邱凯峰-《电子技术》课程设计报告.doc

华南理工大学广州学院电气工程系生产实习报告电子技术课程设计报告题目：两级阻容耦合放大电路及半加器、全加器的仿真模拟系 别 电气工程系 专业班级 学生姓名 指导教师 提交日期 2012年3月 1日 13课程设计评语：课程设计成绩：指导教师签名： 年 月 日目 录一、设计目的1二、设计要求和设计指标1三、设计内容13.1 阻容耦合放大电路工作原理13.1.1 两级阻容耦合放大电路工作原理23.2仿真结果与分析23.3 加法器73.3.1 半加器73.3.2 全加器83.4仿真结果与分析10四、本设计改进建议12五、总结（感想和心得等）13六、主要参考文献13华南理工大学广州学院电气工程系电子技术课程设计报告一、设计目的为了熟悉“多级放大电路”及“加法器与数值比较器”的课程, 掌握两级阻容耦合放大电路各种性能指标的分析方法和组合逻辑电路的设计方法。学习Multisim软件的使用，以及锻炼自主学习能力、掌握专业知识。二、设计要求和设计指标两级阻容耦合放大电路：分析各级放大电路的三极管各极的静态工作电压，使其工作在放大区；得到两级阻容耦合放大电路的输入输出波形；测量各级放大电路的电压放大倍数以及整个电路的电压放大倍数；得到放大电路电压增益的幅频特性，测量上、下限频率，计算带宽（通频带）；研究耦合电容、旁路电容对频率特性的影响。半加器、全加器：复习组合逻辑电路的设计方法；在Multisim中搭建仿真电路：半加器、全加器，验证其逻辑关系。三、设计内容3.1 阻容耦合放大电路工作原理通常放大电路的输入信号都是很弱的，一般为毫伏或微伏数量级，输入功率常在1mV以下。为了推动负载工作，因此要求把几个单级放大电路连接起来，使信号逐级得到放大，方可在输出获得必要的电压幅值或足够的功率。一般多级放大电路的组成如图1所示。图3-1 多级放大电路的组成方框图由几个单级放大电路连接起来的电路称为多级放大电路。在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合；如耦合电路是采用电阻、电容进行耦合，则叫做“阻容耦合”。3.1.1 两级阻容耦合放大电路工作原理 图3-2 两级阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路的各级之间通过耦合电容和下一级的输入电阻连接。如图2所示为两级耦合放大电路，两级之间通过耦合电容和下一级的输入电阻连接。耦合电容对交流信号的容抗必须很小，其交流分压作用可以忽略不计，以使前级输出信号电压差不多无损失地传送到后级输入端。信号频率愈低，电容值应愈大。耦合电容通常取几微法大几十微法。如图2所示电路中，为信号源（或前一级放大电路）与第一级放大电路之间的耦合电容，是第二级放大电路与负载（或下一级放大电路）之间的耦合电容。信号源或前级放大电路的输出信号在耦合电阻上产生压降，作为后级放大电路的输入信号电压。3.2仿真结果与分析在Multisim用户界面中，创建如图3-3所示的电路，其仿真结果如下所述。图3-3 两级阻容耦合放大电路（1）输入/输出波形晶体管从部件中调用晶体三极管（型号2N222A），信号源设置为10Mv/1kHz。调整变阻器的变化，通过示波器观察使放大电路输入与输出波形不失真，如图3-4所示。为观察方便，将B通道输入波形下移1格，A通道输出波形上移1格。图3-4 两级阻容耦合放大电路输入与输出波形（2）电压放大倍数用函数发生器为电路提供正弦输入信号（幅度为10mV，频率为1kHz），用示波器测得输入输出波形如图3-5所示。调整示波器面板读数指针可读到：输出正弦电压峰值（）为789.331mV，输入正弦电压峰值（）为14.130mV，且输入与输出电压波形同相位。总电压放大倍数 （3-1）图3-5 两级阻容耦合放大电路输入与输出波形用函数发生器为电路提供正弦输入信号（幅度为10mV，频率为1kHz），用示波器测得输入输出波形如图3-5所示。调整示波器面板读数指针可读到：输出正弦电压峰值（）为10.345mV，输入正弦电压峰值（）为-14.115mV，且输入与输出电压波形反相位。第一级电压放大倍数 （3-2）图3-6 两级阻容耦合放大电路输入与输出波形用函数发生器为电路提供正弦输入信号（幅度为10mV，频率为1kHz），用示波器测得输入输出波形如图3-5所示。调整示波器面板读数指针可读到：输出正弦电压峰值（）为-802.500mV，输入正弦电压峰值（）为10.696mV，且输入与输出电压波形反相位。第二级电压放大倍数 （3-2）图3-7 两级阻容耦合放大电路输入与输出波形（3）频率特性分析在“交流分析”对话框中，设置扫描起始频率为1Hz，终止频率为1GHz，扫描方式为十倍程扫描，节点14为输出节点。放大电路的幅频特性如图3-8所示。图3-8 两级阻容耦合放大电路的幅频特性该电路的上线频率为70.8550Hz，下线频率为303.0806k，通频带约为302kHz。（4）电容、旁路电容对频率特性的影响使=100uF，=100uF，=100uF，其余数值不变，进行仿真。图3-9 两级阻容耦合放大电路的幅频特性使=100uF，=150uF，其余数值不变，进行仿真。图3-9 两级阻容耦合放大电路的幅频特性上限频率下限频率10uF10uF10uF50uF100uF70.8550Hz303.0806k100uF100uF100uF50uF100uF67.3988Hz313.1951k10uF10uF10uF100uF100uF46.2685Hz126.9295k表3-1 两级阻容耦合放大电路的上限频率和下限频率如表3-1所示，耦合电容对放大电路的上限频率、下限频率影响不大；旁路电容越大，放大电路的上限频率、下限频率越小。3.3 加法器能实现二进制加法运算的逻辑电路称为加法器。在各种数字系统尤其是在计算机中，二进制加法器是基本部件之一。3.3.1 半加器 能对两个一位二进制数相加而求得和及进位的逻辑电路称为半加器。设两个加数分别用、表示，和用表示，向高位的进位用表示。根据半加器功能及二进制加法运算规则，可以列出半加器的真值表，如表3-2所示。由表3-2可得半加器的逻辑表达式为：输入输出 0 00 11 01 10 01 01 00 1表3-2 半加器的真值表根据上述逻辑表达式可画出半加器的逻辑图，如图3-10（a）所示。如图3-10（b）所示为半加器的逻辑符号。（a）半加器的逻辑图 （b）半加器的逻辑符号图3-11 半加器的逻辑图和逻辑符号3.3.2 全加器 能对两个一位二进制数相加并考虑低位来的进位，即相当与3个一位二进制数相加，求得和及进位的逻辑电路称为全加器。设两个加数分别用、表示，低位来的进位用表示，和用表示，向高位的进位用表示。根据全加器的逻辑功能及二进制加法运算规则，可以列出全加器的真值表，如表3-3所示。由表3-3可得到和的逻辑表达式为：输入输出 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 表3-3 全加器的真值表利用逻辑代数可以将逻辑表达式简化，并划出相应的逻辑图。但由于全加器实际上常用异或门或半加器构成，因此，需要将逻辑表达式作适当的变换。根据以上两个逻辑表达式即可画出全加器的逻辑图，如图3-12（a）所示。如图3-12（b）所示为全加器的逻辑符号。（a）全加器的逻辑图 （b）全加器的逻辑符号图3-12 全加器的逻辑图和逻辑符号3.4仿真结果与分析（1）半加器从部件中调出异或门（型号74LS86N）、与门（型号4081BD_5V）、指示灯（X1选红灯，X2选蓝灯），创建如图3-13所示的电路。其仿真结果如下。图3-13 半加器的实验逻辑图输入输出 0 00 11 01 10 0 1 0 1 0 0 1 表3-4 半加器的实验真值表（2）全加器从部件中调出异或门（型号74LS86N）、与门（型号4081BD_5V）、或门（型号4071BD_5V）、指示灯（X1选红灯，X2选蓝灯），创建如图3-14所示的电路。其仿真结果如下。图3-14 全加器的实验逻辑图输入输出 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 表3-5 全加器的实验真值表从基本界面右侧虚拟仪器工具条中调出信号发生器图标“XWG1”及逻辑分析仪“XLA1”，创建如图3-15所示的电路。其仿真实验波形如图3-16所示。图3-15 全加器的实验仿真电路图3-16 全加器的实验波形四、 本设计改进建议（1） 两级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路的仿真模拟中，需要对静态工作点进行调试。如工作点偏高，放大电路在加入交流信号以后易产生饱和失真；如工作点偏低则易发生截至失真。这些情况都不符合不失真放大的要求，都应该对静态工作点进行调整。在使用滑动变阻器进行静态工作点调节时，因为鼠标操作以及键盘操作存在一定程度上的误差，放大后的波形仍存在一定程度的失真。（2） 半加器、全加器半加器的仿真模拟中，由于对Multisim熟悉的程度不够深，依然未能得出正确的波形。五、总结（感想和心得等）本次的课程设计让我收获了很多，在知识方面，我对两级阻容耦合放大电路及半加器、全加器有了进一步的认识；在软件方面对 Multisim软件有了一定的认识，能较熟练利用Multisim软件对电路进行设计、绘制与仿真。在设计过程中，经常会遇到各种各样的情况，明明写好的电路，检查也没有问题，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我对静态工作点稳定电路有了较为深刻的了解，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标