北航电子电路设计训练模拟部分实验报告

电子电路设计训练电子电路设计训练 模拟部分实验模拟部分实验 实验报告实验报告 1 实验一 共射放大器分析与设计 1 目的 目的 1 进一步了解 Multisim 的各项功能 熟练掌握其使用方法 为后续课程 打好基础 2 通过使用 Multisim 来仿真电路 测试如图 1 所示的单管共射放大电 路的静态工作点 电压放大倍数 输入电阻和输出电阻 并观察静态 工作点的变化对输出波形的影响 3 加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响 4 观察失真现象 了解其产生的原因 图 1 实验一电路图 2 步骤 步骤 1 请对该电路进行直流工作点分析 进而判断管子的工作状态 2 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻 3 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻 4 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频 相频特性曲线 5 请利用交流分析功能给出该电路的幅频 相频特性曲线 6 请分别在 30Hz 1KHz 100KHz 4MHz 和 100MHz 这 5 个频点利用示波 器测出输入和输出的关系 并仔细观察放大倍数和相位差 提示 在上述实验步骤中 建议使用普通的 2N2222A 三极管 并请注意信 号源幅度和频率的选取 否则将得不到正确的结果 3 实验结果及分析 实验结果及分析 1 1 根据直流工作点分析的结果 说明该电路的工作状态 根据直流工作点分析的结果 说明该电路的工作状态 由 simulate analyses DC operating point 可测得该电路的静态 工作点为 2 图 2 直流工作点 由 V 5 V 4 V 2 可知 晶体管发射结导通 且发射结正偏 集电 结反偏 晶体管工作在放大状态 2 2 详细说明测量输入电阻的方法 操作步骤 详细说明测量输入电阻的方法 操作步骤 并给出其值 并给出其值 图 3 输入电阻测量 使用交流模式的电流表接在电路的输入端测量输入电压和输入电流 如图所示 可得输入电阻 7 691 3 35 2 295 i i i UmV Rk IA 3 3 详细说明测量输出电阻的方法 操作步骤 详细说明测量输出电阻的方法 操作步骤 并给出其值 并给出其值 3 图 4 输出电阻测量 分别测量空载时的输出电压和带载时的输出电压 得到输出电阻 1 U 2 U 1 2 1 2 921 oL U RRk U 4 4 详细说明两种测量幅频 相频特性曲线的方法 操作步骤 详细说明两种测量幅频 相频特性曲线的方法 操作步骤 a 利用软件右侧栏的 Bode Plotter 测量幅频 相频特性曲线 将输入 端连接仪器 IN 端 输出端连接仪器 OUT 端 共地后点击运行 得出幅频 相频特性曲线 如下图 图 5 幅频特性曲线 4 图 6 相频特性曲线 b 利用软件的交流分析功能测得电路的幅频 相频特性曲线 选择 simulate analyses AC Analysis 添加仿真输出点后 选择 simulate 可得幅频 相频特性曲线 与前面用仪表测量得到的频率特性 曲线相同 图 7 交流分析频率特性 5 5 根据得到的幅频特性曲线 利用作图器的标尺功能 指出该电路的 根据得到的幅频特性曲线 利用作图器的标尺功能 指出该电路的 f fL L和和 f fH H 3dB3dB 根据 Error Error ReferenceReference sourcesource notnot found found 可得幅频曲线最高点为 17 794Hz 分别找两侧比最大值衰减 3dB 的频率值 如下图所示 可以得 到 98 58 2 26 LH fHz fMHz 5 图 8 fL测量 图 9 fH测量 6 6 将得到的 将得到的 30Hz30Hz 1KHz1KHz 100KHz100KHz 4MHz4MHz 和和 100MHz100MHz 这这 5 5 个频点的输入和个频点的输入和 输出关系和刚才得到的幅频 相频特性曲线对比 你有何看法 输出关系和刚才得到的幅频 相频特性曲线对比 你有何看法 图 10 30Hz 6 图 11 1KHz 图 12 100KHz 图 13 4MHz 7 图 14 100MHz 输入频率不同时 输出的放大倍数和相位差 30Hz1000Hz100KHz4MHz100MHz 放大倍数1 3207 56109 66 96 相位差 度 37180180180221 7 从上表中可以看出 测得的放大倍数与相位差与前面所测的幅频 相 频特性曲线相符 7 7 请分析并总结仿真结论与体会 请分析并总结仿真结论与体会 这是我们电子电路设计训练的第一次实验 第一次接触 Multisim 感 受到了该软件在电路分析中的强大功能 也把模电课上所学的东西用于实 践 因此对知识有了更深的理解 本次实验中 对于实验操作 收获最大的地方是要注意用仪表测量时 哪些情况该用直流 哪些情况该用交流 选择错误就无法得到正确的实验 结果 8 实验二 射级跟随器分析与设计 1 目的 目的 通过使用 Multisim 来仿真电路 测试如图 2 所示的射随器电路的静态 工作点 电压放大倍数 输入电阻和输出电阻 并观察静态工作点的变化 对输入输出特性的影响 图 15 实验二电路图 2 步骤 步骤 1 请对该电路进行直流工作点分析 进而判断管子的工作状态 2 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻 3 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻 4 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频 相频特性曲线 5 请利用交流分析功能给出该电路的幅频 相频特性曲线 6 用瞬态分析法分析其电压跟随器特性 随意改变负载电阻阻值 观察 输出特性有何变化 3 实验结果实验结果 1 1 请对该电路进行直流工作点分析 请对该电路进行直流工作点分析 进而判断管子的工作状态 进而判断管子的工作状态 用仿真 分析 直流工作点分析 得到的结果如下图所示 V 5 V 4 V 2 晶体管发射结导通 发射结正偏 集电结反偏 故晶体管工作在放 大状态 9 图 16 直流工作点 2 2 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻 图 17 输入电阻测量 如图 在输入端连接交流电表 得到输入电阻 10 9 81 1 018 i i i UmV Rk IA 3 3 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻 分别用交流电压表测量空载时的输出电压和带载时的输出电压 1 U 2 U 如下图所示 可以得到输出电阻 1 2 1 26 1 oL U RR U 可以看到 射极跟随器的输入电阻较大 输出电阻较小 因此在电路 中常用于阻抗匹配 10 图 18 输出电阻测量 4 4 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频 相频特性曲线 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频 相频特性曲线 利用 Bode Plotter 仪表测出该电路的幅频 相频特性曲线 图 19 幅频特性曲线 11 图 20 相频特性曲线 5 5 请利用交流分析功能给出该电路的幅频 相频特性曲线 请利用交流分析功能给出该电路的幅频 相频特性曲线 图 21 交流分析频率特性 用交流分析功能得到的频率特性曲线与上面仪表测量的结果相同 6 6 用瞬态分析法分析其电压跟随器特性 随意改变负载电阻阻值 观察 用瞬态分析法分析其电压跟随器特性 随意改变负载电阻阻值 观察 输出特性有何变化 输出特性有何变化 负载电阻为 4 7时 simulate Analysis Transient Analysis 得到输入k 和输出的关系如 Error Reference source not found 所示 可以看到 输入 和输出基本相同 具有良好的电压跟随特性 12 图 22 瞬态分析 利用 Simulate Analysis Parameter Sweep 功能对负载电阻 R4进行参 数扫描分析 即改变负载电阻阻值 观察输出电压的变化 从结果中可以 看到 当负载电阻较小 即与射随器的输出电阻接近时 负载电阻的变化 对输出电压有较大影响 电压跟随性能下降 而当负载电阻较大时 负载 的变化对输出电压基本没有影响 在图中表现为各条曲线互相重合 图 23 负载电阻参数扫描 小负载 13 图 24 负载电阻参数扫描 大负载 7 7 请分析并总结仿真结论与体会 请分析并总结仿真结论与体会 这次实验中 我们利用瞬态分析和参数扫描功能对射随器进行了分析 对 Multisim 的功能有了更多认识 巩固了基本操作 同时 也更加深刻的 理解了射随器的性质 了解了其输入电阻大 输出电阻小的特性 对其驱 动负载的能力也有了深入体会 14 实验三 差动放大器分析与设计 1 目的 目的 1 通过使用 Multisim 来仿真电路 测试如图 3 所示的差分放大电路的 静态工作点 差模电压放大倍数 输入电阻和输出电阻 2 加深对差分放大电路工作原理的理解 3 通过仿真 体会差分放大电路对温漂的抑制作用 图 25 实验三电路图 2 步骤 步骤 1 请对该电路进行直流工作点分析 进而判断电路的工作状态 2 请利用软件提供的电流表测出电流源提供给差放的静态工作电流 3 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入 输出电阻 4 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的单端出差模放大倍数 5 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频 相频特性曲线 6 请利用交流分析功能给出该电路的幅频 相频特性曲线 7 请利用温度扫描功能给出工作温度从 0 变化到 100 时 输出波形 的变化 8 根据前面得到的静态工作点 请设计一单管共射电路 使其工作点和 图 3 电路的静态工作点一样 利用温度扫描功能 给出单管共射电路 工作温度从 0 变化到 100 时 输出波形的变化 比较单管共射电 路与共射差分电路的区别 3 实验结果及分析 实验结果及分析 1 1 根据直流工作点分析的结果 说明该电路的工作状态 根据直流工作点分析的结果 说明该电路的工作状态 运用仿真 分析中的直流工作点分析功能 分析各点电压 得到的直 流工作点如下图所示 15 图 26 直流工作点 从上图可以看出 晶体管 Q1 Q2均满足发射结导通 发射结正偏且集 电结反偏 因此工作在放大区 而 Q3 Q4均满足发射结导通 发射结和集 电结都正偏 因此工作在饱和区 2 2 请画出测量电流源提供给差放的静态工作电流时 电流表在电路中的 请画出测量电流源提供给差放的静态工作电流时 电流表在电路中的 接法 并说明电流表的各项参数设置 接法 并说明电流表的各项参数设置 图 27 静态工作电流测量 如图加入直流电流表 测得静态工作电流为 0 708mA 3 3 详细说明测量输入 输出电阻的方法 操作步骤 详细说明测量输入 输出电阻的方法 操作步骤 并给出其值 并给出其值 16 图 28 输入电阻 图 29 输出电阻 如上图搭建电路 得到电压和电流的测量结果 然后计算输入电阻和 输出电阻 其中电压表和电流表都工作在交流测量状态 测量输出电阻时 要分别测量空载时的输出电压和带载时的输出电压 1 U 2 U 17 输入电阻 0 20 37950 7 0 527 i i i UV R IA 输出电阻 1 2 1 1009 2 oL U RR U 4 4 详细说明测量差模放大倍数的方法 操作步骤 详细说明测量差模放大倍数的方法 操作步骤 并给出其值 并给出其值 图 30 单端出差模放大倍数 如图 用两个交流数字电压表分别测量输入和输出电压 得到单端出 差模放大倍数倍 0 109 5 45 0 020 o i UV UV 5 5 详细说明两种测量幅频 相频特性曲线的方法 操作步骤 详细说明两种测量幅频 相频特性曲线的方法 操作步骤 并分别 并分别 画出幅频 相频特性曲线 画出幅频 相频特性曲线 a 用 Bode Plotter 仪器测量幅频 相频特性曲线 如 Error Error ReferenceReference sourcesource notnot found found 连接电路 调整坐标范围至一合适值 可以 得到测量结果如 Error Error ReferenceReference sourcesource notnot found found Error Error ReferenceReference sourcesource notnot found found 所示 18 图 31 仪表测量频率特性曲线 图 32 幅频特性曲线 图 33 相频特性曲线 b 用仿真 分析 交流分析功能分析幅频 相频特性曲线 设置频率范 围 可以得到如下图所示的曲线 19 图 34 频率特性交流分析 可以看到 交流分析得到的幅频 相频特性曲线与仪表测量结果是一 致的 6 6 对比实验步骤 对比实验步骤 7 7 和 和 8 8 的结果 你有何结论 的结果 你有何结论 图 35 差分放大电路温度扫描 20 图 36 共射放大电路温度扫描 可以看出 差分放大电路抑制温漂的性能要明显好于共射放大电路 7 7 请分析并总结仿真结论与体会 请分析并总结仿真结论与体会 这次实验的电路比前两次复杂 并且最后的实验还需要独立调整共射 放大电路的工作点 因此对我分析 设计和调整电路的能力都有很大锻炼 通过各项实验 对差分放大电路的优越性也有了更深刻的认识 21 实验四 集成运算放大器应用 1 目的 目的 1 了解集成运放的内部结构及各部分功能 特点 2 了解集成运放主要参数的定义 以及它们对运放性能的影响 3 掌握集成运算放大器的正确使用方法 4 掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法 5 掌握根据具体要求设计集成运算放大电路的方法 并会计算相应的元件参 数 6 学习使用示波器 DC AC 输入方式观察波形的方法 掌握输出波形的测量绘 制方法 2 步骤 步骤 图 37 实验四电路图 1 按上图搭建运放电路 观测放大倍数 并通过调节反馈电阻来实现改变放 大器的增益 2 调整运放的直流工作点 分析输出直流信号的幅度与参考电压的关系 3 对电路进行温度扫描 分析其温度漂移特性如何 4 应用 AD817 搭建积分器 微分器 射随器电路 5 应用 AD817 搭建减法器 要求有两路信号输入 经过相减后输出 并写 出减法器输出电压的表达公式 3 实验结果及分析 实验结果及分析 1 观测放大倍数 并通过调节反馈电阻来实现改变放大器的增益 观测放大倍数 并通过调节反馈电阻来实现改变放大器的增益 时 输入和输出的关系如下图 4 1Rk 22 图 38 输入输出关系 放大 1 倍 可见放大倍数为 1 倍 符合的理论值 如果让 则 4 3 1 1 1 Rk Rk 4 3Rk 放大倍数为 3 倍 如下图所示 图 39 输入输出关系 放大 3 倍 2 调整运放的直流工作点 分析输出直流信号的幅度与参考电压的关系 调整运放的直流工作点 分析输出直流信号的幅度与参考电压的关系 如 Error Reference source not found 所示 VDD 较小的时候 运放工作 在线性区 输出电压与输入电压成正比 而 VDD 较大时 运放达到饱和 输 出电压保持为参考电压 12V 不变 23 图 40 输入输出关系 3 对电路进行温度扫描 分析其温度漂移特性如何 对电路进行温度扫描 分析其温度漂移特性如何 图 41 温度扫描 对运放进行 100 100 C 温度扫描 输出曲线基本完全重合 可见温漂很小 4 应用 应用 AD817 搭建积分器 微分器 射随器电路 搭建积分器 微分器 射随器电路 电路图及仿真波形见 Error Reference source not found 至 Error Reference source not found 注意运放是反向输入的 从波形可以看到 搭建 的电路实现了积分器 微分器和射随器的功能 24 图 42 积分器电路 图 43 积分器波形 方波为输入 三角波为输出 图 44 微分器电路 25 图 45 微分器输出 三角波为输入 方波为输出 图 46 射随器电路 图 47 射随器波形 输入输出等大反向 26 5 应用 应用 AD817 搭建减法器 要求有两路信号输入 经过相减后输出 并写搭建减法器 要求有两路信号输入 经过相减后输出 并写 出减法器输出电压的表达公式 出减法器输出电压的表达公式 图 48 减法器电路 如上图 输出电压 注意更改电阻值时需始终 27