南理工EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告優(yōu)秀

1、.PAGE .EDA設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告XX理工大學(xué)學(xué)院：電光學(xué)院實(shí)驗(yàn)一 單級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)與仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.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(guān)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1.一個(gè)分壓偏置的單管電壓放大電路,要求信號(hào)源頻率5kHz ,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(diǎn),觀(guān)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。3.調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(diǎn),使電路輸出信號(hào)不失真,并且幅度最大。在此狀態(tài)下測(cè)試= 1 * GB3電路靜態(tài)工作點(diǎn)值= 2 * GB3三極管的輸入、輸出特性曲線(xiàn)和、的值

2、= 3 * GB3電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益= 4 * GB3電路的頻率響應(yīng)特性曲線(xiàn)和、的值三、實(shí)驗(yàn)原理圖如圖1.1所示即為一個(gè)單機(jī)放大電路,電阻、和滑動(dòng)變阻器組成分壓偏置器,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值就可以改變?nèi)龢O管的靜態(tài)工作點(diǎn)。圖1.1 單級(jí)放大電路原理圖四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果1、電路的飽和失真和截止失真分析1飽和失真圖1.2所示的是電路出現(xiàn)飽和失真時(shí)的波形。圖1.3是所對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)值,結(jié)合圖1.1可以計(jì)算出靜態(tài)工作點(diǎn)的各個(gè)參數(shù)：, ,圖1.2 飽和失真波形圖1.3 飽和失真時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)值2截止失真如圖1.4所示的是電路出現(xiàn)截止失真時(shí)的輸出波形,雖然從波形上并未看出明顯的失真。但是注意

3、到輸出波形的幅值變小,即此時(shí)電路不但沒(méi)有放大輸入信號(hào),反而起到了縮小的作用,亦可以說(shuō)明此時(shí)電路出現(xiàn)了截止失真。圖1.5所示的是電路處在截止失真狀態(tài)下的靜態(tài)工作點(diǎn)的值。結(jié)合圖1.1中的電路,可以計(jì)算出：, ,。圖1.4 截止失真波形圖1.5 截止失真時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)值 3最大不失真波形調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,并不斷觀(guān)察輸出端示波器上的波形,在滑動(dòng)變阻器劃片位于53%的位置時(shí)可以得到最大不失真波形,如圖1.6所示,觀(guān)察到其幅值約為500mV。圖1.7所示的即為所對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn),計(jì)算得：, ,圖1.6 最大不失真時(shí)的輸出波形圖1.7 出現(xiàn)最大不失真波形時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)2、三極管特性測(cè)試1輸入特性曲線(xiàn)及的測(cè)量在

4、繪制三極管輸入特性曲線(xiàn),會(huì)用到Multisim的直流掃描分析,軟件要求物理量、為直流源,故需要重新連接電路。將處于最大不失真工作狀態(tài)的三極管復(fù)制出來(lái),最終電路如圖1.8所示。圖1.8 繪制三極管輸入特性曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路圖將V1,V2均作為分析參數(shù)進(jìn)行直流掃描,即可獲得三極管在為不同取值時(shí)的輸入特性曲線(xiàn),如圖1.9所示。圖1.9 三極管的輸入特性曲線(xiàn)再次利用直流掃描分析,畫(huà)出三極管在最大不失真狀態(tài),即時(shí)的輸入特性曲線(xiàn)如圖1.10所示。由公式得,。圖1.10 計(jì)算時(shí)所繪制的輸入特性曲線(xiàn)2輸出特性曲線(xiàn)及的測(cè)量與繪制輸入特性曲線(xiàn)一樣,繪制輸出特性曲線(xiàn)時(shí)亦需要重新連接電路。此時(shí)的兩個(gè)直流源代表的物理量為和

5、。重新連接的電路圖如下圖1.11所示。圖1.11 繪制三極管輸出特性曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路圖將I1、V1均作為分析參數(shù)進(jìn)行直流掃描,即可獲得三極管在為不同取值時(shí)的輸入特性曲線(xiàn),如圖1.12所示。圖1.12 三極管的輸出特性曲線(xiàn)再次利用直流掃描分析,畫(huà)出三極管在最大不失真狀態(tài),即時(shí)的輸出特性曲線(xiàn)如圖1.13所示。由公式得,。由公式得,。圖1.13 計(jì)算時(shí)所繪制的輸出特性曲線(xiàn)3電路基本參數(shù)測(cè)定1電壓放大倍數(shù)的測(cè)定圖1.14所示的是電壓放大倍數(shù)的測(cè)量電路。由數(shù)據(jù)計(jì)算得圖1.14 電壓放大倍數(shù)測(cè)量電路2輸入電阻的測(cè)定圖1.15所示的是輸入電阻測(cè)量電路。由數(shù)據(jù)計(jì)算得圖1.15 輸入電阻測(cè)量電路3輸出電阻的測(cè)定測(cè)

6、量輸出電阻時(shí),需要將原輸入信號(hào)置零,將原負(fù)載替換成一個(gè)交流電壓源。測(cè)量其輸入輸出端的電壓與電流,測(cè)量電路如圖1.16所示。由數(shù)據(jù)計(jì)算得：圖1.16 輸出電阻的測(cè)量電路4頻率特性仿真利用Multisim軟件中的交流仿真分析,可以輕松的得到電路的幅頻和相頻特性曲線(xiàn),如下圖1.17所示。從特性圖上可以看出的最大值,即max y為104.77。由通頻帶定義,將標(biāo)尺置于幅頻特性曲線(xiàn)兩側(cè)處,即得到上下限頻率。由此可得,下限頻率,上限頻率,通頻帶為。圖1.17 幅頻特性仿真五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析從實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果來(lái)看,在誤差的允許范圍內(nèi)可以認(rèn)為本次實(shí)驗(yàn)是正確的。但是還有一些問(wèn)題需要我們認(rèn)真對(duì)待。即電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)

7、置問(wèn)題。設(shè)置好一個(gè)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是本次實(shí)驗(yàn)成功的開(kāi)始。反之,就會(huì)成為誤差的來(lái)源。這也是實(shí)驗(yàn)一最為重要的一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)二 負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì)與仿真一實(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 ,負(fù)載電阻1k,電壓增益大于100；2.給電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋；3.測(cè)試負(fù)反饋接入前后電路放大倍數(shù)、輸入、輸出電阻和頻率特性；4.改變輸入信號(hào)幅度,觀(guān)察負(fù)反饋對(duì)電路非線(xiàn)性失真的影響。二. 多級(jí)放大電路原理圖實(shí)驗(yàn)步驟 1.測(cè)試負(fù)反饋接入前后電路放大倍數(shù)、輸入、輸出電阻。反饋引入前放大倍數(shù)Au=119.894mv/707.069uV=169.58輸入電阻Ri=707.069uV/90

8、.686nA=7.8k輸出電阻Ro=707uv/231.552nA=3.05k反饋引入后放大倍數(shù)Au=28.319mV/707.08uV=40輸入電阻Ri=0.707mV/1.826uA=0.387k輸出電阻Ro=707uv/2.524uA=2802驗(yàn)證因?yàn)?。若想驗(yàn)證,即驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)電路圖：從交流表的讀數(shù)可看出,=626.939uV =707.08uV 所以基本可得到, 進(jìn)而得到。3、測(cè)試負(fù)反饋接入前后電路頻率特性和,值 實(shí)驗(yàn)原理電路圖如下：反饋引入前由上表可得： 在幅頻特性曲線(xiàn)中,最大幅度為172可得對(duì)應(yīng)兩個(gè)頻率即為上限截止頻率和下限截止頻率為fL=2.2936kHz ,fH=13.0441

9、kHz.。反饋引入后由上表可得： 在幅頻特性曲線(xiàn)中,有最大幅度為40.0173,可得對(duì)應(yīng)兩個(gè)頻率即為上限截止頻率和下限截止頻率,從數(shù)據(jù)中可看出,fL=9.1385kHz ,fH=141.6495kHz.。測(cè)試負(fù)反饋接入前后電路輸出開(kāi)始出現(xiàn)失真時(shí)的輸入信號(hào)幅度反饋引入前通過(guò)對(duì)信號(hào)幅值的改變觀(guān)察輸出信號(hào)波形圖,可得到當(dāng)輸入信號(hào)幅值為3mV時(shí),輸出信號(hào)開(kāi)始出現(xiàn)失真.反饋引入后通過(guò)對(duì)信號(hào)幅值的改變觀(guān)察輸出信號(hào)波形圖,當(dāng)輸入信號(hào)幅值增大到5mV時(shí),輸出信號(hào)開(kāi)始出現(xiàn)截止失真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)仿真可得,當(dāng)電路引入深度負(fù)反饋時(shí),放大倍數(shù)幾乎僅決定于反饋網(wǎng)絡(luò),而反饋網(wǎng)絡(luò)通常由電阻組成,因而可獲得很好的穩(wěn)

10、定性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出引入串聯(lián)負(fù)反饋后,輸入電阻增大了,輸出電阻減小了,放大倍數(shù)減小了但是電路更穩(wěn)定了,而且通頻帶也變寬了。根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路仿真結(jié)果看,放大電路的輸出電壓在引入負(fù)反饋后減小了。這是因?yàn)殡妷涸鲆媾c通頻帶的乘積為一常數(shù),所以當(dāng)引入串聯(lián)負(fù)反饋后通頻帶會(huì)增寬,同時(shí)電壓增益也將減小。實(shí)驗(yàn)三 階梯波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)要求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)5個(gè)。2.對(duì)電路進(jìn)行分段測(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(guān)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。二、實(shí)驗(yàn)原理第一、先產(chǎn)生方波,也就是

11、做出方波發(fā)生器；第二、通過(guò)微分電路得到上、下都有的尖脈沖；第三、通過(guò)限幅電路,保留下所需的正脈沖；第四、通過(guò)積分電路累加輸出一個(gè)負(fù)階梯。其中一個(gè)尖脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)階梯；第五、在沒(méi)有尖脈沖時(shí),積分器保持輸出不變,在下一個(gè)尖脈沖到來(lái)時(shí),積分器在原來(lái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行積分。第六、積分器進(jìn)行積分累加,如此循環(huán)往復(fù),就形成了一系列階梯波。實(shí)驗(yàn)步驟方波發(fā)生器圖中R2,R1組成正反饋電路,R3和C1組成負(fù)反饋電路,實(shí)穩(wěn)壓管D1,D2起著輸出限幅作用。輸出波形為：方波電路+微分電路由于電容兩端電壓不能發(fā)生突變,當(dāng)方波發(fā)生器電壓發(fā)生突變時(shí),負(fù)載電阻兩端也發(fā)生突變,當(dāng)方波電壓在下一段時(shí)間不發(fā)生突變時(shí),電容開(kāi)始放電,負(fù)載電阻

12、兩端電壓開(kāi)始減小,最終變?yōu)?,下一個(gè)階段仍是方波發(fā)生器電壓突變,電容充電,電阻兩端電壓增多,然后方波發(fā)生器持續(xù),電容放電,電阻兩端電壓降低,如此往復(fù)。方波電路+微分電路+限幅電路利用二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)對(duì)波形進(jìn)行限幅,只留下正向部分電 壓。輸出波形為：方波發(fā)生電路+微分電路+單向限幅電路+積分5階梯波發(fā)生器1在累加積分電路基礎(chǔ)上加上電壓比較器。2再加上控制開(kāi)關(guān)就組成了完整的階梯波發(fā)生電路。輸出圖形：從波形圖可以看出,輸出地階梯波周期為20.171ms,輸出電壓為8.934V,階梯個(gè)數(shù)為5,基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。四.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1調(diào)節(jié)電路中的哪些元器件值可以改變階梯波的周期1首先改變R3,將R3阻值

13、變大,波形圖如下：通過(guò)波形圖可看到周期變?yōu)?6.325ms,得到結(jié)論在改變R3后T增大。改變C1,將C1容值變大,波形圖如下：通過(guò)波形圖可看到周期變?yōu)?2.137ms,得到結(jié)論在改變C1后T增大。改變R1與R2的比值,使R2/R1增大。通過(guò)波形圖可以看出周期為7.863ms,周期減小。綜上所訴；改變R3、C1的值或R1與R2的比值能夠改變階梯波的周期,并且階梯波的周期與R3、C1的值或R1與R2的比值成正比。調(diào)節(jié)電路中的哪些元器件值可以改變階梯波的輸出電壓范圍首先改變R12,將R12阻值變大,波形圖如下：可以看到,輸出電壓范圍變?yōu)?0.607V到-9.013V之間,可得到結(jié)論輸出電壓范圍變小。

14、再改變,將C3容值變大,波形圖如下：從輸出波形看到,輸出電壓范圍變?yōu)?8.644V到-0.238V之間,可得到結(jié)論輸出電壓范圍變小。綜上所訴：R8和C3可以改變階梯波每個(gè)階梯的高度,也即可以改變兩次輸出電壓跳變之間階梯的個(gè)數(shù),但周期跟幅度不變。且R8*C3與每個(gè)階梯波的高度成反比。 實(shí)驗(yàn)體會(huì)這次是我第一次做EDA實(shí)驗(yàn),對(duì)于EDA和Multisim軟件的某些功能還是有點(diǎn)生疏。因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,時(shí)常會(huì)遇到一些技術(shù)上的問(wèn)題,比如某些實(shí)驗(yàn)要求的波形出不來(lái),線(xiàn)路的參數(shù)不符合要求等,我都會(huì)盡力去檢查線(xiàn)路,爭(zhēng)取找到問(wèn)題所在,實(shí)在有問(wèn)題的時(shí)候還是要請(qǐng)教其他的同學(xué)和老師。不過(guò),最終我的問(wèn)題都得到了解決,總體來(lái)說(shuō),實(shí)驗(yàn)還是進(jìn)行得比較順利的。通過(guò)此次EDA設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),我明白了一個(gè)道理,想要在實(shí)驗(yàn)中少出問(wèn)題,課前的預(yù)習(xí)工作就必須做得扎實(shí)。經(jīng)過(guò)了一個(gè)暑假的休息放松,我已經(jīng)漸漸淡忘了模電的相關(guān)知識(shí)。但是經(jīng)歷了EDA設(shè)計(jì)的三次實(shí)驗(yàn)我不但重新掌握了這些知識(shí),而且印象還更加深刻了。這次的EDA設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的一次升華。比如,我以前只學(xué)過(guò)運(yùn)算電