eda设计报告-单级放大电路的设计与仿真.doc

EDA设计（I）实验报告院系： 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导老师：实验一 单级放大电路的设计与仿真一实验目的1. 掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法。2. 观察静态工作点的选择对输出波形的影响。3. 掌握电路输入电阻、输出电阻的测试方法。4. 观察电路的频率响应曲线以及掌握电路上、下限频率的测试方法。二实验原理当三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中的三极管提供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，而不能正常放大。当静态工作点设置在合适的位置时，即保证三极管在交流信号的整个周期均工作在放大区时，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。表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。由于电路中有电抗组件电容，另外三极管中的PN结有等效电容存在，因此，对于不同频率的输入交流信号，电路的电压放大倍数不同，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：幅频特性即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性即电压放大倍数的相位与频率的关系。三实验要求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5kHz(幅度1mV) ，负载电阻5.1k，电压增益大于50。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）加入信号源频率5kHz(幅度1mV) ，调节电路使输出不失真，测试此时的静态工作点值。测电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；4）测电路的频率响应曲线和、值。四实验内容与步骤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5kHz(幅度1mV) ，负载电阻5.1k，电压增益大于50。单级放大的设计原理图如下：若把调节电位器的大小，从而使电路具有不同的静态工作点，则从与节点4相连的示波器上可以观察到饱和失真、截止失真、不失真三种不同的现象。.饱和失真现象调小电位器R5，为了看到波形的饱和失真现象,增大信号源电压为20mV，在示波器可以看到波形如下：此时电路静态工作点如下：由图可得，静态工作点处于饱和区，其波形的下半部被削去一块，产生饱和失真。.截止失真调大电位器R5，为了看到波形的截止失真现象,增大信号源电压为20mV，可以看到波形如下:其直流静态工作点分析结果如下：从仪表中可以读出: ,静态工作点处于截止区，其波形的上半部被削去一块，产生截止失真。.不失真的正常工作状态下调节电位器，使之产生的输出波形有最大幅值且不失真，多次试验下，观察到当电位器为40%时，产生的波形最大且不失真，其波形如下：其静态工作点的分析结果如下：从分析结果可以得出，此时,其静态工作点处于放大区，输出波形没有产生失真。 2.测量输入电阻、输出电阻和电压增益.输入电阻的测量在原来的原理图的输入端上，串联入一个交流电流表，并在交流信号源两边并联交流电压表，根据交流表读出的示数，可以计算出电路的输入电阻。此时电流表的读数为0.253383 uA，电压表读数为999.9974uV。输入电阻的理论值：相对误差：*100%=4.4%.输出电阻的测量在原来原理图的基础上，把信号源短路，负载开路，并在负载端接入信号源和交流电流表，此时电压表示数为19.999mV,电流表的读数为8.791uA，可以得到：输出电阻的理论值：认为为无穷大，则=2.4K输出电阻的相对误差：*100=5%由此可知实际值与理论值相差不大，误差可能是由于忽略引起的。.电压增益的测量由电压表可知电压增益的理论值为：电压增益的相对误差为：2.4%3.幅频相频特性曲线对电路图的节点4进行交流分析，得到的结果如下图，由图中数据可知：在中频段，节点4的大小约为60左右，由此可以得到近似的下限和上限截止频率为：五.实验结果分析从静态工作点的测试情况可以看出，当静态工作点的信号源的电压幅值维持在1mV左右时，调节电位器从示波器中很难观察到饱和失真与截止失真的波形，因此考虑增大信号源电压20mV进行观测。从三极管的参数上可以查到，三极管的放大系数的理论值是300，而本次实验仿真结果测试出来的值为150，与理论值的误差50%。我认为由于三极管的放大系数本身也会随着结温的变化而变化，故今后在使用三极管的时候，不应该仅仅只看其手册上的放大系数来做计算，而应该让三极管工作在一个环境中，去实际测试它的工作状态下的放大系数，这样使用起来才比较准确。再者，在计算电压增益的时候，本次实验没有考虑三极管的输出电阻，把其当作无穷大的电阻予以忽略，并没有带来很大误差，说明远大于,若误差较大的话，需要将考虑进去。实验二 负反馈放大电路的设计与仿真一.实验目的1） 掌握阻容耦合方式构成的两级放大电路的工作原理2） 掌握负反馈电路的工作原理3） 掌握两级放大电路的电压增益、输入电阻、输出电阻、频率特性曲线的测量方法、了解负反馈引入前后对于电路工作状态的影响二实验原理对于电子系统，在输入信号一定时，要求输出信号是稳定的，但由于各种因素的影响，输出信号会发生不应有的变化。因此，需要设法将输出信号的变化送回到输入回路，让输入信号根据输出量的变化作调整，以保持输出量的稳定，这一过程就是“回馈”。将输出量（电压、电流）的一部分或全部通过一定的网络回馈到输入回路的过程，称为回馈。负责馈送输出信号变化量的元器件和线路构成回馈网络；它们的作用是对输出信号进行采样，并将采样量(回馈信号)送回输入回路；它们的位置特点是既属于输入回路，又属于输出回路，或者跨接在输入和输出回路之间。负反馈引入后对电路的影响如下：放大电路增益的稳定性提高后，在输入量一定时，就可得到较稳定的输出。由于增益带宽积是不变的，负反馈放大电路可以扩展通频带。而如果信号输出发生了失真，失真的回馈信号使净输入信号产生相反的失真，即又可以从而弥补了放大电路本身的非线性失真。直流负反馈能稳定静态工作点，串联负反馈使得输入电阻升高，并联负反馈使得输入电阻减小。电压负反馈能够稳定输出电压，使得输出电阻减小；电流负反馈能够稳定输出电流，使得输出电阻增大。三.实验要求1）给出两级放大电路的电路原理图。2）对电压串联深负反馈电路，还需给出负反馈接入前后电路的频率特性和fL、fH值，以及输出开始出现失真时的输入信号幅度。3）对电压串联深负反馈电路，给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入和输出电阻，并验证AF=1/F 。4）分析实验结果。四.实验步骤与过程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(幅度1mv) ，负载电阻1k，能不失真放大符合要求的交流信号，且电压增益大于100。电路图如下：从示波器上观察到不失真图形如下：2.负反馈接入前电路的工作状态.测量电路的放大系数如图：放大倍数：=414.6. 测量电路的输入电阻在输入端串入一个交流电压表，在信号源两边并联交流电压表，根据仿真结果可得：.测量电路的输出电阻信号源短路，把负载开路，在负载端连入一个交流电压表和交流信号源，如图所示，可得：.频率特性对节点9进行交流分析，得到结果如图。由图可得：.临界失真信号调节信号源的幅值，从示波器上观察其峰值，在当信号源的峰值到1.8mV的时候，波形出现了失真。3.负反馈接入后电路的工作情况.测量电路的放大系数闭合开关，用交流电压表测出，如图：由图可得:=999.962uV=992.974uV从数据上可以看出，电路工作在深度负反馈的条件下，因此=2.835. 测量电路的输入电阻在输入端串入一个交流电流表，在信号源两端并联一个交流电压表。根据仿真结果可得：.测量电路的输出电阻信号源短路，把负载开路，在负载端连入一个交流电压表和交流信号源，如图所示，可得：.频率特性对节点9进行交流分析，得到结果如图。由于引入了负反馈，频率特性曲线发生了变化，由图中可得：.临界失真信号调节信号源的幅值，从示波器上观察其波形，在当信号源的峰值到150mV的时候，波形出现了失真。五.实验结果分析回馈引入前回馈引入后输入电阻7.33k59.9k输出电阻2.02k25放大倍数414.62.835下限截止频率491Hz上限截止频率552kHz临界失真信号1.8mV150mV引入负反馈后，对于电路的工作状态产生了很大的影响。电路放大倍数大大减小，同时，串联电压负反馈能够使输出电阻大大减小，输入电阻大大增大，同时 稳定输出电压。由于增益带宽积是不变的，负反馈放大电路可以扩展通频带。而如果信号输出发生了失真，失真的回馈信号使净输入信号产生相反的失真，即又可以从而弥补了放大电路本身的非线性失真。如果用该反馈电路作为输入端时，那么增大输入电阻就会使得对于电路获得更大分压。输出的如果是电压信号，那么引入一个电压负反馈能降低输出电阻，使得负载上可以得到更多的分压。当电路需要在更高的频率下工作时，引入负反馈可以扩展带宽，使得电路工作于正常放大区。而且，对于电子系统，在输入信号一定时，要求输出信号是稳定的，但由于各种因素的影响，输出信号会发生不应有的变化。因此，将输出信号的变化送回到输入回路，让输入信号根据输出量的变化作调整，以保持输出量的稳定。即通过负反馈电路可以不失真情况下对应的幅值大大增加，这一点有时是十分有必要的。因此，在某些特定的情况下，根据不同的情况，引入不同的回馈，可能对于电路的工作状态产生很多改善，这点在实际的电路设计应用中可能会有很大的帮助。实验三 阶梯波发生器的设计与仿真一. 实验目的1） 掌握阶梯波发生器电路的结构特点2） 掌握阶梯波发生器电路中各组件的作用3） 掌握阶梯波发生器电路的工作原理二. 实验要求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20ms左右，输出电压范围10V，阶梯个数5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。三.实验原理为了设计一个负阶梯波的发生器，首先必须先产生一个方波。把方波的信号输入到微分电路，从微分电路的输出端就可以得到周期性的尖脉冲。通过一个限幅电路后，只留下正的尖脉冲。这个真的尖脉冲通过积分电路，便可以实现累加而输出一个负阶梯。对应一个脉冲就是一个负阶梯，在没有尖脉冲的时候，积分器保持输出不变，在下一个尖脉冲来临的时候，积分器在原来的值上积分，因此，通过积分器的积分和累加，使得输出波形为一个负阶梯。在负阶梯的输出端设计一个比较器，输出值达到这个比较电位的时候，比较器的输出端便翻转，输出一个正电压。这个正电压使得电子开关导通，积分电容放电，积分器输出对地短路，复位，完成一个周期的输出。如此循环，便形成了一系列的阶梯波。其原理图如下：四.实验内容与步骤.方波发生器原理图28其输出波形如下图：.微分电路工作原理图其输出波形如下：从实验原理图和示波器波形图中可以看出：经过微分电路，得到一个有尖脉冲的波形。.限幅电路工作原理图从实验原理图和示波器波形图中可以看出：经过限幅电路，得到一个只有正尖脉冲的波形。.积分累加电路原理图其输出波形如下：从实验原理图和波形图可以看出：经过积分累加电路，波形的输出发生累加，产生了阶梯波。.阶梯波发生器原理图其输出波形如下：由示波器的波形图中可以看出：一个周期内，阶梯的个数为5个，周期约为20ms，输出电压范围约10V左右，符合实验要求。五实验分析阶梯波的周期是由方波发生器的参数决定的，改变电路中这些组件的参数，便可以改变方波发生器的周期，从而改变阶梯波的周期。电路中的输出范围是由滞回比较器的门限电压来决定的。的大小及电压源的大小决定了翻转电压，调节这三个组件的值即可以调节输出电压范围。如图，其下限电压为：上门限电压为：实验总结在上学期学习完模拟电子线路后，本次的EDA实验就是对所学知识的最好的一次扩展和演练。这次实验不仅仅加深了我对单级放大电路，深度负反馈及波形产生电路的理解，此外，在以往在学习模拟电子的时候大多只是对现成的电路进行分析，而本次EDA实验则要求自己选择适合的元器件，再把适合的元器件一一连接起来。从这次实验中，得到的最大的收获便是元器件的选用这个环节。在学完模电之后我们应该具有这样的能力，能够自己实际去设计，去选用，并且去调试出所需要的东