南理工EDA1优秀实验报告(含思考题).doc

南 京 理 工 大 学EDA设计（）实验报告作 者:耿乐学 号：913000710013学院(系):教育实验学院专 业:机械类 指导老师： 宗志园 实验日期： 2015年9月 摘 要 本报告对单级放大电路、差分放大电路、多级放大反馈电路和简单的阶梯波发生器进行了设计和分析。文中对电路中各个参数对电路性能的影响做了详细的实验和数据分析，并和理论数据进行对比，帮助我们更深刻的理解模拟电路中理论与实验的关系，指导我们更好的学习。关键词 模拟电路设计 实验分析 理论对比AbstractThis report on the single-stage amplifier, differential amplifier, feedback circuit and multi-level amplification of the trapezoidal wave generator for a simple design and analysis. The article on the various circuit parameters on circuit performance in detail the experiments and data analysis, and compare data and theory to help us gain a deeper understanding of analog circuits in the relationship between theory and experiment, to guide us to better learning. Keywords Analog Circuit Design Experimental analysis Theoretical comparison 目 录 实验一 单级放大电路设计 1实验二 差动放大电路设计 11实验三 负反馈放大电路设计 21实验四 阶梯波发生器设计 27单级放大电路设计1、 实验要求1. 设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率10kHz，峰值5mV,负载电阻3.9k,电压增益大于60；2. 调节电路静态工作点，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值；3. 在正常放大状态下测试：a. 电路静态工作点值；b. 三极管的输入、输出特性曲线和、rbe、rce值；c. 电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；d. 电路的频率响应曲线和fL、fH值。2、 实验原理图图1.1 单级放大电路3、 三极管参数测试1. 输入特性图1.2 三极管输入特性曲线的测试电路得到如下图：图1.3 三极管输入特性曲线2. 输出特性图1.4 三极管输出特性曲线的测试电路得到如下图：图1.5 三极管输出特性曲线3. 图1.6 三极管的测试图则有4. rbe根据输入特性曲线可以求得rbe，如下图：图1.7 三极管rbe的测试图则有5. rce根据输出特性曲线可以求得rce，如下图：图1.8 三极管rce的测试图则有4、 电路静态工作点测试1 饱和失真调节电位器接入百分比为8%,得到的信号产生饱和失真：图1.9 三极管饱和失真波形图2 截止失真调节电位器接入百分比为98%,得到的信号产生截止失真：图1.10 三极管截止失真波形图3 正常放大调节电位器接入百分比为25%,得到正常放大的信号：图1.11 三极管正常放大波形图5、 电路动态参数测试1 |Av|当输入为5mVpk，10kHz的信号时，放大电路输出如图1.11，因此，正常放大时，2 Ri图1.12 输入电阻测试电路则有3 Ro将输入信号短路，利用伏安法侧得电路的输出电阻，图1.13 输出电阻测试电路则有6、 频率响应测试图1.14 幅频响应则有 7、 数据表表一 静态工作点调试数据表三极管工作状态输入信号峰值(mV)电位计接入百分比IB (uA)IC (mA)VCE(V)饱和5867.072.350.11截止50982.660.439.85正常52510.991.564.18表二 正常放大参数表输入信号峰值(mV)电位计接入百分比AvRi (k)Ro (k)525-75.582.612.23交流brbe(k)rce(k)fL(Hz)fH(kHz)161.42.838.64169.8220453.78、 理论分析与总结1 rbe理论值为：误差为： 2 Ri理论值为：误差为： 3 Ro理论值为：误差为： 4 |Av|理论值为：误差为： 由相对误差值来看，电压增益、输入电阻、输出电阻中实验值与理论值符合较好。而rbe与理论值差异较大，但都在误差范围之内，分析原因：由于测量时，游标位置的选取直接决定了的值，可能会出现较大偏差，直至影响rbe理论值的计算。9、 创新电路图1.15 5v低电压供电放大电路其输出波形如下：图1.16 输出波形通过本次实验，个人有两点体会:静态工作点决定了放大电路的基本性能；三极管不适合做低功耗放大电路。差动放大电路设计1、 实验要求1. 设计一个带射极恒流源的差动放大电路，要求负载3.9k时的AVD 大于50；2. 测试电路每个三极管的静态工作点值和、rbe、rce值；3. 给电路输入直流小信号，在信号双端输入状态下分别测试电路的AVD、AVD1、AVC、AVC1值。2、 实验原理图图2.1 差动放大电路3、 三极管参数测试1. 输入特性图2.2 三极管输入特性曲线的测试电路得到如下图：图2.3 三极管输入特性曲线2. 输出特性图2.4 三极管输出特性曲线的测试电路得到如下图：图2.5 三极管输出特性曲线3. 图2.6 三极管的测试图则有4. rbe根据输入特性曲线可以求得rbe，如下图：图2.7.1 T1（T2）的rbe的测试图则有图2.7.2 T3的rbe的测试图则有5. rce根据输出特性曲线可以求得rce，如下图：图2.8.1 T1（T2）的rce的测试电路则有图2.8.2 T3的rce的测试电路则有4、 电路动态参数测试1 Avd当输入为5mV的直流小信号时，放大电路输出如图2.9图2.9 差模双端输出则有2 Avd1图2.10 差模单端输出则有3 Avc图2.11 共模双端输出则有4 Avc1图2.12.1 断开小信号单端输出图2.12.2 共模双端输出则有5、 数据表表一 电路测试参数表三极管IB (uA)IC (mA)VCE(V)rbe(k)rce(k)T110.611.151.09123.73.049.00T210.611.151.09123.73.049.00T315.532.334.32168.72.125.84电路增益AVDAVD1AVCAVC1-53.75-48.9808.5*e-36、 理论分析与总结1 rbe1（rbe2）理论值为：误差为： 2 rbe3理论值为：误差为： 3 AVD理论值为：误差为： 4 AVD1理论值为：误差为： 5 AVC1理论值为10-3量级，测得AVC1为8.5*e-3，量级符合。由相对误差值来看，可见理论值与实验值符合的很好，一点小误差是由于理论的近似计算造成的。差分放大电路利用几乎相同的三极管来提供输出，可以提高电路抑制零漂的能力。我觉得在工程中这中设计思想非常值得借鉴。负反馈放大电路设计1、 实验要求1. 设计一个阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率10kHz(峰值1mv)，负载电阻3.9k，电压增益大于500；2. 给电路引入电压串联负反馈：a. 测试负反馈接入前后电路放大倍数、输入、输出电阻和频率特性；b. 改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。2、 实验原理图图3.1 负反馈放大电路3、 电路参数测试1 Av（1） 负反馈接入前图3.2.1 无反馈输出则有（2） 负反馈接入后图3.2.2 有反馈输出则有2 Ri（1） 负反馈接入前图3.3.1 无反馈输入电阻则有（2） 负反馈接入后图3.3.2 有反馈输入电阻则有3 Ro（1） 负反馈接入前图3.4.1 无反馈输出电阻则有（2） 负反馈接入后图3.4.2 有反馈输入电阻则有4、 频率响应测试（1） 负反馈接入前图3.5.1 无反馈幅频响应则有 （2） 负反馈接入后图3.5.2 有反馈幅频响应则有 5、 最大不失真输入（1） 负反馈接入前，当输入信号为5mV时，输出信号开始出现失真：图3.6.1 无反馈电路失真波形（2） 负反馈接入后，当输入信号为55mV时，输出信号开始出现失真：图3.6.2 反馈电路失真波形6、 数据表表一 静态工作点调试数据表放大电路电位计接入百分比IB (uA)IC (mA)VCE(V)第一级603.950.6910.16第二级409.881.252.95表二 动态参数表放大电路AvRi (k)Ro (k)fL(Hz)fH(kHz)最大不失真输入信号幅度(mV)无反馈614.55.554.3182.43399.805有反馈19.07.660.0669.8412778.50557、 分析与总结负反馈放大电路通过牺牲电路的增益以有效的减少电路失真，提高了放大电路的实用性。有效的利用负反馈，不仅仅是电路设计中需要关注的，它几乎贯穿于各种工程系统的设计。阶梯波发生器设计1、 实验要求1. 依据参考电路，设计一个能产生周期性阶梯波的电路：a. 要求生成的阶梯波周期9ms；b. 输出电压范围-8V，0V；c. 阶梯个数5个；2. 对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波；3. 改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件。2、 实验原理图图4.1 阶梯波发生器3、 工作原理图4.2 阶梯波发生器原理图设计一个负阶梯波发生器，首先考虑产生一个方波，其次，经过微分电路输出得到上、下都有的尖脉冲，然后经过限幅电路，只留下所需的正脉冲，再通过积分电路，实现累加而输出一个负阶梯。4、 分段测试波形1. 方波发生器图4.3 方波发生器产生的波形如下图：图4.4 方波2. 加微分器和滤波电路图4.5 加微分滤波器产生的波形如下图：图4.6 微分器输出波形图4.7 滤波后输出波形3. 加积分器图4.8 加积分器产生的波形如下图：图4.9 加积分器产生波形4. 阶梯波发生器（加比较器、振荡控制电路、电子开关）图4.10 阶梯波发生器产生的波形如下图：图4.11 未修正阶梯波很明显，此时产生的阶梯波有一下两个问题：第一级太宽；毛刺太大。于是对电路进行了如下的修改：图4.12 改进版阶梯波发生器产生的波形如下图：图4.13 修正阶梯波波形5、 问题拓展1. 调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的周期？在本电路中，控制阶梯波周期的单元主要是方波发生器单元，方波的周期主要跟四个元器件参数有关：（R2为定值）则周期与C1，R5及R1成正相关，与R3成负相关。2. 调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围？在本电路中，阶梯波输出电压范围是由比较器单元中运算放大器U3正极电位决定。由电路图可知，控制U3正极电位的元件是R9、R10、R11，故这三个元件也是改变阶梯波输出电压范围的元件。其中，R9、