南京理工大學(xué)eda設(shè)計報告

1、EDA設(shè)計（I）實驗報告院系： 專業(yè)： 班級： 學(xué)號： 姓名： 指導(dǎo)老師：實驗一 單級放大電路的設(shè)計與仿真一實驗?zāi)康?. 掌握放大電路靜態(tài)工作點的調(diào)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(yīng)曲線以及掌握電路上、下限頻率的測試方法。二實驗原理當(dāng)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(dāng)靜態(tài)工作點設(shè)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

2、，三極管有電流放大特性。通過適當(dāng)?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(jié)有等效電容存在，因此，對于不同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(guān)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(guān)系；相頻特性即電壓放大倍數(shù)的相位與頻率的關(guān)系。三實驗要求1）設(shè)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(fù)載電阻5.1k，電壓增益大于50。2）調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(調(diào)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

3、對應(yīng)的靜態(tài)工作點值。3）加入信號源頻率5kHz(幅度1mV) ，調(diào)節(jié)電路使輸出不失真，測試此時的靜態(tài)工作點值。測電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益；4）測電路的頻率響應(yīng)曲線和、值。四實驗內(nèi)容與步驟1. 設(shè)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(fù)載電阻5.1k，電壓增益大于50。單級放大的設(shè)計原理圖如下：若把調(diào)節(jié)電位器的大小，從而使電路具有不同的靜態(tài)工作點，則從與節(jié)點4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(diào)小電位器R5，為了看到波形的飽和失真現(xiàn)象,增大信號源電壓為20mV，在示波器可以看到波形如下：此時電路靜態(tài)工作點

4、如下：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(diào)大電位器R5，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:其直流靜態(tài)工作點分析結(jié)果如下：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(diào)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(dāng)電位器為40%時，產(chǎn)生的波形最大且不失真，其波形如下：其靜態(tài)工作點的分析結(jié)果如下：從分析結(jié)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.測量輸入電阻、輸出電阻和電壓增益.輸入電阻的測量在原來的

5、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0.253383 uA，電壓表讀數(shù)為999.9974uV。輸入電阻的理論值：相對誤差：*100%=4.4%.輸出電阻的測量在原來原理圖的基礎(chǔ)上，把信號源短路，負(fù)載開路，并在負(fù)載端接入信號源和交流電流表，此時電壓表示數(shù)為19.999mV,電流表的讀數(shù)為8.791uA，可以得到：輸出電阻的理論值：認(rèn)為為無窮大，則=2.4K輸出電阻的相對誤差：*100=5%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。.電壓增益的測量由電壓表可知電壓增益的理論值為：

6、電壓增益的相對誤差為：2.4%3.幅頻相頻特性曲線對電路圖的節(jié)點4進行交流分析，得到的結(jié)果如下圖，由圖中數(shù)據(jù)可知：在中頻段，節(jié)點4的大小約為60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(jié)果分析從靜態(tài)工作點的測試情況可以看出，當(dāng)靜態(tài)工作點的信號源的電壓幅值維持在1mV左右時，調(diào)節(jié)電位器從示波器中很難觀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(jié)果測試出來的值為150，與理論值的誤差50%。我認(rèn)為由于三極管的放大系數(shù)本身也會隨著結(jié)溫的變化而變化，故今后在使用三極管的時候，不應(yīng)該僅僅只

7、看其手冊上的放大系數(shù)來做計算，而應(yīng)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(zhǔn)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(dāng)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(fù)反饋放大電路的設(shè)計與仿真一.實驗?zāi)康?） 掌握阻容耦合方式構(gòu)成的兩級放大電路的工作原理2） 掌握負(fù)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(fù)反饋引入前后對于電路工作狀態(tài)的影響二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

8、的影響，輸出信號會發(fā)生不應(yīng)有的變化。因此，需要設(shè)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(diào)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(luò)回饋到輸入回路的過程，稱為回饋。負(fù)責(zé)饋送輸出信號變化量的元器件和線路構(gòu)成回饋網(wǎng)絡(luò)；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(fù)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(fù)反饋放大電路可以擴展通頻帶。而如果信號輸出

9、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。直流負(fù)反饋能穩(wěn)定靜態(tài)工作點，串聯(lián)負(fù)反饋使得輸入電阻升高，并聯(lián)負(fù)反饋使得輸入電阻減小。電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓，使得輸出電阻減??；電流負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電流，使得輸出電阻增大。三.實驗要求1）給出兩級放大電路的電路原理圖。2）對電壓串聯(lián)深負(fù)反饋電路，還需給出負(fù)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。3）對電壓串聯(lián)深負(fù)反饋電路，給出負(fù)反饋接入前后電路的放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻，并驗證AF=1/F 。4）分析實驗結(jié)果。四.實驗步驟與過程1. 設(shè)計一個阻容耦合兩級

10、電壓放大電路，要求信號源頻率10kHz(幅度1mv) ，負(fù)載電阻1k，能不失真放大符合要求的交流信號，且電壓增益大于100。電路圖如下：從示波器上觀察到不失真圖形如下：2.負(fù)反饋接入前電路的工作狀態(tài).測量電路的放大系數(shù)如圖：放大倍數(shù)：=414.6. 測量電路的輸入電阻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(jié)果可得：.測量電路的輸出電阻信號源短路，把負(fù)載開路，在負(fù)載端連入一個交流電壓表和交流信號源，如圖所示，可得：.頻率特性對節(jié)點9進行交流分析，得到結(jié)果如圖。由圖可得：.臨界失真信號調(diào)節(jié)信號源的幅值，從示波器上觀察其峰值，在當(dāng)信號源的峰值到1.8mV的時候，波形出現(xiàn)了失

11、真。3.負(fù)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(guān)，用交流電壓表測出，如圖：由圖可得:=999.962uV=992.974uV從數(shù)據(jù)上可以看出，電路工作在深度負(fù)反饋的條件下，因此=2.835. 測量電路的輸入電阻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(jié)果可得：.測量電路的輸出電阻信號源短路，把負(fù)載開路，在負(fù)載端連入一個交流電壓表和交流信號源，如圖所示，可得：.頻率特性對節(jié)點9進行交流分析，得到結(jié)果如圖。由于引入了負(fù)反饋，頻率特性曲線發(fā)生了變化，由圖中可得：.臨界失真信號調(diào)節(jié)信號源的幅值，從示波器上觀察其波形，在當(dāng)信號源的峰值到150mV的時候，波形出現(xiàn)

12、了失真。五.實驗結(jié)果分析回饋引入前回饋引入后輸入電阻7.33k59.9k輸出電阻2.02k25放大倍數(shù)414.62.835下限截止頻率491Hz上限截止頻率552kHz臨界失真信號1.8mV150mV引入負(fù)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(fù)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(fù)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壓。輸出

13、的如果是電壓信號，那么引入一個電壓負(fù)反饋能降低輸出電阻，使得負(fù)載上可以得到更多的分壓。當(dāng)電路需要在更高的頻率下工作時，引入負(fù)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(yīng)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(diào)整，以保持輸出量的穩(wěn)定。即通過負(fù)反饋電路可以不失真情況下對應(yīng)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(shè)計應(yīng)用中可能會有很大的幫助。實驗三 階梯

14、波發(fā)生器的設(shè)計與仿真一. 實驗?zāi)康?） 掌握階梯波發(fā)生器電路的結(jié)構(gòu)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(shè)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(zhuǎn)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(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.實驗原理為了設(shè)計一個負(fù)階梯波的發(fā)生器，首先必須先產(chǎn)生一個方波。把方波的信號輸入到微分電

15、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(fù)階梯。對應(yīng)一個脈沖就是一個負(fù)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(fù)階梯。在負(fù)階梯的輸出端設(shè)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(zhuǎn)，輸出一個正電壓。這個正電壓使得電子開關(guān)導(dǎo)通，積分電容放電，積分器輸出對地短路，復(fù)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：四.實驗內(nèi)容與步驟.方波發(fā)生器原理圖其輸出波

16、形如下圖：.微分電路工作原理圖其輸出波形如下：從實驗原理圖和示波器波形圖中可以看出：經(jīng)過微分電路，得到一個有尖脈沖的波形。.限幅電路工作原理圖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。.積分累加電路原理圖其輸出波形如下：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)生器原理圖其輸出波形如下：由示波器的波形圖中可以看出：一個周期內(nèi)，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

17、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(zhuǎn)電壓，調(diào)節(jié)這三個組件的值即可以調(diào)節(jié)輸出電壓范圍。如圖，其下限電壓為：上門限電壓為：實驗總結(jié)在上學(xué)期學(xué)習(xí)完模擬電子線路后，本次的EDA實驗就是對所學(xué)知識的最好的一次擴展和演練。這次實驗不僅僅加深了我對單級放大電路，深度負(fù)反饋及波形產(chǎn)生電路的理解，此外，在以往在學(xué)習(xí)模擬電子的時候大多只是對現(xiàn)成的電路進行分析，而本次EDA實驗則要求自己選擇適合的元器件，再把適合的元器件一一連接起來。從這次實驗中，得到的最大的收獲便是元器件的選用這個環(huán)節(jié)。在學(xué)完模電之后我們應(yīng)該具有這樣的能力，能夠自己實際去設(shè)計，去選用，并且去調(diào)試出所需要的東