eda設(shè)計(jì)報(bào)告-單級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)與仿真.doc

EDA設(shè)計(jì)（I）實(shí)驗(yàn)報(bào)告院系： 專業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)老師：實(shí)驗(yàn)一 單級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)與仿真一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測(cè)試方法。2. 觀察靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇對(duì)輸出波形的影響。3. 掌握電路輸入電阻、輸出電阻的測(cè)試方法。4. 觀察電路的頻率響應(yīng)曲線以及掌握電路上、下限頻率的測(cè)試方法。二實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)三極管工作在放大區(qū)時(shí)具有電流放大作用，只有給放大電路中的三極管提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)才能保證三極管工作在放大區(qū)，如果靜態(tài)工作點(diǎn)不合適，輸出波形則會(huì)產(chǎn)生非線性失真飽和失真和截止失真，而不能正常放大。當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在合適的位置時(shí)，即保證三極管在交流信號(hào)的整個(gè)周期均工作在放大區(qū)時(shí)，三極管有電流放大特性。通過(guò)適當(dāng)?shù)耐饨与娐?，可?shí)現(xiàn)電壓放大。表征放大電路放大特性的交流參數(shù)有電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。由于電路中有電抗組件電容，另外三極管中的PN結(jié)有等效電容存在，因此，對(duì)于不同頻率的輸入交流信號(hào)，電路的電壓放大倍數(shù)不同，電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系定義為頻率特性，頻率特性包括：幅頻特性即電壓放大倍數(shù)的幅度與頻率的關(guān)系；相頻特性即電壓放大倍數(shù)的相位與頻率的關(guān)系。三實(shí)驗(yàn)要求1）設(shè)計(jì)一個(gè)分壓偏置的單管電壓放大電路，要求信號(hào)源頻率5kHz(幅度1mV) ，負(fù)載電阻5.1k，電壓增益大于50。2）調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(diǎn)(調(diào)節(jié)電位計(jì))，觀察電路出現(xiàn)飽和失真和截止失真的輸出信號(hào)波形，并測(cè)試對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)值。3）加入信號(hào)源頻率5kHz(幅度1mV) ，調(diào)節(jié)電路使輸出不失真，測(cè)試此時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)值。測(cè)電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益；4）測(cè)電路的頻率響應(yīng)曲線和、值。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1. 設(shè)計(jì)一個(gè)分壓偏置的單管電壓放大電路，要求信號(hào)源頻率5kHz(幅度1mV) ，負(fù)載電阻5.1k，電壓增益大于50。單級(jí)放大的設(shè)計(jì)原理圖如下：若把調(diào)節(jié)電位器的大小，從而使電路具有不同的靜態(tài)工作點(diǎn)，則從與節(jié)點(diǎn)4相連的示波器上可以觀察到飽和失真、截止失真、不失真三種不同的現(xiàn)象。.飽和失真現(xiàn)象調(diào)小電位器R5，為了看到波形的飽和失真現(xiàn)象,增大信號(hào)源電壓為20mV，在示波器可以看到波形如下：此時(shí)電路靜態(tài)工作點(diǎn)如下：由圖可得，靜態(tài)工作點(diǎn)處于飽和區(qū)，其波形的下半部被削去一塊，產(chǎn)生飽和失真。.截止失真調(diào)大電位器R5，為了看到波形的截止失真現(xiàn)象,增大信號(hào)源電壓為20mV，可以看到波形如下:其直流靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果如下：從儀表中可以讀出: ,靜態(tài)工作點(diǎn)處于截止區(qū)，其波形的上半部被削去一塊，產(chǎn)生截止失真。.不失真的正常工作狀態(tài)下調(diào)節(jié)電位器，使之產(chǎn)生的輸出波形有最大幅值且不失真，多次試驗(yàn)下，觀察到當(dāng)電位器為40%時(shí)，產(chǎn)生的波形最大且不失真，其波形如下：其靜態(tài)工作點(diǎn)的分析結(jié)果如下：從分析結(jié)果可以得出，此時(shí),其靜態(tài)工作點(diǎn)處于放大區(qū)，輸出波形沒(méi)有產(chǎn)生失真。 2.測(cè)量輸入電阻、輸出電阻和電壓增益.輸入電阻的測(cè)量在原來(lái)的原理圖的輸入端上，串聯(lián)入一個(gè)交流電流表，并在交流信號(hào)源兩邊并聯(lián)交流電壓表，根據(jù)交流表讀出的示數(shù)，可以計(jì)算出電路的輸入電阻。此時(shí)電流表的讀數(shù)為0.253383 uA，電壓表讀數(shù)為999.9974uV。輸入電阻的理論值：相對(duì)誤差：*100%=4.4%.輸出電阻的測(cè)量在原來(lái)原理圖的基礎(chǔ)上，把信號(hào)源短路，負(fù)載開(kāi)路，并在負(fù)載端接入信號(hào)源和交流電流表，此時(shí)電壓表示數(shù)為19.999mV,電流表的讀數(shù)為8.791uA，可以得到：輸出電阻的理論值：認(rèn)為為無(wú)窮大，則=2.4K輸出電阻的相對(duì)誤差：*100=5%由此可知實(shí)際值與理論值相差不大，誤差可能是由于忽略引起的。.電壓增益的測(cè)量由電壓表可知電壓增益的理論值為：電壓增益的相對(duì)誤差為：2.4%3.幅頻相頻特性曲線對(duì)電路圖的節(jié)點(diǎn)4進(jìn)行交流分析，得到的結(jié)果如下圖，由圖中數(shù)據(jù)可知：在中頻段，節(jié)點(diǎn)4的大小約為60左右，由此可以得到近似的下限和上限截止頻率為：五.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析從靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試情況可以看出，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)的信號(hào)源的電壓幅值維持在1mV左右時(shí)，調(diào)節(jié)電位器從示波器中很難觀察到飽和失真與截止失真的波形，因此考慮增大信號(hào)源電壓20mV進(jìn)行觀測(cè)。從三極管的參數(shù)上可以查到，三極管的放大系數(shù)的理論值是300，而本次實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果測(cè)試出來(lái)的值為150，與理論值的誤差50%。我認(rèn)為由于三極管的放大系數(shù)本身也會(huì)隨著結(jié)溫的變化而變化，故今后在使用三極管的時(shí)候，不應(yīng)該僅僅只看其手冊(cè)上的放大系數(shù)來(lái)做計(jì)算，而應(yīng)該讓三極管工作在一個(gè)環(huán)境中，去實(shí)際測(cè)試它的工作狀態(tài)下的放大系數(shù)，這樣使用起來(lái)才比較準(zhǔn)確。再者，在計(jì)算電壓增益的時(shí)候，本次實(shí)驗(yàn)沒(méi)有考慮三極管的輸出電阻，把其當(dāng)作無(wú)窮大的電阻予以忽略，并沒(méi)有帶來(lái)很大誤差，說(shuō)明遠(yuǎn)大于,若誤差較大的話，需要將考慮進(jìn)去。實(shí)驗(yàn)二 負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì)與仿真一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?） 掌握阻容耦合方式構(gòu)成的兩級(jí)放大電路的工作原理2） 掌握負(fù)反饋電路的工作原理3） 掌握兩級(jí)放大電路的電壓增益、輸入電阻、輸出電阻、頻率特性曲線的測(cè)量方法、了解負(fù)反饋引入前后對(duì)于電路工作狀態(tài)的影響二實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于電子系統(tǒng)，在輸入信號(hào)一定時(shí)，要求輸出信號(hào)是穩(wěn)定的，但由于各種因素的影響，輸出信號(hào)會(huì)發(fā)生不應(yīng)有的變化。因此，需要設(shè)法將輸出信號(hào)的變化送回到輸入回路，讓輸入信號(hào)根據(jù)輸出量的變化作調(diào)整，以保持輸出量的穩(wěn)定，這一過(guò)程就是“回饋”。將輸出量（電壓、電流）的一部分或全部通過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò)回饋到輸入回路的過(guò)程，稱為回饋。負(fù)責(zé)饋送輸出信號(hào)變化量的元器件和線路構(gòu)成回饋網(wǎng)絡(luò)；它們的作用是對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采樣量(回饋信號(hào))送回輸入回路；它們的位置特點(diǎn)是既屬于輸入回路，又屬于輸出回路，或者跨接在輸入和輸出回路之間。負(fù)反饋引入后對(duì)電路的影響如下：放大電路增益的穩(wěn)定性提高后，在輸入量一定時(shí)，就可得到較穩(wěn)定的輸出。由于增益帶寬積是不變的，負(fù)反饋放大電路可以擴(kuò)展通頻帶。而如果信號(hào)輸出發(fā)生了失真，失真的回饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)產(chǎn)生相反的失真，即又可以從而彌補(bǔ)了放大電路本身的非線性失真。直流負(fù)反饋能穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，串聯(lián)負(fù)反饋使得輸入電阻升高，并聯(lián)負(fù)反饋使得輸入電阻減小。電壓負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電壓，使得輸出電阻減小；電流負(fù)反饋能夠穩(wěn)定輸出電流，使得輸出電阻增大。三.實(shí)驗(yàn)要求1）給出兩級(jí)放大電路的電路原理圖。2）對(duì)電壓串聯(lián)深負(fù)反饋電路，還需給出負(fù)反饋接入前后電路的頻率特性和fL、fH值，以及輸出開(kāi)始出現(xiàn)失真時(shí)的輸入信號(hào)幅度。3）對(duì)電壓串聯(lián)深負(fù)反饋電路，給出負(fù)反饋接入前后電路的放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻，并驗(yàn)證AF=1/F 。4）分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。四.實(shí)驗(yàn)步驟與過(guò)程1. 設(shè)計(jì)一個(gè)阻容耦合兩級(jí)電壓放大電路，要求信號(hào)源頻率10kHz(幅度1mv) ，負(fù)載電阻1k，能不失真放大符合要求的交流信號(hào)，且電壓增益大于100。電路圖如下：從示波器上觀察到不失真圖形如下：2.負(fù)反饋接入前電路的工作狀態(tài).測(cè)量電路的放大系數(shù)如圖：放大倍數(shù)：=414.6. 測(cè)量電路的輸入電阻在輸入端串入一個(gè)交流電壓表，在信號(hào)源兩邊并聯(lián)交流電壓表，根據(jù)仿真結(jié)果可得：.測(cè)量電路的輸出電阻信號(hào)源短路，把負(fù)載開(kāi)路，在負(fù)載端連入一個(gè)交流電壓表和交流信號(hào)源，如圖所示，可得：.頻率特性對(duì)節(jié)點(diǎn)9進(jìn)行交流分析，得到結(jié)果如圖。由圖可得：.臨界失真信號(hào)調(diào)節(jié)信號(hào)源的幅值，從示波器上觀察其峰值，在當(dāng)信號(hào)源的峰值到1.8mV的時(shí)候，波形出現(xiàn)了失真。3.負(fù)反饋接入后電路的工作情況.測(cè)量電路的放大系數(shù)閉合開(kāi)關(guān)，用交流電壓表測(cè)出，如圖：由圖可得:=999.962uV=992.974uV從數(shù)據(jù)上可以看出，電路工作在深度負(fù)反饋的條件下，因此=2.835. 測(cè)量電路的輸入電阻在輸入端串入一個(gè)交流電流表，在信號(hào)源兩端并聯(lián)一個(gè)交流電壓表。根據(jù)仿真結(jié)果可得：.測(cè)量電路的輸出電阻信號(hào)源短路，把負(fù)載開(kāi)路，在負(fù)載端連入一個(gè)交流電壓表和交流信號(hào)源，如圖所示，可得：.頻率特性對(duì)節(jié)點(diǎn)9進(jìn)行交流分析，得到結(jié)果如圖。由于引入了負(fù)反饋，頻率特性曲線發(fā)生了變化，由圖中可得：.臨界失真信號(hào)調(diào)節(jié)信號(hào)源的幅值，從示波器上觀察其波形，在當(dāng)信號(hào)源的峰值到150mV的時(shí)候，波形出現(xiàn)了失真。五.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析回饋引入前回饋引入后輸入電阻7.33k59.9k輸出電阻2.02k25放大倍數(shù)414.62.835下限截止頻率491Hz上限截止頻率552kHz臨界失真信號(hào)1.8mV150mV引入負(fù)反饋后，對(duì)于電路的工作狀態(tài)產(chǎn)生了很大的影響。電路放大倍數(shù)大大減小，同時(shí)，串聯(lián)電壓負(fù)反饋能夠使輸出電阻大大減小，輸入電阻大大增大，同時(shí) 穩(wěn)定輸出電壓。由于增益帶寬積是不變的，負(fù)反饋放大電路可以擴(kuò)展通頻帶。而如果信號(hào)輸出發(fā)生了失真，失真的回饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)產(chǎn)生相反的失真，即又可以從而彌補(bǔ)了放大電路本身的非線性失真。如果用該反饋電路作為輸入端時(shí)，那么增大輸入電阻就會(huì)使得對(duì)于電路獲得更大分壓。輸出的如果是電壓信號(hào)，那么引入一個(gè)電壓負(fù)反饋能降低輸出電阻，使得負(fù)載上可以得到更多的分壓。當(dāng)電路需要在更高的頻率下工作時(shí)，引入負(fù)反饋可以擴(kuò)展帶寬，使得電路工作于正常放大區(qū)。而且，對(duì)于電子系統(tǒng)，在輸入信號(hào)一定時(shí)，要求輸出信號(hào)是穩(wěn)定的，但由于各種因素的影響，輸出信號(hào)會(huì)發(fā)生不應(yīng)有的變化。因此，將輸出信號(hào)的變化送回到輸入回路，讓輸入信號(hào)根據(jù)輸出量的變化作調(diào)整，以保持輸出量的穩(wěn)定。即通過(guò)負(fù)反饋電路可以不失真情況下對(duì)應(yīng)的幅值大大增加，這一點(diǎn)有時(shí)是十分有必要的。因此，在某些特定的情況下，根據(jù)不同的情況，引入不同的回饋，可能對(duì)于電路的工作狀態(tài)產(chǎn)生很多改善，這點(diǎn)在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)應(yīng)用中可能會(huì)有很大的幫助。實(shí)驗(yàn)三 階梯波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?） 掌握階梯波發(fā)生器電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2） 掌握階梯波發(fā)生器電路中各組件的作用3） 掌握階梯波發(fā)生器電路的工作原理二. 實(shí)驗(yàn)要求1）設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在20ms左右，輸出電壓范圍10V，階梯個(gè)數(shù)5個(gè)。(注意：電路中均采用模擬、真實(shí)器件，不可以選用計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器、D/A轉(zhuǎn)換器等數(shù)字器件，也不可選用虛擬器件。)2）對(duì)電路進(jìn)行分段測(cè)試和調(diào)節(jié)，直至輸出合適的階梯波。3）改變電路元器件參數(shù)，觀察輸出波形的變化，確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件。三.實(shí)驗(yàn)原理為了設(shè)計(jì)一個(gè)負(fù)階梯波的發(fā)生器，首先必須先產(chǎn)生一個(gè)方波。把方波的信號(hào)輸入到微分電路，從微分電路的輸出端就可以得到周期性的尖脈沖。通過(guò)一個(gè)限幅電路后，只留下正的尖脈沖。這個(gè)真的尖脈沖通過(guò)積分電路，便可以實(shí)現(xiàn)累加而輸出一個(gè)負(fù)階梯。對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖就是一個(gè)負(fù)階梯，在沒(méi)有尖脈沖的時(shí)候，積分器保持輸出不變，在下一個(gè)尖脈沖來(lái)臨的時(shí)候，積分器在原來(lái)的值上積分，因此，通過(guò)積分器的積分和累加，使得輸出波形為一個(gè)負(fù)階梯。在負(fù)階梯的輸出端設(shè)計(jì)一個(gè)比較器，輸出值達(dá)到這個(gè)比較電位的時(shí)候，比較器的輸出端便翻轉(zhuǎn)，輸出一個(gè)正電壓。這個(gè)正電壓使得電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，積分電容放電，積分器輸出對(duì)地短路，復(fù)位，完成一個(gè)周期的輸出。如此循環(huán)，便形成了一系列的階梯波。其原理圖如下：四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟.方波發(fā)生器原理圖28其輸出波形如下圖：.微分電路工作原理圖其輸出波形如下：從實(shí)驗(yàn)原理圖和示波器波形圖中可以看出：經(jīng)過(guò)微分電路，得到一個(gè)有尖脈沖的波形。.限幅電路工作原理圖從實(shí)驗(yàn)原理圖和示波器波形圖中可以看出：經(jīng)過(guò)限幅電路，得到一個(gè)只有正尖脈沖的波形。.積分累加電路原理圖其輸出波形如下：從實(shí)驗(yàn)原理圖和波形圖可以看出：經(jīng)過(guò)積分累加電路，波形的輸出發(fā)生累加，產(chǎn)生了階梯波。.階梯波發(fā)生器原理圖其輸出波形如下：由示波器的波形圖中可以看出：一個(gè)周期內(nèi)，階梯的個(gè)數(shù)為5個(gè)，周期約為20ms，輸出電壓范圍約10V左右，符合實(shí)驗(yàn)要求。五實(shí)驗(yàn)分析階梯波的周期是由方波發(fā)生器的參數(shù)決定的，改變電路中這些組件的參數(shù)，便可以改變方波發(fā)生器的周期，從而改變階梯波的周期。電路中的輸出范圍是由滯回比較器的門限電壓來(lái)決定的。的大小及電壓源的大小決定了翻轉(zhuǎn)電壓，調(diào)節(jié)這三個(gè)組件的值即可以調(diào)節(jié)輸出電壓范圍。如圖，其下限電壓為：上門限電壓為：實(shí)驗(yàn)總結(jié)在上學(xué)期學(xué)習(xí)完模擬電子線路后，本次的EDA實(shí)驗(yàn)就是對(duì)所學(xué)知識(shí)的最好的一次擴(kuò)展和演練。這次實(shí)驗(yàn)不僅僅加深了我對(duì)單級(jí)放大電路，深度負(fù)反饋及波形產(chǎn)生電路的理解，此外，在以往在學(xué)習(xí)模擬電子的時(shí)候大多只是對(duì)現(xiàn)成的電路進(jìn)行分析，而本次EDA實(shí)驗(yàn)則要求自己選擇適合的元器件，再把適合的元器件一一連接起來(lái)。從這次實(shí)驗(yàn)中，得到的最大的收獲便是元器件的選用這個(gè)環(huán)節(jié)。在學(xué)完模電之后我們應(yīng)該具有這樣的能力，能夠自己實(shí)際去設(shè)計(jì)，去選用，并且去調(diào)試出所需要的東