设计任务__集成运放应用综合设计与实践.doc

西安科技大学（电控学院）PSPICE 综合实训题目集成运放应用综合设计与实践1 实验目的1. 学会集成运算放大器线性应用电路的设计方法，以及RC振荡电路的设计方法。2. 掌握集成运算应用电路的主要参数测试方法。2预习要求与实验内容必须提前预习以下内容否则无法进行实验！设计一个卡拉OK伴唱机混音原理电路。熟练掌握RC振荡电路，能根据实验要求设计电路中各元件的参数。实验原理的框图如图1所示，参考电路如图2。反相求和1：1RC振荡电路 1KHz左右 Vi1 信号源 Vi1+Vi22KHz Vi2 图1 卡拉OK电路原理图图2 卡拉OK混音部分的参考电路3 实验设备与器件仪器设备：操作台，示波器，万用表，交流毫伏表，函数信号发生器，频率计、直流稳压电源。规定元件配置：电阻：100（1个）、160（1个）、1K（3个）、16K（2个）；1K可变电阻2个（在实验台上）；电容：0.01F（2个）、10F（2个）；1N4148二极管2个；LM324（参考书P424页的CF324）一个。4 参考书基础电子电路设计与实践，北京，国防工业出版社。5 实验要求根据参考电路或自行设计，搭建合适的RC振荡电路，使其输出频率在1KHz左右。调整可变电阻的阻值，使其送给下一级的电压峰值VP在0.5V。调整信号源使其输出为2KHz、电压峰值VP也为0.5V的信号，用示波器观察求和前后的输出电压波形，验证求和电路的实际效果。实验前，计算出电路中各元件的参数，并且与实验5的Pspice仿真结果对比，在实验中搭建实物电路，验证你设计的卡拉OK混音电路是否成功。6 实验报告具体内容要求(报告页数不限)1. 按实验内容中的要求，撰写出电路设计过程。2. 将实验的数据、曲线整理好，并与实验5的仿真结果对比，分析曲线或数据说明设计的效果。3. 谈一谈如果振荡电路波形失真严重，你还有何种办法解决？4. 本次实验收获、体会。说明:也可以从下面的三个题目（实践练习二、三、四）中选择一个进行设计。Pspice实践练习一：设计与仿真一个单级共射放大电路（提供的参考电路如图一所示） 。要求：放大电路有合适静态工作点、电压放大倍数30左右、输入阻抗大于1K、输出阻抗小于5.1K及通频带大于1MHZ 。请参照下列方法及步骤，自学完成Pspice实践练习一。一、启动Pspice9.2 Capture 在主页下创建一个工程项目exa1。 选File/New/ Project 建立一个子目录 Create Dir (键入e:zhu)，并双击、打开子目录； 选中 Analog or Mixed- Signal Circuit OK! 键入工程项目名exa1； 在设计项目创建方式选择对话下，选中 Create a blank pro OK! 画一直线，将建立空白的图形文件(exa1.sch)存盘。二、画电路图（以单级共射放大电路为例，电路如图一所示 ） 打开库浏览器选择菜单Place/Part Add Library 提取：三极管Q2N2222（bipolar库）、电阻R、电容C（analog库）、电源VDC（source库）、模拟地0/Source、信号源VSIN。 移动元、器件。鼠标选中元、器件并单击（元、器件符号变为红色），然后压住鼠标左键拖到合适位置，放开鼠标左键即可。 删除某一元、器件。 鼠标选中该元、器件并单击（元、器件符号变为红色），选择菜单Edit/delete 。 翻转或旋转某一元、器件符号。鼠标选中该元、器件并单击（元、器件符号变为红色），可按键Ctrl +R 即可。 画电路连线 选择菜单中 Place/wire，此时将鼠标箭头变成为一支笔（自己体会）。 为了突出输出端，需要键入标注Vo 字符，选择菜单 Place/Net Alias Vo OK! 三、修改元、器件的标号和参数 .用鼠标箭头双击该元件符号（R 或C），此时出现修改框，即可进入标号和参数的设置。 VSIN信号源的设置：鼠标选中VSIN信号源的FREQ用鼠标箭头单击（符号变为红色），然后双击，键入FREQ=1kHz、同样方法即键入OEF=0v、VAMPL=30mv 。鼠标选中VSIN信号源并单击（符号变为红色）然后，用鼠标箭头双击该元件符号，此时出现修改框，即可进入参数的设置，AC=5mv ，鼠标选中Apply并单击。退出。 .三极管参数设置：鼠标选中三极管并单击（符号变为红色）然后，选择菜单中Edit/PSpice Model 。打开摸型编辑框Edit/PSpice Model 修改Bf为 50，保存，即设置Q2N2222-X的为50 。4. 说明：输入信号源和输出信号的习惯标法 Vs、V i 和o (鼠标选中Place/Net Alias) 。 图一 单级共射放大电路四、设置分析功能 ias Point Detai1(静态)选择菜单 PSpice /New Simulation Profile，在New Simulation 对话框下，键入ias ，用鼠标单击Create，然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框；在模拟类型和参数设置框下，见Analysis type拦目，用鼠标选中及单击 ias Point Detai1 ；并在Output File Optiongs 拦目下，单击选中“include detailed bias point information for nonlinear controlled sources and semiconductors” 。单击 应用（A）及 确定 返回 ！ Transient (瞬态, 即时域分析) 选择菜单 PSpice /New Simulation Profile，在New Simulation 对话框下，键入 TRAN ，用鼠标单击Create，然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框；在模拟类型和参数设置框下，见Analysis type拦目，用鼠标选中及单击 Time Domain(Transient) 再键入下列数据：Run to 4msStart saving data 0msMaximum step 20us 单击应用（A）及 确定 返回 ！ AC Sweep（即频域分析） 选择菜单 PSpice /New Simulation Profile，在New Simulation 对话框下，键入 AC ，用鼠标单击Create，然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框；在模拟类型和参数设置框下，见Analysis type拦目，用鼠标选中及单击 AC Sweep/Noise 然后，在 AC S weep Type拦目下键入下列数据：Start 10hzEnd 100MegPoints/ Decade =101对于Logarithmic项选中：Decade (十倍频，取半对数坐标)单击应用（A）及 确定 返回 ！五、仿真前应作的准备工作 将建立或修改后的文件(exa1.sch)存盘 。 建立电路连接规则检查和建立网表文件：单击PSpice / Create Netlist （若有问题，屏幕会有指示，并由设计者予以解决）六、仿真 将图形文件还原，用鼠标选中及单击图形画面的右上角符号（中间的那个符号）。 电路静态工作点。首先进入项目管理器窗口，鼠标选中及双击PSpice Resources， 再双击 Simulation Profiles，然后激活ias图标，用鼠标选中及单击SCHEMATITC-ias ，点击鼠标右键，单击Make Active ；选择菜单 PSpice /RUN（或用鼠标点击符号RUN）。若无出错，便可查阅PSpice/View Output File文件，查阅电路静态工作点（VBE 、 IB 、 Ic 、 VCE）。关闭文件返回。 仿真输入输出电压波形。同样进入项目管理器窗口，激活TRAN图标，用鼠标选中及单击SCHEMATITC-TRAN ，点击鼠标右键，单击Make Active ；选择菜单 PSpice /RUN（或用鼠标点击符号RUN）。若无出错，便可观察瞬态分析(时域分析)。单击菜单Trace/Add Trace 弹出 Add Trace 对话框 。 a. 单击V(Vo) 单击OK！ 返回（显示V(Vo)波形 ）；b. 单击Plot/add plot to Window添加一个波形显示框。Trace/Add 弹出 Add Trace 对话框 键入V(Vs:+) 单击OK 返回 （显示V(Vs:+)波形 ） c. 观察V(Vs:+) 、V(Vo)波形，输出电压波形放大和失真情况, 若有失真（饱和或截止失真）则退出仿真，进入电路参数修改（建议看阅Output File结果报告，查阅静态工作点，判定静态工作点合适否），重复上述过程。仿真通过，关闭文件返回。 作幅频特性、相频特性、输入电阻及输出电阻特性曲线。鼠标进入项目管理器窗口，激活AC图标，用鼠标选中及单击SCHEMATITC-AC，点击鼠标右键，单击Make Active ；选择菜单 PSpice /RUN（或用鼠标点击符号RUN）。若无出错，便可观察AC交流瞬态或频域分析。单击菜单Trace/Add Trace 弹出 Add Trace 对话框 。 幅频特性a. 键入： dB(V(Vo)/V(Vs:+) 单击OK 返回 (显示幅频特性)b. 激活游标：单击菜单Trace/ cursor/Display 。c. 确定中频区Av(dB) ，即单击菜单Plot/ Label/Mark，此时坐标值标注在曲线附近 。e. 移动游标从中频区的值下降约时，横坐标频率值就是上限截止频率（下限截止频率）。单击菜单Plot/Label/Mark，此时坐标值标注在曲线附近 。 d. （手工）计算通频带 f = fH .fL 。相频特性a. 取消游标：单击菜单 Trace/ cursor/ Display b. 再添加一个相移特性曲线显示窗口：单击菜单Plot/Add plot to Windowc. 单击菜单Trace/Add 弹出 Add Trace 对话框 d. 键入：Vp(Vo)-Vp(Vs:+) 单击OK 返回 (显示观察相频特性)e. 激活游标：单击菜单 Trace/ cursor/Displayf. 确定中频区，即单击菜单 Plot/ Label/Mark，此时坐标值标注记在曲线附近 。 求解输入阻抗。再添加一个相移特性曲线显示窗口：单击菜单Plot/Add plot to Window键入：V(Vs:+)/I(Vs) 单击OK 返回（显示观察输入阻抗的频率特性，确定中频区输入电阻）求解输出阻抗 首先打开电路图形文件！修改电路，令Vs=0v信号源短路，取掉负载RL，外加一个信号源VSIN(400mv)，即Vw ，保存文件（存盘），进入仿真，仿真步骤同上。选择菜单 PSpice /RUN（或用鼠标点击符号RUN）。若无出错，便可观察AC交流瞬态或频域分析。单击菜单Trace/Add Trace 弹出 Add Trace 。 键入：V(Vw:+)/I(Vw) 单击OK 返回（显示观察输出阻抗的频率特性，确定中频区输出电阻）为此，在OrCAD/PSpice9.2平台上单级共射放大电路设计与仿真结束。下面应小结单级共射放大电路的主要技术指标（必须借助仿真曲线，结合基本理论并加以说明），并叙述其特点（这里略去）。实践项目：Pspice实践练习二：设计与仿真共射-共集组合放大电路。要求电路有合适的静态工作点，其电压放大倍数Av 100、输入电阻Ri 1K、输出电阻Ro 1Mhz，负载电阻RL为5.1 K，并书写Pspice实践练习报告。Pspice实践练习报告要求（供参考）：一、标题；二、设计与仿真任务；三、设计电路；四、仿真步骤及各项技术指标(仿真提供的静态工作点、仿真电压波形、曲线及数据等)；五、理论分析；六、设计与仿真结论；七、心得体会。Pspice实践练习三：设计与仿真一个带恒流源的差动放大器。要求有合适静态工作点(Ic1=Ic2=1ma )，单端输入、单端输出（或双端输出），且Avd 大于50，Kcmr大于40dB，频带Fh 1Mhz，其中负载RL=10K、电源Vcc 及Vee 均为15V 。书写Pspice实践练习报告。Pspice实践练习报告要求（供参考）：一、标题；二、设计与仿真任务；三、设计电路；四、仿真步骤及各项技术指标（仿真提供的静态工作点、输入及输出电压波形、直流传输特性、Avd、 Fh、Kcmr 等）；五、理论分析；六、设计与仿真结论；七、心得体会。Pspice实践练习四：有源低通滤波器设计。 设计一个截止频率fo为1000HZ的1阶有源低通滤波器（提