北航電子電路設(shè)計訓(xùn)練模擬部分實驗報告

1、電子電路設(shè)計訓(xùn)練模擬部分實驗實驗報告實驗一：共射放大器分析與設(shè)計1. 目的：（1）進(jìn)一步了解Multisim的各項功能，熟練掌握其使用方法，為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)。（2）通過使用Multisim來仿真電路，測試如圖1所示的單管共射放大電路的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻，并觀察靜態(tài)工作點的變化對輸出波形的影響。（3）加深對放大電路工作原理的理解和參數(shù)變化對輸出波形的影響。（4）觀察失真現(xiàn)象，了解其產(chǎn)生的原因。圖 1 實驗一電路圖2. 步驟：（1）請對該電路進(jìn)行直流工作點分析,進(jìn)而判斷管子的工作狀態(tài)。（2）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的輸入電阻。（3）請利用軟件提供的各種測量

2、儀表測出該電路的輸出電阻。（4）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（5）請利用交流分析功能給出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（6）請分別在30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz這5個頻點利用示波器測出輸入和輸出的關(guān)系，并仔細(xì)觀察放大倍數(shù)和相位差。（提示：在上述實驗步驟中，建議使用普通的2N2222A三極管，并請注意信號源幅度和頻率的選取，否則將得不到正確的結(jié)果。）3. 實驗結(jié)果及分析：（1）根據(jù)直流工作點分析的結(jié)果，說明該電路的工作狀態(tài)。由simulate->analyses->DC operating point,可測得該電路的靜態(tài)工作點

3、為：圖 2 直流工作點由V(5)>V(4)>V(2),可知，晶體管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，且發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管工作在放大狀態(tài)。（2）詳細(xì)說明測量輸入電阻的方法（操作步驟），并給出其值。圖 3 輸入電阻測量使用交流模式的電流表接在電路的輸入端測量輸入電壓和輸入電流，如圖所示，可得輸入電阻：。（3）詳細(xì)說明測量輸出電阻的方法（操作步驟），并給出其值。圖 4 輸出電阻測量分別測量空載時的輸出電壓和帶載時的輸出電壓，得到輸出電阻：（4）詳細(xì)說明兩種測量幅頻、相頻特性曲線的方法（操作步驟）。a.利用軟件右側(cè)欄的Bode Plotter測量幅頻、相頻特性曲線，將輸入端連接儀器IN端，輸出端連接

4、儀器OUT端，共地后點擊運行，得出幅頻、相頻特性曲線，如下圖。圖 5 幅頻特性曲線圖 6 相頻特性曲線b. 利用軟件的交流分析功能測得電路的幅頻、相頻特性曲線。選擇simulate->analyses->AC Analysis，添加仿真輸出點后，選擇simulate，可得幅頻、相頻特性曲線，與前面用儀表測量得到的頻率特性曲線相同。圖 7 交流分析頻率特性（5）根據(jù)得到的幅頻特性曲線，利用作圖器的標(biāo)尺功能，指出該電路的fL和fH（3dB）。根據(jù)圖 5可得幅頻曲線最高點為17.794Hz，分別找兩側(cè)比最大值衰減3dB的頻率值，如下圖所示，可以得到。圖 8 fL測量圖 9 fH測量（6）

5、將得到的30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz這5個頻點的輸入和輸出關(guān)系和剛才得到的幅頻、相頻特性曲線對比，你有何看法？圖 10 30Hz圖 11 1KHz圖 12 100KHz圖 13 4MHz圖 14 100MHz輸入頻率不同時，輸出的放大倍數(shù)和相位差：30Hz1000Hz100KHz4MHz100MHz放大倍數(shù)1.3207.56109.66.96相位差（度）37180180180221.7從上表中可以看出，測得的放大倍數(shù)與相位差與前面所測的幅頻、相頻特性曲線相符。（7）請分析并總結(jié)仿真結(jié)論與體會。這是我們電子電路設(shè)計訓(xùn)練的第一次實驗，第一次接觸Multisim，感受到了

6、該軟件在電路分析中的強大功能，也把模電課上所學(xué)的東西用于實踐，因此對知識有了更深的理解。本次實驗中，對于實驗操作，收獲最大的地方是要注意用儀表測量時哪些情況該用直流、哪些情況該用交流，選擇錯誤就無法得到正確的實驗結(jié)果。實驗二：射級跟隨器分析與設(shè)計1. 目的：通過使用Multisim來仿真電路，測試如圖2所示的射隨器電路的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻，并觀察靜態(tài)工作點的變化對輸入輸出特性的影響。圖 15 實驗二電路圖2. 步驟：（1）請對該電路進(jìn)行直流工作點分析,進(jìn)而判斷管子的工作狀態(tài)。（2）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的輸入電阻。（3）請利用軟件提供的各種測量儀表測出

7、該電路的輸出電阻。（4）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（5）請利用交流分析功能給出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（6）用瞬態(tài)分析法分析其電壓跟隨器特性，隨意改變負(fù)載電阻阻值，觀察輸出特性有何變化。3. 實驗結(jié)果（1）請對該電路進(jìn)行直流工作點分析,進(jìn)而判斷管子的工作狀態(tài)。用仿真-分析-直流工作點分析，得到的結(jié)果如下圖所示。V(5)>V(4)>V(2)，晶體管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，故晶體管工作在放大狀態(tài)。圖 16 直流工作點（2）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的輸入電阻。圖 17 輸入電阻測量如圖，在輸入端連接交流電表，得到輸入電阻：（

8、3）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的輸出電阻。分別用交流電壓表測量空載時的輸出電壓和帶載時的輸出電壓，如下圖所示?？梢缘玫捷敵鲭娮杩梢钥吹剑錁O跟隨器的輸入電阻較大，輸出電阻較小，因此在電路中常用于阻抗匹配。圖 18 輸出電阻測量（4）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的幅頻、相頻特性曲線。利用Bode Plotter儀表測出該電路的幅頻、相頻特性曲線：圖 19 幅頻特性曲線圖 20 相頻特性曲線（5）請利用交流分析功能給出該電路的幅頻、相頻特性曲線。圖 21 交流分析頻率特性用交流分析功能得到的頻率特性曲線與上面儀表測量的結(jié)果相同。（6）用瞬態(tài)分析法分析其電壓跟隨器特性，隨意改變

9、負(fù)載電阻阻值，觀察輸出特性有何變化。負(fù)載電阻為4.7時，simulate->Analysis->Transient Analysis得到輸入和輸出的關(guān)系如圖 22所示。可以看到，輸入和輸出基本相同，具有良好的電壓跟隨特性。圖 22 瞬態(tài)分析利用Simulate->Analysis->Parameter Sweep功能對負(fù)載電阻R4進(jìn)行參數(shù)掃描分析，即改變負(fù)載電阻阻值，觀察輸出電壓的變化。從結(jié)果中可以看到，當(dāng)負(fù)載電阻較小，即與射隨器的輸出電阻接近時，負(fù)載電阻的變化對輸出電壓有較大影響，電壓跟隨性能下降。而當(dāng)負(fù)載電阻較大時，負(fù)載的變化對輸出電壓基本沒有影響，在圖中表現(xiàn)為各條

10、曲線互相重合。圖 23 負(fù)載電阻參數(shù)掃描（小負(fù)載）圖 24 負(fù)載電阻參數(shù)掃描（大負(fù)載）（7）請分析并總結(jié)仿真結(jié)論與體會。這次實驗中，我們利用瞬態(tài)分析和參數(shù)掃描功能對射隨器進(jìn)行了分析，對Multisim的功能有了更多認(rèn)識，鞏固了基本操作。同時，也更加深刻的理解了射隨器的性質(zhì)，了解了其輸入電阻大、輸出電阻小的特性，對其驅(qū)動負(fù)載的能力也有了深入體會。實驗三：差動放大器分析與設(shè)計1. 目的：（1）通過使用Multisim來仿真電路，測試如圖3所示的差分放大電路的靜態(tài)工作點、差模電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。（2）加深對差分放大電路工作原理的理解。（3）通過仿真，體會差分放大電路對溫漂的抑制作用。圖

11、 25 實驗三電路圖2. 步驟：（1）請對該電路進(jìn)行直流工作點分析,進(jìn)而判斷電路的工作狀態(tài)。（2）請利用軟件提供的電流表測出電流源提供給差放的靜態(tài)工作電流。（3）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的輸入、輸出電阻。（4）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的單端出差模放大倍數(shù)。（5）請利用軟件提供的各種測量儀表測出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（6）請利用交流分析功能給出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（7）請利用溫度掃描功能給出工作溫度從0變化到100時，輸出波形的變化。（8）根據(jù)前面得到的靜態(tài)工作點，請設(shè)計一單管共射電路，使其工作點和圖3電路的靜態(tài)工作點一樣。利用溫度掃描功能，給出單管共射

12、電路工作溫度從0變化到100時，輸出波形的變化，比較單管共射電路與共射差分電路的區(qū)別。3. 實驗結(jié)果及分析：（1）根據(jù)直流工作點分析的結(jié)果，說明該電路的工作狀態(tài)。運用仿真-分析中的直流工作點分析功能，分析各點電壓，得到的直流工作點如下圖所示：圖 26 直流工作點從上圖可以看出，晶體管Q1、Q2均滿足發(fā)射結(jié)導(dǎo)通、發(fā)射結(jié)正偏且集電結(jié)反偏，因此工作在放大區(qū)；而Q3、Q4均滿足發(fā)射結(jié)導(dǎo)通、發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都正偏，因此工作在飽和區(qū)。（2）請畫出測量電流源提供給差放的靜態(tài)工作電流時，電流表在電路中的接法，并說明電流表的各項參數(shù)設(shè)置。圖 27 靜態(tài)工作電流測量如圖加入直流電流表，測得靜態(tài)工作電流為0.708m

13、A。（3）詳細(xì)說明測量輸入、輸出電阻的方法（操作步驟），并給出其值。圖 28 輸入電阻圖 29 輸出電阻如上圖搭建電路，得到電壓和電流的測量結(jié)果，然后計算輸入電阻和輸出電阻，其中電壓表和電流表都工作在交流測量狀態(tài)。測量輸出電阻時，要分別測量空載時的輸出電壓和帶載時的輸出電壓。輸入電阻：輸出電阻：（4）詳細(xì)說明測量差模放大倍數(shù)的方法（操作步驟），并給出其值。圖 30 單端出差模放大倍數(shù)如圖，用兩個交流數(shù)字電壓表分別測量輸入和輸出電壓，得到單端出差模放大倍數(shù)倍。（5）詳細(xì)說明兩種測量幅頻、相頻特性曲線的方法（操作步驟），并分別畫出幅頻、相頻特性曲線。a.用Bode Plotter儀器測量幅頻、相頻

14、特性曲線，如圖 31連接電路，調(diào)整坐標(biāo)范圍至一合適值，可以得到測量結(jié)果如圖 32、圖 33所示。圖 31 儀表測量頻率特性曲線圖 32 幅頻特性曲線圖 33 相頻特性曲線b. 用仿真-分析-交流分析功能分析幅頻、相頻特性曲線，設(shè)置頻率范圍，可以得到如下圖所示的曲線：圖 34 頻率特性交流分析可以看到，交流分析得到的幅頻、相頻特性曲線與儀表測量結(jié)果是一致的。（6）對比實驗步驟（7）和（8）的結(jié)果，你有何結(jié)論？圖 35 差分放大電路溫度掃描圖 36 共射放大電路溫度掃描可以看出，差分放大電路抑制溫漂的性能要明顯好于共射放大電路。（7）請分析并總結(jié)仿真結(jié)論與體會。這次實驗的電路比前兩次復(fù)雜，并且最后

15、的實驗還需要獨立調(diào)整共射放大電路的工作點，因此對我分析、設(shè)計和調(diào)整電路的能力都有很大鍛煉。通過各項實驗，對差分放大電路的優(yōu)越性也有了更深刻的認(rèn)識。實驗四：集成運算放大器應(yīng)用1.目的：1. 了解集成運放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各部分功能、特點；2. 了解集成運放主要參數(shù)的定義，以及它們對運放性能的影響。3. 掌握集成運算放大器的正確使用方法；4. 掌握用集成運算放大器構(gòu)成各種基本運算電路的方法；5. 掌握根據(jù)具體要求設(shè)計集成運算放大電路的方法，并會計算相應(yīng)的元件參數(shù)；6. 學(xué)習(xí)使用示波器DC、AC輸入方式觀察波形的方法，掌握輸出波形的測量繪制方法。2.步驟：圖 37 實驗四電路圖（1）按上圖搭建運放電路，觀

16、測放大倍數(shù)，并通過調(diào)節(jié)反饋電阻來實現(xiàn)改變放大器的增益。（2）調(diào)整運放的直流工作點，分析輸出直流信號的幅度與參考電壓的關(guān)系。（3）對電路進(jìn)行溫度掃描，分析其溫度漂移特性如何。（4）應(yīng)用AD817搭建積分器，微分器，射隨器電路。（5）應(yīng)用AD817搭建減法器，要求有兩路信號輸入，經(jīng)過相減后輸出，并寫出減法器輸出電壓的表達(dá)公式。3.實驗結(jié)果及分析：（1）觀測放大倍數(shù)，并通過調(diào)節(jié)反饋電阻來實現(xiàn)改變放大器的增益。時，輸入和輸出的關(guān)系如下圖：圖 38 輸入輸出關(guān)系（放大1倍）可見放大倍數(shù)為1倍，符合的理論值。如果讓，則放大倍數(shù)為3倍，如下圖所示：圖 39輸入輸出關(guān)系（放大3倍）（2）調(diào)整運放的直流工作點，

17、分析輸出直流信號的幅度與參考電壓的關(guān)系。如圖 40所示，VDD較小的時候，運放工作在線性區(qū)，輸出電壓與輸入電壓成正比；而VDD較大時，運放達(dá)到飽和，輸出電壓保持為參考電壓12V不變。圖 40 輸入輸出關(guān)系（3）對電路進(jìn)行溫度掃描，分析其溫度漂移特性如何。圖 41 溫度掃描對運放進(jìn)行-100100°C溫度掃描，輸出曲線基本完全重合，可見溫漂很小。（4）應(yīng)用AD817搭建積分器，微分器，射隨器電路。電路圖及仿真波形見圖 42至圖 47。注意運放是反向輸入的。從波形可以看到，搭建的電路實現(xiàn)了積分器、微分器和射隨器的功能。圖 42 積分器電路圖 43 積分器波形（方波為輸入，三角波為輸出）圖

18、 44 微分器電路圖 45 微分器輸出（三角波為輸入，方波為輸出）圖 46 射隨器電路圖 47 射隨器波形（輸入輸出等大反向）（5）應(yīng)用AD817搭建減法器，要求有兩路信號輸入，經(jīng)過相減后輸出，并寫出減法器輸出電壓的表達(dá)公式。圖 48 減法器電路如上圖，輸出電壓。注意更改電阻值時需始終保持。如果輸入為交流也有同樣的放大作用，但注意使運放工作在線性區(qū)，如果達(dá)到飽和則此關(guān)系不再成立，輸出會有失真。4. 問題：（1）大信號放大的特性與小信號放大特性的區(qū)別？小信號放大時，運放工作在線性區(qū)，呈現(xiàn)出比例放大特性，即輸入與輸出成正比；而大信號輸入時可能使運放達(dá)到飽和，輸出保持為參考電壓不變。（2）運放的重要指標(biāo)有哪些？輸入電阻、輸出電阻、輸入電平、電壓（電流）放大倍數(shù)、失真度、帶寬、效率、輸入失調(diào)電壓（電流）等。（3）運算放大器AD817本身的輸入輸出電阻是多少？對于整體運放電路，輸入輸出電阻如何估算？理想運算放大器的輸入電阻為無窮大，輸出電阻為0。而對于實際的運算放大器及整體的運放電路，輸入輸出電阻可用前面實驗中的方法測量，即測量輸入端電壓和電流計