EDA設(shè)計(jì) 914104480117 胡劍

1、 EDA設(shè)計(jì)（1）院系： 電光學(xué)院 班號： 9141044801 姓名： 胡劍 學(xué)號： 914104480117 指導(dǎo)教師： 吳少琴 實(shí)驗(yàn)日期： 2016.9 成績： 實(shí)驗(yàn)一：單級放大電路一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)整和測試方法。2.掌握放大電路的動態(tài)參數(shù)的測試方法。3.觀察靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇對輸出波形及電壓放大倍數(shù)的影響。二實(shí)驗(yàn)要求：1.設(shè)計(jì)一個分壓偏置的單管電壓放大路，要求電壓增益大于100，輸出電阻小于5k，帶寬大于500kHz.已知供電電源為12V，三極管型號為2N3904，負(fù)載電阻為10k。輸入信號為：頻率為10kHz，峰值1mV5mV的正弦信號。2.放大器指標(biāo)測量：在放

2、大器中輸入端接入正弦信號，調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(diǎn)（調(diào)節(jié)偏置電阻）,觀測電路輸出信號，使輸出波形不失真。在此狀態(tài)下測量：(1)電路靜態(tài)工作點(diǎn)值：(2)三極管的輸入、輸出特性曲線的Rbe、和Rce值；（3）電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益。（4）電路的頻率響應(yīng)曲線和Fh、fH值。3.觀測失真波形：調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(diǎn)（調(diào)節(jié)偏置電阻），觀察電路出現(xiàn)飽和失真和截止失真的輸出信號波形，并測試對應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)值。三設(shè)計(jì)原理圖如下四、實(shí)驗(yàn)工程與數(shù)據(jù)測量1、電壓增益由圖可知電壓增益Av=218.572.靜態(tài)工作點(diǎn)的確定與測量圖中可以看出靜態(tài)工作點(diǎn)IB=24.93A IC=3.91mA Vce=2.59V Vbe=

3、701.66mV=56.843.三極管的輸入輸出特性曲線（1）輸入特性曲線：（2）、輸出特性曲線（3）求Rbe和Rce由圖可知Rbe=dx/dy=1291K Rce=dx/dy=19.29K4.求輸入電阻電路圖和測試數(shù)據(jù)如下：由圖可知Ri=U/I=1.09K5.求輸出電阻電路圖和測試數(shù)據(jù)如下：可知Ro=U/I=1.81K6.電路的頻率特性曲線由圖可知，fL=49.35Hz,fH=16.76MHz 帶寬：16.767.失真時的參數(shù)測量（1）.飽和失真調(diào)節(jié)電位器至25%時得到飽和失真，由圖可得此時靜態(tài)工作點(diǎn)IB=52.45A IC=4.83mA Vce=156.94mV 飽和失真原因分析：當(dāng)靜態(tài)工

4、作點(diǎn)Q點(diǎn)過高時，輸入信號正半周期靠近峰值的某段時間晶體進(jìn)入飽和區(qū)，導(dǎo)致了Ic產(chǎn)生頂部失真，輸出電壓的負(fù)半周期被截止在一個固定的負(fù)電壓，產(chǎn)生底部飽和失真。(2)截止失真電位器調(diào)到最大(100%)后，截止失真任然不明顯。因此將電壓小信號峰值調(diào)到20mv，得到如下的截止失真圖形。由圖可得：Ib=12.66A ，Ic=1.96m，Vce=7.27V截止失真原因分析：當(dāng)Q點(diǎn)過低時，在輸入信號的負(fù)半周靠近峰值的某段時間內(nèi)，三極管be之間的總電壓小于其開啟電壓 Uon,晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。輸出電壓被截止在一個固定的正電壓，產(chǎn)生截止失真。8.數(shù)據(jù)表格9.誤差分析（1）.電壓增益Av 測量值：218.57 理論

5、值： 201.20 誤差：8.60%（2）.輸入電阻Ri 測量值：1.09 k 理論值：1.21k 誤差：9.91%（3）.輸出電阻Ro 測量值：1.81k 理論值：1.93k 誤差：6.21% 五實(shí)驗(yàn)反思與體會實(shí)驗(yàn)一考察了我們對分壓偏置的放大電路的掌握情況，通過軟件Mulitisim進(jìn)行元器件的放置和電路圖的設(shè)計(jì)對我來說是比較新的電路實(shí)驗(yàn)方法。由于對軟件的不熟悉，在實(shí)驗(yàn)前期我花了大量時間去熟悉軟件的使用方法和電路設(shè)計(jì)技巧。在放大電路設(shè)計(jì)方面我遇到的主要問題是如何將增益調(diào)到100以上。電路的設(shè)計(jì)完成后，對靜態(tài)工作點(diǎn)的測量很重要。后面需要用到工作點(diǎn)靜態(tài)的數(shù)據(jù)。讓我體會很深的是對Rbe和Rce的測

6、量。之前我一直不清楚怎么在電路中測試虛擬參數(shù)電阻，后來在老師的指導(dǎo)下才知道可以通過輸入輸出特性曲線來求。在細(xì)節(jié)處理方面我也有感觸，電路布線細(xì)節(jié)必須做好，否則就會導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)失敗，花費(fèi)大量時間重新布線。實(shí)驗(yàn)一讓我熟悉了放大電路的工作原理和失真情況。讓我初步熟悉了仿真軟件的使用，為之后的其他實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)二：差動放大電路設(shè)計(jì)與仿真一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握差動放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法。2 給出雙端輸入直流小信號時電路的AVD、AVD1、AVC、AVC1的值，并與理論值作比較。二、 實(shí)驗(yàn)要求1. 設(shè)計(jì)一個長尾式差動放大電路，要求空載時的AVD 大于20。 尾部公共電阻REE取10k。2. 測

7、試電路兩個三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)值和以及在該靜態(tài)工作點(diǎn)的、rbe、rce的值。3. 空載下給電路分別輸入差模和共模直流小信號，分別測試電路的雙端輸出的差模增益AVD 、單端輸出的差模增益AVD1 、雙端輸出的共模增益AVC 以及單端輸出的共模增益AVC1值。三、 設(shè)計(jì)原理圖四、 實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)測量1. 靜態(tài)工作點(diǎn)測量由圖可得IB= 4.16A IC=549.51A VCE=7.15V =132.092. 三極管的Rbe和Rce測量輸入特性曲線如下：輸出特性曲線如下：數(shù)據(jù)詳情如下圖：由以上兩圖可得 Rbe=dx/xy= 235.96KHz Rce=dx/dy= 146.84k3 求電路雙端輸入直流小

8、信號時各項(xiàng)電壓增益。（1） 單端共模增益Avc1電路如下：由圖可得，Avc1=-0.498（2） 雙端共模增益Avc，測量電路如下由圖可得：Avc=0(3)單端差模增益Avd1電路圖如下：由圖可得。Avd1=-8.97（4）雙端差模增益Avd電路圖如下：由圖可得，Avd=35.834、誤差分析（1）單端共模電壓增益Avc1測量值：-0.50 理論值： - *R2/Rbe+(+1)*2Ree=-誤差：（2）雙端共模電壓增益Avc測量值：0 理論值：0誤差為0（3）單端差模電壓增益Avd1測量值： -8.97 理論值：-*R2/2(Rbe+R1)誤差：(4)雙端差模電壓增益Avd測量值:-35.8

9、3 理論值：-*R2/(Rbe+R1)=-34.54誤差：3.73%五、 數(shù)據(jù)表格六、 實(shí)驗(yàn)感受與體悟差動電路是我在學(xué)習(xí)模電時的困難點(diǎn)，我在做這個實(shí)驗(yàn)時也遇到了許多問題。在解決這些問題的過程中，我體會到了仔細(xì)思考帶來的收獲。我遇到的主要問題是在進(jìn)行單端共模和單端差模的測量。我之前不清楚單端具體怎么實(shí)現(xiàn)，在差模和公模的區(qū)分上也不清楚。在經(jīng)過查閱模電書和詢問同學(xué)后，我解決了這個問題。誤差分析也是一個重要的過程，計(jì)算理論值時務(wù)必計(jì)算小心。因?yàn)檫@直接影響到實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和可信度。實(shí)驗(yàn)三：負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì)與仿真一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握兩種耦合方式的多級放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試。2. 掌握多級放大電路的

10、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的測試放法。3. 了解反饋對電壓增益、輸入輸出電阻以及非線性失真的影響。二、 實(shí)驗(yàn)要求1. 設(shè)計(jì)一個阻容耦合兩級電壓放大電路，要 求信號源頻率10kHz(有效值1mv)，負(fù)載電阻 10k，電壓增益在100200倍之間。2. 給電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋：測試負(fù)反饋接入前后電路的放大倍數(shù)、輸入、輸出電阻和頻率特性。改變輸入信號幅度，觀察負(fù)反饋對電路非線性失真的影響。三、 實(shí)驗(yàn)過程1.設(shè)計(jì)原理圖如下無負(fù)反饋2.未接負(fù)反饋的電路放大倍數(shù)可得電壓增益Av=145.203. 接入負(fù)反饋后電路的放大倍數(shù)可得電壓增益Av=24.454. 求接入負(fù)反饋后輸入輸出電阻由圖可知輸入電阻

11、Ri=22.72k由圖可知輸出電阻Ro=0.27k5. 求未接入負(fù)反饋電路的輸入輸出電阻。由圖可知輸入電阻Ri=20.32k由圖可知輸出電阻Ro=22.72k6. 求反饋系數(shù)F，并驗(yàn)證Af=1/FF=25.70 1/F=0.039由上可知Av=24.45 Af=1/Av=0.040所以Af=1/F是成立的7. 頻率特性曲線和fL、fH。不接入負(fù)載時fL=812.67HzfH=389.54KHz接入負(fù)反饋時fL=156.80HzfH=3.03MHz8. 最大不失真時的輸入信號幅度由圖可知不介入反饋時最大不失真幅度為8.5mv由圖可知接入負(fù)反饋時最大不失真幅度為45mv四、 數(shù)據(jù)表格五、 實(shí)驗(yàn)感受

12、與體悟負(fù)反饋放大電路的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)反饋類型。這次我們選擇的是電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。電路設(shè)計(jì)中主要問題集中在元器件數(shù)值的選擇上。若要結(jié)果滿足實(shí)驗(yàn)要求，即電壓增益要在100到200之間。經(jīng)過我多次的修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終確認(rèn)好電壓增益在150左右，滿足實(shí)驗(yàn)條件。輸出電阻的測量也遇到了問題，在電路的改動上我出現(xiàn)了疑惑。本次實(shí)驗(yàn)最大的體悟就在于設(shè)計(jì)電路時歌元器件之間的關(guān)系和元器件數(shù)值的設(shè)計(jì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。這將有利于我對電路的理解。實(shí)驗(yàn)四：階梯波發(fā)生器電路的設(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)生器電路的工作原理3. 學(xué)習(xí)復(fù)雜的集成運(yùn)算放大電路的設(shè)計(jì)。二、 實(shí)驗(yàn)要求

13、1 設(shè)計(jì)一個能產(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，階梯個數(shù)4個。（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定時器、D/A轉(zhuǎn)換等數(shù)字器件，也不可選用虛擬器件。）2 對電路進(jìn)行分析測試和調(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、 設(shè)計(jì)原理和工作原理首先由一個方波電路產(chǎn)生，其次，經(jīng)過微分電路輸出得到上、下都有的尖脈沖，然后經(jīng)過限幅電路，只留下所需的正脈沖，在通過積分電路后，因脈沖作用時間很短，積分器輸出就是一個負(fù)階梯。對應(yīng)一個尖脈沖就是一個階梯，在沒有尖脈沖時，積分器的輸出

14、不變，在下一個尖脈沖到來時，積分器在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)行積分，因此，積分器就起到了積分和累加的作用。當(dāng)積分器累加到比較器的比較電壓，比較器翻轉(zhuǎn)，比較器輸出正值電壓，使震蕩控制電路起作用，方波停振。同時，這正值電壓使電子開關(guān)導(dǎo)通，時積分電容放電，積分器輸出對地短路，恢復(fù)到起始狀態(tài)，完成一次階梯波輸出。積分器輸出負(fù)值向零跳變的過程，又使比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，比較器輸出變?yōu)樨?fù)值，這樣振蕩控制電路不起作用，方波輸出，同時使電子開關(guān)截止，積分器進(jìn)行積分累加，如此循環(huán)往復(fù)，就完成了一系列階梯波。原理圖如下：四、 實(shí)驗(yàn)過程1. 方波電路（首先設(shè)計(jì)電路產(chǎn)生方波，使用一個運(yùn)算放大器構(gòu)成滯回比較器。調(diào)整電容改變方波的周期使

15、其達(dá)到6ms左右。）2. 微分電路3. 濾波電路 4.積分電路 調(diào)節(jié)C3和R4使得下降階梯個數(shù)增多，如下圖5.階梯波電路由圖可得周期為20.27ms，壓降為9.34v將三極管由2N3824替換為2N3955后得到如下圖像6.兩個三極管的特性曲線更換后的三極管2N3955的接法如下進(jìn)行直流掃描，調(diào)節(jié)合適的掃描范圍、增量。得到如下特性曲線可得IDSS2=3.2996mA同理，更換前的三極管掃描圖像如下：由圖可得 2N3824的IDSS1=2.099mA五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與分析1.調(diào)節(jié)電路中哪些元器件可以改變階梯波的周期答：階梯波的周期和方波的周期相關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，方波的一個周期等于一個臺階的周

16、期。所以可以通過改變方波的周期調(diào)整階梯波的周期，可以調(diào)節(jié)R1、R2、R3、R9和C1的值。2.調(diào)節(jié)電路中哪些元器件可以改變階梯波的輸出電壓范圍。 答：（1）可以改變方波的閥值電壓，所以可以調(diào)節(jié)R1、R2、R3、R9和C1的值。（2）積分電路的電阻和電容可以影響到輸出電壓的值，所以可以調(diào)節(jié)C3和R4的值。（3）改變比較器上的電阻R6、R7、R8的值。3.調(diào)節(jié)電路中哪些元器件值可以改變階梯波的階梯個數(shù)。 可以通過改變C3和R4的值以改變階梯波個數(shù)。六、實(shí)驗(yàn)感受與體悟?qū)嶒?yàn)四是整個EDA實(shí)驗(yàn)中最具難度和挑戰(zhàn)性的一個實(shí)驗(yàn)，這是一個考察學(xué)生綜合能力的實(shí)驗(yàn)。包括了許多電路的設(shè)計(jì)，一個階梯波電路的需要很多小電路的合成。包括方波電路、微分電路、濾波電路、積分電路和階梯波電路的組合。這些電路的設(shè)計(jì)對我來說都是比較困難的，在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題。這些問題大多數(shù)都在于電路的組合和連接。在方波電路的設(shè)計(jì)過程中，我的電路總是出現(xiàn)不了方波電路。后來在老師的指導(dǎo)下，才修正了電路。完成了第一步，后面的幾個電路也比較容易的設(shè)計(jì)出來了。在實(shí)驗(yàn)問題的回答上，我改動了很多元器件的值去調(diào)試其對階梯波電路的影響。結(jié)論： 經(jīng)過本次EDA實(shí)驗(yàn)，讓我重新學(xué)習(xí)掌握了