南理工模拟电路EDA1实验报告(优秀)吴少琴

1、南京理工大学eda设计（i ）实验报告作者：学号：学院（系）:专 业：指导老师：吴少琴实验日期：2011年8月木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。文中对屯路中各个参数对屯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屮理论与实 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

2、-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 rela

3、tionship between theory and experiment, to guide us to better learning.keywords analog circuit design experimental analysis theoretical comparison实验一1实验二11实验三18实验四24实验一单级放大电路的设计与仿真一、实验目的学会单管放大屯路的设计并学会测量屯路的静态工作点、输入电阻、电压増益 等参数。二、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5kiiz（峰值5v）,负 载电阻3.9rq,电压増益大于70。2. 调节电路静态

4、工作点（调节偏置电阻），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（调节偏置电阻），使电路输出信号不失真，并月.幅度最大。 在此状态卜测试： 电路静态工作点值； 三极管的输入、输出特性曲线和0、忌值； 电路的输入电阻、输出电阻和电压增益； 电路的频率响应曲线和人、彳值。三、实验步骤一、设计的电路图vcc12v3.9kohm 5%二、失真波形调节电路中r6的值，使输出信号发生失真，得到信号发生截止失真和饱和失真时波形图如下:图二 饱和失真的波形图，此时a=0%在此状态卜，可将电路的电源短接（如图三），测其静态工作点，得到此时:vce = o

5、av vbe = 0.66vic = 3.00ma lb = 0a3ma图三测量静态丄作点同样可得到截止失真的波形图:在此状态卜，电路的静态工作点测量得：vce 二 10.75v vbe = 0.596v lb = 1 a5ua ic = 0.32 ma调节滑动变阻器r6,使波形不失真且波幅最大，是使a二5%时，即r6=12. 5k0hm的状 态。此吋，可测得电路的静态工作点是：vce = la54v vhe = 0.65av ib = 13.00ua ic = 2.7maic由此可得 0 =赤 207.9三、测三极管输入输出曲线图力 测三极管输入特性1111线的连接电路得到下图如:ib二0口

6、寸，特性曲线为:(a) qojdeoa-100?500?200?0200m400m600m*七已 x'oltage (,7)soom图七ib=0时三极管的输入曲线可求得图中对应点的斜率的倒数dx/dy二1. 9643kohm,所以rbe=l. 9643kohm0测三极管的输出特性曲线：连接电路如下：得到输出曲线如:图八 测三极管输出特性illi线lb二0时，有图十ib=o时的曲线得到对应点的斜率的倒数为dx/d尸24.75kohm,所以rce=24.75kohmo四、输入、输出电阻及电压增益的测量测量输入电阻的电路图为：3r2 10kohn_5%o.686mloufc3屯15.g 一k

7、c54r 1 ww-tf二01图i一测输入电阻可得输入电阻为ri=1.6k0hm。 测输出电阻的电路图为：vcc12v2n2222aloufac le-009ohau1c2±ouf50 ohm| v1lmv(j 5khzodegu2ac lmoha图十二测输出电阻可得输ill电阻ro=2269ohmo 测量电压增益图：vcc12vvccr210k0hm_s%c3 z|卜 qilouf2n2222a*r4 l.skohia_s%c2zzloufr63.9kohmu1ac imoh)丄图十三测电压增益口j得电压壇益a、，=95。根据第三步测得的0、仏八么等值，可计算的电路的输入电阻、输出

8、电阻、电 压增益的理论值分别是用=1.533加 r； = lakohm a： =152。与实验值=.6kohm r() = 2.27kohm av = 95比较，可见输入电阻和输出电阻的理论 值与实验值相差不大，这主要是理论计算时一些近似算法造成的。而电压增益的理 论值与实验值有较大差别，这主要是由测量的方法造成的。电压表的内阻、0值的 精确度等都会造成电压增益与实际值不符，因此在设计电路时，理论计算的如只能 做大致的估计，实际的比值需要靠实验才能确定。五、幅频和相频图的测量如图为测量的电路的幅频相频图:yinpanqiangocoooooo5 4 3 2 1 1 2 2phtu 題 w-o

9、o o o2 1o o o o o1 210010kim100mfrequency (hz)10g图十四幅频相频图可得到九fh =2.smhz可见此电路是带通的。ul】、实验小结经过实验我们可以对单级放大电路作出如卜'的结论：在调节单级放大电路的参 数吋，要选择合适的q点，否则输出信号将发生失真。在选择q点时，应尽量将电 路静态工作点的/接近电源电压的一半。另外输入信号的幅值也不应太大，否则也 会导致信号的失真，输入信号的幅值不应大于电压电压的一半。在设计放犬电路时，理论值只能对电路的各项参数作出估计，实际值需要实验 测出，因为理论值是对电路的近似算出的。结论通过实际的实验，我们对单级

10、放人电路的性质和各项指标的测量冇了更深刻的 认识，认识到了理论工作和实验工作的不同，初步适应了实验吋所应遵守的规则。 同时，也更加认识到了模拟电路的不同，认识到了实验在设计模拟电路时的主导地 位，这往往是在理论淫习时最容易忽视的。因此感觉收获很多。在理论学习时，我们往往忽视实践的耍求。而实验时，却往往忽视理论的指导。 所以希累今后在工作时，注意实验和理论的结合，使工作和学习都更冇效率。实验二差动放大电路的设计与仿真一、实验目的学会设计差动放大电路并对其参数进行测量。二、实验要求1. 设计一个带恒流源的弟动放大电路，要求空载时的as大于20。2. 测试电路每个三极管的静态工作点值和0、俭值。3.

11、 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> avonave、avci 值。三、实验步骤一、差动放大电路原理图图一差动放人器原理图按照实验要求，口j求得空载时差模屯压壊益为242。二、求每个三极管工作吋的静态工作点把电路的电源和信号源短接，得到如卜电路:图二测放大电路的直流工作点得到：=0.67 k,. = v(,2 = 1,04v /cl=zc2=0.58ma ih = ih2 =3.9uavhc3 = 0.6 iv 匕小=7.79v 人3 = 430ua ic3 =1.16ma# =z = i48.7 = 2 03=l1 = 269.8人1厶3可以根据实验一提供

12、的电路测量三极管的输入特性曲线：dc transfer charactei istic图三三极管的输入特性illi线当ib=o时，有(vn)(3)q_dc transfer characteristic ”10de9d7d6d4d3did0j 1 ' 1 ' 1' 10200m400m600mwbe voltage (v)800m图四ib=0时的曲线dx可求得对应点的斜率的倒数石=6.61 kohm所以入=6.61kohmq三、测量差放电路的avd> avdi> avc、avci等值。测差放电路的双端差模增益:图五测双端差模增益町测得十-420ma= -8.

13、2测量单-端差放电路差模增益:8图六测单端差模增益可测得a"汗a 503测量双端差放电路共模增益：vv图七测双端共模增益可得匕。-岭10ma=0测量单端差放电路共模增益:570 ohm37r2okohm40q14kohm02sc94s r2r870 ohm20mv1khzodeg41r720kohmkey = a330 ohm35q342q2：945340.011mu1ac imohm432sc945+ v112 v12 v卄r413kohm363kohm44图八测单端共模增益可得accvi=0.001110/tia五、误差分析我们可以理论计算得c=c1=8.1 a；c =0。可见理

14、论值与实验值符合的很好,一点小谋弟是由于理论的近似计算造成的。但可以看到单端弟放电路的谋弟较大一 些，这可能是曲于负载不适造成的。ui实验小结通过对差动放大电路的测量，我们可以得出以卜结论：差动放大电路时双端输 入的，并11两端输入信号反向，才能冇放大作用。差动放大电路对共模输入信号冇 很大的抑制作用，因此可以很好的消除噪音。结论茅动放大电路是我们在理论学习时的一个难点，要准确的理解差动放大电路必 须要亲自做实验，本实验虽然短暂，但同样给了我们理解学习的机会。通过本实验, 我们深刻的理解了差动放大电路的实际功能及其优点，也加深了我们对所学知识的 认识。实验三负反馈放大电路的设计与仿真一、实验目

15、的掌握负反馈屯路的特点并学会设计简单的负反馈放人屯路。二、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lmv）, 负载电阻5.1kq,电压增益大于100。2. 给电路引入电压串联负反馈： 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。三、实验步骤一、阻容耦合两级电压放大电路的设计图一 阻容耦合两级电压放人电路原理图二、测量电路的输入电阻、输出电阻、幅频特性和电压增益测输入电阻:图二测输入电阻可得电路的输入电阻为rj = ljkohm测输出电阻：lokhs odeg图三测输出电阻可得电路的输岀电阻

16、为ro=l°0kohin测电压增益:图四测电压增益得到电压增益为4# =102测幅频特性:up 三 luones(3up) u se lefrequency (hz) 图五幅频特性曲线 可测的九=671hz fh = 2.24mhz调节信号幅度，使输出信号出现失真：测量发现，当输入信号为3ma吋，输出信号开始出现失真，如图:图六失真波形三、加了串联电压负反馈的电路设计可测的此电路的输入电阻、输出电阻和电压增益分别是：ri 17.7 kohm ro 1 .ookohm af = 12验证人尸=¥，有下图：fs.lkohm图八验证f可见，叫-707ua - 669ua = vf

17、 r则可知人严吕测负反馈电路的幅频特性曲线：qprncojoes10100 lk 10k100k im 10m100mfrequency (hz)图九 负反馈电路的幅频特性1111线可得九=377* fh调节负反馈电路输入信号的幅度，使输出信号开始出现失真，此时输入信号的幅值为32ma,如图：x-图十 负反馈电路的失真波形四、实验小结通过本实验，我们对多级放大电路有了初步的了解，并对反馈电路的性质做了 测量，我们发现：反馈电路使得电压增益变小，带宽变宽，并能冇效的减小失真。 对于所加的电压吊联负反馈电路，还可以增大输入电阻，减小输出电阻。可以发现, 负反馈电路冇很多优点，但也有减小增益的缺点，

18、因此要配合多级放人电路，使得 电路复杂化。这种性质是电路系统所共有的，系统的分析电路也由此原理而来。结论负反馈电路是电路系统的基木特征，对它的理解是今后学习电路的基础。通过 本次实验，我们常握了负反馈电路的基本要索，也对其简单的设计冇了认识。对多 级放大电路的分析、测量、以及设计的要求也有了初步的常握。但同吋也认识到， 失真是多级放大电路设计的难关，它限制了放大电路的级数及放大倍数。负反馈电 路一方而可以冇效的减小失真，一方而也减小了电压增益。如何最冇效的利用负反 馈，也是我们应注意的。实验四阶梯波发生器电路的设计一、实验目的能够利用基本信号发生屯路自行设计用作特殊用途的简单的阶梯波发生器，并

19、了解阶梯波发牛器的用途。、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30ms左右，输出电压 范围10v,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定吋器、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、实验步骤一、实验电路图设计输出波形如图:测量得出波形的最大波幅为10. 025v,周期为30. 102ms,可见满足实验的要求。二、原理图的解析说明屯路第一部分：方波发生器:此电路产牛的波形如下:d1

20、5.33 vd25.33 v图四方波波形可测得周期为5.995ms,幅值为5.8v。通过调节c1和r4的值，可改变方波的 周期，这里选取cl=62nf, r4=90kohmo使周期大约为6 ms。通过调节d1和d2的 值，改变方波的幅值，这里选取d1=d2=5.33v,使得阶梯波的波节幅度达到2.5v 左右。第二部分，微分器和滤波电路:r7 skohm输出波形如下:通过调节cl的值可以改变脉冲下降的速率，即改变波形与x轴包围的面积, 从而通过积分器可以调节阶梯波的波节高度。这里选取cl=56nfo第三步，积分电路：图八积分器输岀波形为:图九阶梯波通过调节c1和r4的值，改变阶梯波的波幅，这里选

21、取cl=100nf,r4=1.975kohm,使一节波幅大约为2.5v。第四步，迟滞比较器图十 迟滞比较器原理图对其特性检测所得波形如图：oscilloscope-xsclz11卫一"timechannel achannel 0t1 ±±|29.626 ms-10.699 v-10.349 vkb咖找氏12匕j29.999 ms-102.678 mv17.435 vsavet2-t1372.449 斗10.596 v27.784 vgnd ctimebasechannel achannel btriggeredge f ajclevel |o| vscale 20

22、0 /divscale | w 'v/divscale |1d divxposition |0y position |oy position |°ytt aid b/a a(b阿 0j dcat ojdc| - jsing. nor. |ajto |图十一 迟滞比较器特性图从图中可以看到：其vh=-10.699v, vl=-0.1vo通过调节r1的值，可以改 变vh，使vh略大于10,可以使阶梯波的幅值达到10 v。这里我们取rl=1.44kohm。第五步，电子开关电了开关的原理是根据二极管d2右端电压的高低控制二极管的通断，确定二极 管左端电压的高低，从而控制p型三极管的通断，以达到控制积分器工作的作用。