EDA设计实验报告

1、EDA设计实验报告院系：自动化学院专业：电气工程及其自动化学号：姓名： 实验一单级放大电路的设计与仿真一 实验内容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fL和fH的值。二电路原理图二 电路出现饱和失真、截止失真和不失真时输出电压的波形图，以及三种状态下的三极管的

2、静态工作点值1. 饱和失真饱和失真波形静态工作点饱和失真时的静态工作点：Ib=126.58950uA，Ic=3.00544mA，Ube=668.62961mV，Uce=Ube-Ubc=86.93861mV。2. 截止失真截止失真波形静态工作点截止失真时的静态工作点：Ib=222.38664nA，Ic=24.50127uA，Ube=506.24326mV，Uce=Ube-Ubc=11.9041V。3不失真、不失真波形静态工作点不失真时的静态工作点：Ib=18.10142uA，Ic=2.41085mA，Ube=653.87495mV，Uce=Ube-Ubc=2.57V。三 电路基本参数测定1. 求

3、电压增益求电压增益电路原理图电压增益测量值AV=uoui=98.5152. 求输入电阻输入电阻测量值Ri=uiii=999.564uV/695.328nA=1437.5413. 求输出电阻输入电阻测量值Ro=uoio=999.972uV/607.592nA=1645.7954. 幅频特性和相频特性交流小信号分析得到幅频特性和相频特性曲线从特性图上可以看出AV的最大值，即ymax=100.44为。由通频带定义，将标尺置于幅频特性曲线两侧AV=22Avmax=71.02处，即得到上下限频率。由此可得，下限频率fL=1.0116kHz，上限频率fH=13.8608MHz。四 三极管输入，输出特性测定

4、1. 输入特性测输入特性电路原理图输入特性曲线由上图的数据可以测得rbe=dxdy=1.6750m/918.8444n=1822.9422. 输出特性测输出特性电路原理图输出特性曲线由上图的数据可以测得rce=dxdy=8.6207m/1.7536u=4.916k五 实验结果分析1. 计算理论值由静态工作点可以计算得到=icib=2.41085mA /18.10142uA=133.2则AV=（R4/R2/rce）/rbe=92.527；Ri=R1/（R5+R7）/rbe=1420.214；Ro=R4/rce=1612.684。2. 误差分析通过比较试验值和理论值，可以分别计算出他们的相对误差：

5、EAV=(98.515-92.527)/92.527*100%=6.47%ERi=(1437.541-1420.214)/ 1420.214*100%=1.22%ERo=(1645.795-1612.684)/ 1612.684*100%=2.1%分析最后的计算结果可以得到，电压增益的误差过大了，超过了5%，而输入电阻和输出电阻的测算都是比较准确的，都没有超过4%。这里的rce 并没有远远大于RL，故在计算的过程中不能够忽略。电压增益误差造成的原因可能是我对共射极放大电路的理解还不透彻，设计的电路参数有缺陷的关系，也有可能负载上得到的不是所有的电压，抑或是在测算三极管具体参数的时候不够准确。因

6、为考虑了rce，因此输入电阻和输出电阻的测算都非常准确，足见这里无法忽略rce。实验二负反馈放大电路的设计与仿真一 实验内容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，电压增益大于100。2. 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。二 电路原理图电压串联负反馈电路图三 开环和闭环时电路的基本参数测定1. 电压增益开环时Av=205.864mA/999.956uA=205.873闭环时Av=3.397mV/999.959uA=3.397验证A

7、F1/FUf=993.745uV，Ui=999.959uA，Uo=3.397mV1/F=Uo/Uf=3.418，Av=3.397mV/999.959uA=3.397可以近似得到AF1/F。2. 输入电阻开环时Ri=999.956uV/189.922nA=5265闭环时Ri=999.952uV/156.918nA=63723. 输出电阻开环时Ro=999.959uV/606.301nA=1649闭环时Ro=999.959uV/108.892uA=9.1834. 幅频特性和相频特性开环时 据此可得：fL=622.5861Hz，fH=478.1326kHz。闭环时据此可得：fL=92.8316Hz，

8、fH=7.4816MHz。5. 最大不失真开环时当输入信号Ui=3.2mV时，输出信号开始出现失真，当输入信号大于Ui大于10mV时，输出信号失真非常明显。闭环时当输入信号Ui大于10mV，输出信号还没有失真，当Ui=120mV，输出信号开始失真。四 实验结果分析本实验我们在阻容耦合两级电压放大电路的基础上引入了电压串联负反馈，通过比较开环和闭环时的电压增益，输入电阻，输出电阻，频率特性。通过比较实验数据我们可以发现，负反馈使放大器的电压增益降低，从而使放大器增益的稳定性提高，这一点可以体现在负反馈对放大器非线性失真的大幅度改善。同时，负反馈可以展宽放大器的通频带，串联负反馈可以是输入电阻增大

9、，电压负反馈可以使输出电阻减小。在实验中我们还证明了当环路增益>>1时，反馈放大器的闭环增益与基本放大器无关，只与反馈网络的反馈系数有关，这种反馈是深度反馈。得到的结果确实是AF约等于1/F。实验三阶梯波发生器的设计与仿真一 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

10、。二 阶梯波电路工作原理框图为了设计一个负阶梯波发生器，首先考虑由一个方波电路产生方波，其次，经过微分电路输出得到上、下都有的尖脉冲，然后经过限幅电路，只留下所需的正脉冲，再通过积分电路后，因脉冲作用时间很短，积分器输出就是一个负阶梯。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

11、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。三 电路分模块仿真及实验过程1 方波发生器方波发生器电路原理图方波发生电路的主要部分由施密特触发器构成，然后由C1和R4发生多谐振荡信号，根据施密特触发器的特性曲线可以得到输出的波形为方波，并可以求得周期T=2R4C1ln（1+2R1R3）。通过周期计算公式我们发现可以通过调节C1和R4调节方波的周期。方波发生器输出波形图按照实验要求，方波的周期应该为4ms，我测试调节了C1和R4的值，如上图可见，方波的周期为3.977ms，

12、幅度略大于10V，近似可以认为是符合要求了。2 方波+微分电路方波+微分电路电路原理图输出信号波形图将C2和R5构成的微分电路接在方波发生器的后面，输出信号变成上图波形，由向上和向下的尖脉冲构成。3 方波+微分+限幅电路在上述电路的后面串联二极管构成的限幅电路，过滤掉负半周，只留下正半周的尖脉冲。方波+微分+限幅电路输出信号波形图4. 方波+微分+限幅+积分电路在前面的电路后面加上积分电路，对尖脉冲进行积分，构成了一级级向下的阶梯信号。积分电路积分公式为Uo=-1Cicdt=-1R7C3t1t2uodt+Uo（t1）根据公式可以看到，调节R7和C3可以改变阶梯波每一级的高度。我们调节R7和C3

13、的值，使阶梯波每一级的值为2V。方波+微分+限幅+积分电路原理图输出信号波形图5. 阶梯波完整电路图在之前得到的电路图后面连接比较器，使阶梯波在输出5个阶梯后就作为一个周期跳转，连接得到如下的电路图。阶梯波电路原理图阶梯波输出信号波形由上图中可以得到，阶梯波的周期为20.076ms，输出电压幅度也大约是10V，符合实验要求。四 实验结果分析探究各个电路元件参数改变对输出波形的影响，确定影响阶梯波电压范围的元器件。1. C1， R4，R1，R3由前述的方波发生器公式可知T=2R4C1ln（1+2R1R3），改变C1， R4，R1，R3的取值可以改变方波的周期，进而影响阶梯波的周期。其中C1， R

14、4的乘积对周期的影响比较大，这里我仅改变C1的值，使其变为20uF。则输出波形变为： 从图中可以读出阶梯波周期变为了5.682ms，明显变小了，且大约变成了原来的四分之一，和C1的改变趋势相同，从另一个侧面说明了周期T和C1， R4的乘积成正比关系。2. C2， R5C2和R5构成了微分电路，改变他们的参数应该也能够改变输出信号的波形，这里我改变C2，使其增大到80uF，则得到的输出波形： 根据上图可以发现，输出信号的周期和阶梯波的个数都发生了变化，C2增大，周期减小为10.985ms。3. R7，C3R7和C3构成了积分电路，由前述的积分公式Uo=-1Cicdt=-1R7C3t1t2uodt

15、+Uo（t1）改变R7和C3的乘积可以改变输出电压范围。这里我仅改变R7，使其变为500，则输出信号波形变为： 由上图可见，增大R7，周期和阶梯数全都增大了。4. R8，R9，R10R8，R9，R10是比较中的一部分，我分别对他们做出改变。将R8改变为100 阶梯波电压范围，周期和阶梯数都减小了。 将R9改变为100 阶梯波电压变化范围，周期和阶梯数都减小了。将R10改变为2k 综合可得R8，R9，R10均能够改变电压输出范围，进而影响到阶梯波的周期。结语EDA设计感想 本次EDA设计是我的第一次EDA实验，在荒废了一个暑假之后，对上学期的模电课程已经淡忘得差不多了。做实验之前也没有好好预习，

16、所以在刚刚开始上手的时候感觉是一头雾水，什么都不懂。第一天基本做的都是无用功，纠结在第一个实验的参数选择，总是得不到合适的结果。我觉得我花的时间最多的实验还是实验一了，首先在设计具体电路原理图的时候花了很多时间，其次是在调试失真图形的时候。由于对书本知识的生疏，对输入电阻，输出电阻也不甚理解，只能按照步骤闷头苦做了。第一天的白天出了完成了截止失真，饱和失真和不失真的图形外基本毫无成果。晚上只好回去返工了，在翻阅了上学期常伴左右的模电书之后，终于恍然大悟，将白天的过程都重做了一遍，更换了合适的参数，选择了正确的静态工作点。多亏了对multisim软件的熟悉，做起来也是游刃有余了，就是在比较理论值

17、和测量值时还是有误差过大的问题存在。通过对三极管参数的重新测算才使误差有所减小了。经过了一个半天的努力，总算是把实验一完成了。分压偏置单管共射放大电路是最基本的放大电路，是我们在学习模电时候要求熟练掌握的，实验一帮助我复习了三极管的输入特性，输出特性，以及频率特性等各个基本的知识点。当完成了实验一以后，实验二就显得比较简单了，实验二可以说是在实验一的基础上构造的两级耦合放大电路，并且引入了电压串联负反馈。实验要求我们测算开环和闭环时的电压增益，输入电阻，输出电阻，频率特性，并让我们进行比较，就是让我们对负反馈电路有一个具体概念，负反馈可以提高电路的稳定性，对电路的基本参数都有影响，并且复习了深度负反馈的概念。实