)到20mv，得到如下的截止失真圖形。由圖可得：Ib=12.66A ，Ic=1.96m，Vce=7.27V截止失真原因分析：當(dāng)Q點(diǎn)過低時(shí)，在輸入信號(hào)的負(fù)半周靠近峰值的某段時(shí)間內(nèi)，三極管be之間的總電壓小于其開啟電壓 Uon,晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。輸出電壓被截止在一個(gè)固定的正電壓，產(chǎn)生截止失真。8.數(shù)據(jù)表格9.誤差分析（1）.電壓增益Av 測(cè)量值：218.57 理論

5、值： 201.20 誤差：8.60%（2）.輸入電阻Ri 測(cè)量值：1.09 k 理論值：1.21k 誤差：9.91%（3）.輸出電阻Ro 測(cè)量值：1.81k 理論值：1.93k 誤差：6.21% 五實(shí)驗(yàn)反思與體會(huì)實(shí)驗(yàn)一考察了我們對(duì)分壓偏置的放大電路的掌握情況，通過軟件Mulitisim進(jìn)行元器件的放置和電路圖的設(shè)計(jì)對(duì)我來說是比較新的電路實(shí)驗(yàn)方法。由于對(duì)軟件的不熟悉，在實(shí)驗(yàn)前期我花了大量時(shí)間去熟悉軟件的使用方法和電路設(shè)計(jì)技巧。在放大電路設(shè)計(jì)方面我遇到的主要問題是如何將增益調(diào)到100以上。電路的設(shè)計(jì)完成后，對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量很重要。后面需要用到工作點(diǎn)靜態(tài)的數(shù)據(jù)。讓我體會(huì)很深的是對(duì)Rbe和Rce的測(cè)

6、量。之前我一直不清楚怎么在電路中測(cè)試虛擬參數(shù)電阻，后來在老師的指導(dǎo)下才知道可以通過輸入輸出特性曲線來求。在細(xì)節(jié)處理方面我也有感觸，電路布線細(xì)節(jié)必須做好，否則就會(huì)導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)失敗，花費(fèi)大量時(shí)間重新布線。實(shí)驗(yàn)一讓我熟悉了放大電路的工作原理和失真情況。讓我初步熟悉了仿真軟件的使用，為之后的其他實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)二：差動(dòng)放大電路設(shè)計(jì)與仿真一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握差動(dòng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法。2 給出雙端輸入直流小信號(hào)時(shí)電路的AVD、AVD1、AVC、AVC1的值，并與理論值作比較。二、 實(shí)驗(yàn)要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路，要求空載時(shí)的AVD 大于20。 尾部公共電阻REE取10k。2. 測(cè)

7、試電路兩個(gè)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)值和以及在該靜態(tài)工作點(diǎn)的、rbe、rce的值。3. 空載下給電路分別輸入差模和共模直流小信號(hào)，分別測(cè)試電路的雙端輸出的差模增益AVD 、單端輸出的差模增益AVD1 、雙端輸出的共模增益AVC 以及單端輸出的共模增益AVC1值。三、 設(shè)計(jì)原理圖四、 實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)測(cè)量1. 靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量由圖可得IB= 4.16A IC=549.51A VCE=7.15V =132.092. 三極管的Rbe和Rce測(cè)量輸入特性曲線如下：輸出特性曲線如下：數(shù)據(jù)詳情如下圖：由以上兩圖可得 Rbe=dx/xy= 235.96KHz Rce=dx/dy= 146.84k3 求電路雙端輸入直流小

8、信號(hào)時(shí)各項(xiàng)電壓增益。（1） 單端共模增益Avc1電路如下：由圖可得，Avc1=-0.498（2） 雙端共模增益Avc，測(cè)量電路如下由圖可得：Avc=0(3)單端差模增益Avd1電路圖如下：由圖可得。Avd1=-8.97（4）雙端差模增益Avd電路圖如下：由圖可得，Avd=35.834、誤差分析（1）單端共模電壓增益Avc1測(cè)量值：-0.50 理論值： - *R2/Rbe+(+1)*2Ree=-誤差：（2）雙端共模電壓增益Avc測(cè)量值：0 理論值：0誤差為0（3）單端差模電壓增益Avd1測(cè)量值： -8.97 理論值：-*R2/2(Rbe+R1)誤差：(4)雙端差模電壓增益Avd測(cè)量值:-35.8

9、3 理論值：-*R2/(Rbe+R1)=-34.54誤差：3.73%五、 數(shù)據(jù)表格六、 實(shí)驗(yàn)感受與體悟差動(dòng)電路是我在學(xué)習(xí)模電時(shí)的困難點(diǎn)，我在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)也遇到了許多問題。在解決這些問題的過程中，我體會(huì)到了仔細(xì)思考帶來的收獲。我遇到的主要問題是在進(jìn)行單端共模和單端差模的測(cè)量。我之前不清楚單端具體怎么實(shí)現(xiàn)，在差模和公模的區(qū)分上也不清楚。在經(jīng)過查閱模電書和詢問同學(xué)后，我解決了這個(gè)問題。誤差分析也是一個(gè)重要的過程，計(jì)算理論值時(shí)務(wù)必計(jì)算小心。因?yàn)檫@直接影響到實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和可信度。實(shí)驗(yàn)三：負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì)與仿真一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握兩種耦合方式的多級(jí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試。2. 掌握多級(jí)放大電路的

10、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的測(cè)試放法。3. 了解反饋對(duì)電壓增益、輸入輸出電阻以及非線性失真的影響。二、 實(shí)驗(yàn)要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)阻容耦合兩級(jí)電壓放大電路，要 求信號(hào)源頻率10kHz(有效值1mv)，負(fù)載電阻 10k，電壓增益在100200倍之間。2. 給電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋：測(cè)試負(fù)反饋接入前后電路的放大倍數(shù)、輸入、輸出電阻和頻率特性。改變輸入信號(hào)幅度，觀察負(fù)反饋對(duì)電路非線性失真的影響。三、 實(shí)驗(yàn)過程1.設(shè)計(jì)原理圖如下無負(fù)反饋2.未接負(fù)反饋的電路放大倍數(shù)可得電壓增益Av=145.203. 接入負(fù)反饋后電路的放大倍數(shù)可得電壓增益Av=24.454. 求接入負(fù)反饋后輸入輸出電阻由圖可知輸入電阻

11、Ri=22.72k由圖可知輸出電阻Ro=0.27k5. 求未接入負(fù)反饋電路的輸入輸出電阻。由圖可知輸入電阻Ri=20.32k由圖可知輸出電阻Ro=22.72k6. 求反饋系數(shù)F，并驗(yàn)證Af=1/FF=25.70 1/F=0.039由上可知Av=24.45 Af=1/Av=0.040所以Af=1/F是成立的7. 頻率特性曲線和fL、fH。不接入負(fù)載時(shí)fL=812.67HzfH=389.54KHz接入負(fù)反饋時(shí)fL=156.80HzfH=3.03MHz8. 最大不失真時(shí)的輸入信號(hào)幅度由圖可知不介入反饋時(shí)最大不失真幅度為8.5mv由圖可知接入負(fù)反饋時(shí)最大不失真幅度為45mv四、 數(shù)據(jù)表格五、 實(shí)驗(yàn)感受

12、與體悟負(fù)反饋放大電路的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)反饋類型。這次我們選擇的是電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。電路設(shè)計(jì)中主要問題集中在元器件數(shù)值的選擇上。若要結(jié)果滿足實(shí)驗(yàn)要求，即電壓增益要在100到200之間。經(jīng)過我多次的修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終確認(rèn)好電壓增益在150左右，滿足實(shí)驗(yàn)條件。輸出電阻的測(cè)量也遇到了問題，在電路的改動(dòng)上我出現(xiàn)了疑惑。本次實(shí)驗(yàn)最大的體悟就在于設(shè)計(jì)電路時(shí)歌元器件之間的關(guān)系和元器件數(shù)值的設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。這將有利于我對(duì)電路的理解。實(shí)驗(yàn)四：階梯波發(fā)生器電路的設(shè)計(jì)與仿真一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握階梯波發(fā)生器電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2. 掌握階梯波發(fā)生器電路的工作原理3. 學(xué)習(xí)復(fù)雜的集成運(yùn)算放大電路的設(shè)計(jì)。二、 實(shí)驗(yàn)要求

13、1 設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)數(shù)4個(gè)。（注意：電路中均采用模擬、真實(shí)器件，不可以選用計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器、D/A轉(zhuǎn)換等數(shù)字器件，也不可選用虛擬器件。）2 對(duì)電路進(jìn)行分析測(cè)試和調(diào)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、 設(shè)計(jì)原理和工作原理首先由一個(gè)方波電路產(chǎn)生，其次，經(jīng)過微分電路輸出得到上、下都有的尖脈沖，然后經(jīng)過限幅電路，只留下所需的正脈沖，在通過積分電路后，因脈沖作用時(shí)間很短，積分器輸出就是一個(gè)負(fù)階梯。對(duì)應(yīng)一個(gè)尖脈沖就是一個(gè)階梯，在沒有尖脈沖時(shí)，積分器的輸出

14、不變，在下一個(gè)尖脈沖到來時(shí)，積分器在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)行積分，因此，積分器就起到了積分和累加的作用。當(dāng)積分器累加到比較器的比較電壓，比較器翻轉(zhuǎn)，比較器輸出正值電壓，使震蕩控制電路起作用，方波停振。同時(shí)，這正值電壓使電子開關(guān)導(dǎo)通，時(shí)積分電容放電，積分器輸出對(duì)地短路，恢復(fù)到起始狀態(tài)，完成一次階梯波輸出。積分器輸出負(fù)值向零跳變的過程，又使比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，比較器輸出變?yōu)樨?fù)值，這樣振蕩控制電路不起作用，方波輸出，同時(shí)使電子開關(guān)截止，積分器進(jìn)行積分累加，如此循環(huán)往復(fù)，就完成了一系列階梯波。原理圖如下：四、 實(shí)驗(yàn)過程1. 方波電路（首先設(shè)計(jì)電路產(chǎn)生方波，使用一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成滯回比較器。調(diào)整電容改變方波的周期使

15、其達(dá)到6ms左右。）2. 微分電路3. 濾波電路 4.積分電路 調(diào)節(jié)C3和R4使得下降階梯個(gè)數(shù)增多，如下圖5.階梯波電路由圖可得周期為20.27ms，壓降為9.34v將三極管由2N3824替換為2N3955后得到如下圖像6.兩個(gè)三極管的特性曲線更換后的三極管2N3955的接法如下進(jìn)行直流掃描，調(diào)節(jié)合適的掃描范圍、增量。得到如下特性曲線可得IDSS2=3.2996mA同理，更換前的三極管掃描圖像如下：由圖可得 2N3824的IDSS1=2.099mA五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與分析1.調(diào)節(jié)電路中哪些元器件可以改變階梯波的周期答：階梯波的周期和方波的周期相關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，方波的一個(gè)周期等于一個(gè)臺(tái)階的周

16、期。所以可以通過改變方波的周期調(diào)整階梯波的周期，可以調(diào)節(jié)R1、R2、R3、R9和C1的值。2.調(diào)節(jié)電路中哪些元器件可以改變階梯波的輸出電壓范圍。 答：（1）可以改變方波的閥值電壓，所以可以調(diào)節(jié)R1、R2、R3、R9和C1的值。（2）積分電路的電阻和電容可以影響到輸出電壓的值，所以可以調(diào)節(jié)C3和R4的值。（3）改變比較器上的電阻R6、R7、R8的值。3.調(diào)節(jié)電路中哪些元器件值可以改變階梯波的階梯個(gè)數(shù)。 可以通過改變C3和R4的值以改變階梯波個(gè)數(shù)。六、實(shí)驗(yàn)感受與體悟?qū)嶒?yàn)四是整個(gè)EDA實(shí)驗(yàn)中最具難度和挑戰(zhàn)性的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這是一個(gè)考察學(xué)生綜合能力的實(shí)驗(yàn)。包括了許多電路的設(shè)計(jì)，一個(gè)階梯波電路的需要很多小電路的合成。包括方波電路、微分電路、濾波電路、積分電路和階梯波電路的組合。這些電路的設(shè)計(jì)對(duì)我來說都是比較困難的，在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題。這些問題大多數(shù)都在于電路的組合和連接。在方波電路的設(shè)計(jì)過程中，我的電路總是出現(xiàn)不了方波電路。后來在老師的指導(dǎo)下，才修正了電路。完成了第一步，后面的幾個(gè)電路也比較容易的設(shè)計(jì)出來了。在實(shí)驗(yàn)問題的回答上，我改動(dòng)了很多元器件的值去調(diào)試其對(duì)階梯波電路的影響。結(jié)論： 經(jīng)過本次EDA實(shí)驗(yàn)，讓我重新學(xué)習(xí)掌握了