EDA设计与仿真.doc

课程名称：EDA设计与仿真 院系： 班级： 学号： 姓名： 指导老师：吴少琴 课程时间：第五周 09年10月4日实验一：单级放大电路的设计与仿真1、实验目的1） 掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法2） 掌握放大电路的动态参数的测试方法3） 观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响2. 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 ，负载电阻10k，电压增益大于80。2）调节电路静态工作点(调节电位计)，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）调节电路静态工作点(调节电位计)，使电路输出信号不失真，并且幅度最大。在此状态下测试：（1）电路静态工作点值；（2）三极管的输入、输出特性曲线和值；（3）电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；（4）电路的频率响应曲线和值。3.实验原理说明：三极管工作在放大区时具有放大作用，而三极管是否工作在放大区与静态工作点的设置有关。只有设置了合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区，如果静态工作点不合适，输出波形则会产生非线性失真饱和失真和截止失真，所要参数就不能正常放大。静态工作点设置在合适的位置时，三极管在交流信号的整个周期中均工作在放大区，三极管有电流放大特性，通过适当的外接电路，可实现电压放大。此时可以测出表征放大电路放大特性的交流参数电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。电路对于不同频率的输入电流信号，其压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系定义为频率特性，频率特性包括：幅频特性和相频特性。4.实验总设计图： 信号源幅度：2mv, 负载 10k。(1)在饱和失真时的输出波形：（注：在滑动变阻器为0%时，电路处于饱和失真状态）饱和失真状态时静态工作点分析：其：UbeQ=676.0752mv UceQ=122.46573mvIbQ=10.745uA IcQ=5.93877mA(2) 在截止失真状态时输出波形：（注在滑动变阻器为100%时电路处于截止失真装态）截止失真时静态工作点分析：其：UbeQ=399.9780mv UceQ=11.99966vIbQ=1.13133nA IcQ=171.43600nA（3）最大不失真输出波形：（注：滑动变阻器大约在35%时处于最大不失真状态）不失真时静态工作点分析：（4）在不失真状态下求三极管的输入、输出特性曲线和值：由静态工作点分析可以得出=IcQ/IbQ=2608.11/11.92580=218.69rbe由三极管的输入特性求出。测试三极管输入特性示意图：仿真输出的输入特性曲线图：由此曲线可以得出：rbe =Ube/Ib=（651.9950-650.8728)/ (12.2550-11.6855)=1.971Krce由三极管的输输出特性求出。测试三极管的输出特性示意图：仿真输出的三极管的输出特性曲线图：电路在静态工作点时的输出特性曲线如下：由此曲线可以得出：rce= (6.9584-6.7695)/ (764.5562-763.2192)=141.29 K（5）在不失真状态下求输入输出电阻及电压增益：由上可得 电路理论输入电阻为 Ri=（R1+R5）/R2/rbe= 1.782k 理论输出电阻为 Ro= /R7=1.972k求输入电阻的测试电路图：计算：Ri=1.414/0.7091000=1.994K 误差为：(1.994-1.782)/1.782=11.9%求输出电阻的测试电路图：计算：R0=0.707/0.371=1.906K误差为：(1.972-1.906)/1.972=3.35%求电压增益图：计算：Au=-0.222/1.4141000=-157.00（6）频谱分析：可以得出：FL=8.0287HZFm=28.6558MHZ（7）实验分析及感想：总的来说实验一还是挺简单的，各个要求都很明确，只要设计出合适的电路图就没有问题。而设计电路图关键有在于了解放大电路的基本接法，然后调试数据参数，使放大倍数符合要求同时改变滑动变阻器的值能够调试出截止与饱和失真波形就行了。由上可知三组测量数据都存在一定的误差，误差产生的原因可能如下：本次实验所用的器件全部是实际器件,它们自身存在随机误差在计算输入时，输出电阻理论值时我们采用的是微变电路等效模型,因此忽略了电容对电路的影响。通过对这次实验内容的仿真模拟，使我对有关三极管以及放大电路有了更深的理解。以前在学模拟电路的时候，只知道通俗的求解题目，而对Rbe,Rce了解不是很深，做过这次实验之后，对它的意义以及求法有了了解。实验二 差动放大电路的设计与仿真 实验目的: 掌握差动放大电路的静态工作点的调试方法。 掌握差动放大电路的差模电压放大倍数，输入电阻，输出电阻的测试方法。 掌握差动放大电路的共模电压放大倍数，输入电阻，输出电阻的测试方法。 实验要求: 设计一个差动放大电路，要求空载时大于20. 测试电路每个三级管的静态工作点值。 给电路输入小信号，在信号双端输入状态分别测试电路的,值。3.实验设计图：其空载时的静态工作点分析：空载以及差模共模双端输出时静态工作点一样：（1）根据直流静态工作点分析，所以三极管的=ICQ/IbQ=534.4050/2.41048=221.7（2）求rbe： 根据三极管的输入特性求三极管的输入特性图为：直流扫描分析：所以可以求得rbe=(609.5823-608.1081)/(2.4568-2.3412)=12.753K(3)求rce:可以由三极管的输出特性得出：求输出特性设计图：直流扫描分析单条曲线图：所以可以求得rce=(8.7154-8.6146/(528.4108-527.9261)=207.96K在差模（共模）单端输出时：图：静态工作点分析：所以单端输出时的1=532.289/2.41989=219.962=536.464/2.41985=221.69对Q1管分析：求其输入特性图：直流扫描分析：可以求得rbe1=1.4742/0.1265=11.65K求Q1输出特性设计图:直流扫描分析：可以得到rce1=100.7557/486.6423=207.04K对Q2进行分析：求Q2输入特性图：直流扫描分析：可以得到rbe2=1.9656/169.93412=11.567k求Q2输出特性设计图：直流扫描分析：可以求得rce2=125.9446/608.5718=206.95k(4)给电路输入5mv的小信号求解：求差模倍数时：双端输出时图：得出：AvD=0.433/(2*0.005)=43.3单端输出：得出：AVD1=0.236/(2*0.005)=23.6求共模参数时：双端输出：得出：AVC=0.043/5=0.0086接近于0单端输出：得出：AVC1=2.222/5=0.444对上面的参数进行分析：根据差模放大电路结论AVD=-1/2(RC/RL)/(R3+rbe)=40误差为：（43.3-40）/40=8.25%差模放大电路理论Avd1=1/2AVD 即20误差为：（23.6-20）/20=18%而共模电路的理论Avc =0 实际为0.0086 相对误差小于1% 理论Avc1=-（R1/R6）/(R3+rbe1+2(1+)R5)= 0.4499 相对误差小于(0.4499-0.444)/0.4499 =1.31%五 实验小结：本实验重点要了解和掌握了差动放大电路的原理，以及分析在差模双端输出、差模单端输出、共模双端输出、共模单端输出四种状态下的放大倍数实际与理论的误差，比较简单。通过这次实验更加了解了长尾式放大电路。实验三 负反馈放大电路的设计与仿真1.实验目的：掌握阻容耦合放大电路的静态工作点的调试方法。掌握多级放大电路的电压放大倍数，输入电阻，输出电阻的测试方法。3 掌握多级放大电路的频率特性及其特点。2.实验要求： 设计一个阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率10kHz(幅度1mv) ，负载电阻5.1k，电压增益大于100。 给电路引入电压串联负反馈，并分别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。改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。3.实验设计电路图：（1）未引入反馈的设计图：输出波形分析图：引入电压串联负反馈后电路：(2)计算：接入反馈前放大倍数：Au=0.110*1000/0.707=155.59接入反馈后放大倍数：Auf=0.203/0.707=0.287由于Auf=Au/(1+Au*F),可以得到F3.478，所以A uf1/F 成立。（3）求接入反馈前后的输入输出电阻：求接入反馈前输入电阻图：计算：Ri=0.707*1000/7.255=97.45求输出电阻的电路图：Ro=1/0.202*1000=4.95K求接入反馈后输入电阻图：输入电阻：Ri=0.707/0.042*1000=16.83K求输出电阻图：输出电阻：Ro=1/0.202*1000=4.95K（3）改变输入信号源幅度，电路影响：当幅度为1mv 时当幅度为2mv 时当幅度为5mv 时当幅度为8mv 时当幅度为10mv 时当幅度为15mv 时结论：当信号幅度变大时，负反馈会使电路输出出现截止失真。其中当幅度从8mv时开始出现失真。4.实验分析及感想：这个实验比较简单，要我们做的任务也比较少。主要是通过实验加深对负反馈对电路影响的理解。刚开始我在设计反馈电路是在发射极加了旁路电容，而导致了反馈的接错，后来经过老师的提醒改正了过来，有这样的错误产生主要是因为对反馈的概念和接法理解不深，模电学习的有些遗忘，通过这次实验，使我在反馈当面有了更好的掌握。设计好电路后求输入输出电阻比较简单，在验证等式A uf1/F时需要了解公式Auf=Au/(1+Au*F), 求出各个参数后验证问题就很方便了。通过这次实验的最后一问，我们知道，在有反馈接入的情况下，改变信号幅度的大小，对波形输出情况有影响，可能会引起失真，所以改变信号幅度后，要调整静态工作点，才能保证输出波形不失真。实验四 阶梯波发生器的设计1.实验目的：（1） 掌握阶梯波发生器的结构特点；（2） 掌握阶梯波发生器的电路原理；（3） 学习复杂的集成运算放大器的设计。2.实验原理：根据要求，首先要设计出产生方波的电路，然后，经过微分电路是波形由方波转为上、下都有的尖脉冲，后经过限幅电路，得到所需的正脉冲，再通过积分电路后，输出一个负阶梯。对应一个尖脉冲就是一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器的输出不变，在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上进行积分，因此，积分器就起到了积分和累加的作用。当积分累加到比较器的比较电压，比较器翻转，比较器输出正值电压，使振荡控制电路起作用，方波停振。同时，这正值电压使电子开关导通，使积分电容放电，积分器输出对地短路，恢复到起始状态，完成一次阶梯波输出。积分器输出由负值向零跳变的过程，又使比较器发生翻转，比较器输出变为负值，这样振荡控制电路不起作用，方波输出，同时使电子开关截止，积分器进行积分累加，如此循环往复，就形成了一系列阶梯波。阶梯波发生器原理框图如下所示：3.实验内容：（1）设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求阶梯波周期在40ms左右，输出电压范围12V，阶梯个数4个。(注意：电路中均采用模拟、真实器件，不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用虚拟器件。)（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。4.实验测试顺序及相应电路图：（1）输出为方波的电路图：方波发生器输出波形：（2）输出为正负尖端脉冲的微分电路图：微分电路的输出波形：（3）输出为正脉冲的限幅电路图：限幅电路的输出波形：（4）积分后的电路图：积分累加电路的输出波形：（5）总设计图：最终输出的波形图：其周期为：T=40.252ms 幅度为12v左右，且阶梯数为四个。与实验要求符合得很好。5实验问题回答及分析思考：回答问题：（1）调节周期主要是C1，R1，R2，R3 。方波发生器的周期直接影响着阶梯波的周期。方波的周期规律是T=2R1C1ln(1+2R3/R2)增大 C1，R1，R3 可以使周期变大，增大R2可以使周期变小。（2）调节幅度主要是R10 ，R12，C1。增大C1，R10可以使电压范围减小，而增大R12可以使电压范围增大。当R10太大时阶梯将趋于没有，幅度趋于0。（3）调节阶梯个数主要是R4，R7，R10，R12，C1，C2，C3。增大R4，R7， R12， C3时，波形数目会增多，而改变C1，C2使得阶梯数减小。R8变化，无阶梯波出现。增大R10增大阶梯数，但太大时，阶梯将会趋于没有。实验感想： 本次实验可以说是这四个实验中最难的一个，因为它不像前三个有明确的思路，和书上的范例设计图，这次实验完全是自己从头到尾的一步一步设计，从产