EDA課程設計(模電部分)

1、；.EDA設計實驗報告院 系： 專 業(yè)： 姓 名： 學 號：完成時間：2010.09目 錄實驗一 單級放大電路················3實驗二 負反饋放大電路··············10實驗三 階梯波發(fā)生器·······

2、;·········16實驗一 單級放大電路要求：1. 給出單級放大電路原理圖。2. 給出電路飽和失真、截止失真和不失真且信號幅度最大時的輸出信號波形圖，并給出三種狀態(tài)下電路靜態(tài)工作點值。3. 給出測試三極管輸入、輸出特性曲線和b 、 rbe 、rce值的實驗圖，并給出測試結果。4. 給出測量輸入電阻、輸出電阻和電壓增益的實驗圖，給出測試結果并和理論計算值進行比較。5. 給出電路的幅頻和相頻特性曲線，并給出電路的fL、fH值。6. 分析實驗結果。1、 放大電路原理圖2、 三種工作狀態(tài)下的輸出波形及靜態(tài)工作

3、點（1）飽和失真飽和失真時的輸出波形圖滑動變阻器取800歐姆時輸出波形飽和失真，輸出波形如下：此時該放大電路的靜態(tài)工作點為：故 Ube=V(1)-V(4)=0.671V Ib=129.96uA Uce=V(5)-V(4)=0.201V Ic=8.53mA(2)截止失真當滑動變阻器取8千歐姆時，輸出波形截止失真：此時該電路的靜態(tài)工作點為：故 Ube=V(1)-V(4)=0.609V Ib=9.944uA Uce=V(5)-V(4)=10.575 V Ic=599.392uA(3)最大不失真經過調整比較，得出當滑動變阻器取2千歐姆時，該放大電路有最大不失真輸出：T2-（-T1）=1.748mV ,

4、在誤差允許范圍之內。此時該放大電路的靜態(tài)工作點為：故 Ube=V(1)-V(4)=0.65V Ib=43.817uA Uce=V(5)-V(4)=5.39V Ic=5.496mA3、 三極管的相關參數及輸入輸出特性曲線（1） 三極管的輸入特性曲線測試電路圖如下：利用直流掃描分析（DC sweep）作出輸入特性曲線如下：（2）輸出特性曲線測試電路如下：同樣利用直流掃描分析，作出其輸出特性曲線如下：（3） 值、rbe和rce的測算 根據值的定義，=Ic/Ib,故取輸出特性曲線上的中間5條計算得= Ic/Ib=（6.2189-1.0829）/4*100=128.4rce=Uce/Ic，即為輸出特性曲

5、線的放大區(qū)斜率的倒數故rce=Uce/Ic=12.44Krbe=Ube/Ib,根據輸入特性曲線，其值為曲線斜率的倒數故rbe=Ube/Ib=600 4、 輸入輸出電阻及電壓增益（1） 輸入電阻測量 在輸入端并上交流電壓表，串入交流電流表，測得結果如下： 故輸入電阻Ri=Ui/Ii=335 （2） 輸出電阻測量在輸出端斷開負載，加上信號源，并上交流電壓表，串入交流電流表，測得結果如下： 故輸出電阻Ro=Uo/Io=570（3） 電壓增益測量 在輸入輸出端分別并上交流電壓表，測得結果如下： 故電壓增益Au=Uo/Ui=100.65 滿足設計要求（4） 與理論值比較根據單級放大電路的微變等效模型，有

6、Ri=Rb1Rb2rbe=250,與測量值基本吻合；同理，Ro=Rc=600,與測量值570基本相等；Au=(RcRl)/rbe=105,與測算值100.65相差無幾，證明了理論的正確性。5、 幅頻相頻特性曲線及fL、fH值（1） 利用multisim中提供的交流掃描分析工具，進行幅頻相頻分析，得其幅頻相頻特性曲線如下：（2） 利用圖上自帶的標尺，讀出幅度為最大幅度的0.707倍時的對應頻率，即為fL、fH值。得fL=306Hz，fH=30.3MHz，即為所求結果。6、 分析實驗結果 根據以上實驗數據和相關截圖，可以大致得出以下結論：（1） 當發(fā)射結正偏、集電結反偏時，三極管工作在放大狀態(tài)，此

7、時Ic/Ib為一恒定值。當Uce約等于1/2Vcc時，且輸入信號幅度合適，電路有最大不失真輸出。（2） 當發(fā)射結正偏、集電結正偏時，三極管工作在飽和狀態(tài)，此時Uce約等于零；當發(fā)射結和集電結都反偏時，三極管工作在截止狀態(tài)，此時Uce有最大管壓降。（3） 從測得的輸入輸出特性曲線得出的理論值與相關測算值的比較可以看出，當輸入信號幅度相對較小，放大電路的等參數近似不變，可以利用三極管微變等效電路進行分析，結果與實際吻合的很好。（4） 對于共發(fā)射極放大電路，若輸入信號幅度過大或電路的靜態(tài)工作點設置不合理，會出現輸出波形削頂的截止失真和削底的飽和失真。（5） 分壓偏置的共射放大電路，輸入電阻較小，輸出

8、電阻較大，電路放大倍數較大，但電壓增益受負載影響較大。（6） 由以上頻幅特性分析可知，該放大電路的頻帶較寬，適用于中頻放大，但輸出波形與輸入波形相位相反。實驗二 負反饋放大電路要求：1. 給出引入電壓串聯(lián)負反饋電路的實驗接線圖。2. 給出兩級放大電路的電路原理圖。3. 給出負反饋接入前后電路的放大倍數、輸入電阻、輸出電阻，并驗證AF»1/F。4. 給出負反饋接入前后電路的頻率特性和fL、fH值，以及輸出開始出現失真時的輸入信號幅度。5. 分析實驗結果。1、引入反饋的兩級放大電路實驗圖由單級放大電路的結果及相關數據，利用電容將兩個單級放大電路耦合，構成兩級放大電路。同時，將輸出端電壓通

9、過電阻引回間接輸入端，構成電壓串聯(lián)負反饋。具體電路設計如下：2、反饋前后的輸入輸出電阻及放大倍數（1）輸入電阻在電路輸入端串入交流電流表，分別測量開關閉合與斷開時的輸入電阻:開關斷開，沒引入負反饋時的輸入電壓和電流 故未反饋輸入電阻為：Ri=1.45k 開關閉合，引入反饋時的輸入電壓和電流 故反饋輸入電阻為：Rif=2.07k（2）輸出電阻去掉負載和信號源，在輸出端加入信號源，并上交流電壓表，串入交流電流表開關斷開，沒引入負反饋時的輸出電壓和電流 故未反饋輸出電阻為：Ro=560開關閉合，引入反饋時的輸出電壓和電流 故反饋輸出電阻為：Rof=28（3）電壓增益未反饋時的輸入輸出電壓為 故未反饋

10、電壓增益為：Au=1084引入反饋時的輸入輸出電壓為： 故反饋電壓增益為：Auf=135（4）驗證Auf»1/F由以上電路圖可知1/F=(1500+10)/10=151由測量結果知Auf=135»151,故結論成立。3、反饋前后電路頻幅特性及最大不失真輸入信號幅度（1）反饋前電路頻幅特性反饋前，電路頻幅特性如下：其截止頻率數據如下： 故fL=97Hz ， fH=1.05MHz（2）反饋后電路頻幅特性反饋后電路頻幅特性如下其截止頻率數據如下：故fL=154Hz ， fH=10.41MHz（3）最大不失真輸入幅度未接入反饋時，調節(jié)輸入信號幅度，觀察輸出，當輸出恰好出現失真時，其

11、輸出波形如下：此時電路的輸入信號幅度為3.2mV接入反饋時，調節(jié)輸入信號幅度，當有最大不失真幅度時，輸出波形為：此時電路的輸入信號幅度為18.3mV4、實驗結果分析由以上實驗結果及數據，大致可以得出如下結論：（1） 反饋的類型是由反饋的量是電流還是電壓決定，反饋的組態(tài)是看反饋量是否直接引回輸入端，判斷反饋的正負可采用瞬時極性法；（2） 串聯(lián)組態(tài)反饋增加電路的輸入電阻，電壓反饋減小輸出電阻，負反饋減小電路的放大倍數，但會增加放大電路的穩(wěn)定性；（3） F=Xf/Xo,當AF>>1時，Auf»1/F，此時該放大電路進入深度負反饋，輸入信號幾乎全部由反饋信號提供；（4） 負反饋電

12、路增加了放大電路的通頻帶，提高了電路的放大穩(wěn)定性，使輸入信號的最大不失真幅度增大，有效抑制了反饋環(huán)內的非線性失真；（5） 負反饋又可分為交流負反饋和直流負反饋。交流負反饋穩(wěn)定放大倍數和改變輸入輸出電阻，直流負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點。實驗三 階梯波發(fā)生器要求：1. 給出階梯波發(fā)生器實驗原理圖，圖中器件均要有型號和參數值標注。2. 介紹電路的工作原理。3. 給出電路的分段測試波形和最終輸出的階梯波，并回答以下問題： (a) 調節(jié)電路中那些元器件值可以改變階梯波的周期？ (b) 調節(jié)電路中那些元器件值可以改變階梯波的輸出電壓范圍？1、 階梯波發(fā)生器原理圖依據所學知識和相關原理以及所給元件設計總電路如下：

13、2、 介紹電路的工作原理 該階梯波發(fā)生電路的原理框圖如下：依據框圖原理，分別設計各功能模塊的電路如下：（1） 方波發(fā)生電路利用集成運放構成比較器，其反相輸入端并接電容，正相輸入端接電阻分壓，提供恒定的比較電壓。利用電容的充放電，從而實現比較器輸出電位的翻轉，也就輸出了方波。其中穩(wěn)壓二極管保證輸出恒幅方波，調節(jié)電容值，可以調節(jié)輸出方波的頻率。電路如下：輸出波形如下：從輸出波形可以看出，電容充放電，當電位超過門限電壓時，運放輸出電壓就會發(fā)生翻轉，電路也就產生持續(xù)輸出方波。（2） 微分電路利用RC電路組成微分電路，微分信號取自電阻兩端。電路如下：電路輸出脈沖波形如下：（3） 限幅電路為了產生階梯波，

14、送到積分電路的信號必須只有正向脈沖，可以利用二極管的單向導電性，對輸出脈沖信號進行限幅（檢波）。電路如下：經限幅（檢波）電路后輸出波形為：（4） 積分累加電路利用前級電路產生的正脈沖信號，利用積分器可以產生階梯信號。積分器由集成運放與RC電路構成，其中積分信號取自電容兩端電壓。通過調整RC的值可改變輸出階梯波的階梯高度。電路如下：積分后輸出階梯波形如下：（5） 比較器及控制電路由積分電路輸出波形可知，隨著積分的進行，電路最后會達到飽和，不再輸出階梯波。因此，利用比較器，通過輸出電壓比較，在電路達到飽和之前，實現控制積分電路復位，從而實現持續(xù)周期性階梯波的輸出。通過電阻分壓，設定集成運放正相端的

15、比較電壓，改變相關阻值，就可以改變復位電壓，從而防止電路達到飽和。電路設計如下：電路輸出波形如下：（6） 電子開關電路 電子開關電路融合在比較器電路中，比較器輸出通過二極管接到結型場效應管的柵極，場效應管的源極和漏極并在電源的兩端，構成一個電子開關。比較器通過輸出電壓的翻轉從而控制電子開關的開與合，進而控制積分電路的復位。同時，比較器的輸出端還通過二極管與方波發(fā)生器的反相端相連，從而實現電路的同步功能。3、 波形輸出和調節(jié)各分段電路和總電路的輸出波形在原理敘述里都已給出，就不重復截取。輸出波形的調節(jié)：1、改變階梯波的周期：（1） 通過調節(jié)方波發(fā)生器中的R2和C1的值，可以改變RC電路的值，從而

16、改變階梯波的周期；（2） 也可以改變方波發(fā)生電路中的R4與R1的比值，從而改變比較電壓，也可以改變階梯波周期；（3） 通過改變比較控制電路中的R8、R9、R10的值，可以改變階梯的總高度，而每級階梯高度和周期一定，所以總周期也就發(fā)生改變。 初始波形：C1改為100nF時的輸出波形：R2改為100K時的輸出波形：R1改為20K時的輸出波形：R10改為2K時的輸出波形：2、改變階梯波電壓輸出范圍： 階梯波的電壓輸出，最終決定于比較器的比較電壓的設置，因此，改變R8、R9、R10的值才可以改變階梯波的電壓輸出范圍。（同上圖R10=2K）3、改變每一級階梯的高度： 根據微、積分電路的計算公式，微分電路

17、和積分電路的RC乘積只影響輸出波形的幅度，而不改變波形的周期。因此，改變其RC乘積，即可改變每一階的高度。以下僅舉一例：積分電路C3改為200nF時的輸出波形：4、 實驗拓展 要求通過調整電路相關元件參數以及比較器的門限電壓，使階梯波發(fā)生器輸出上升沿形式的波形。 通過對電路原理的仔細分析和理解，我發(fā)現要產生上升沿形式波形，應當要實現以下步驟：（1）要改變積分器的積分形式。要使積分脈沖為負脈沖，通過調整限幅電路二極管的極性就可以使電路輸出負脈沖，從而使電路產生上升階梯波；（2）解決積分器的飽和問題。由于積分器的自身特性，當為上升沿積分時，一開始就會發(fā)生飽和。通過仔細研究發(fā)現，通過調整積分器正相端

18、的接地電阻阻值（取50K以上），可以有效的抑制初始飽和的發(fā)生；（3）改變比較器的門限電壓。由于輸出波形要為正值，可以通過調節(jié)比較器輸入端的分壓電阻和電源值，來改變門限電壓值（我設10V和0V）;（4）電子開關復位控制電路。由于電路極性的改變和控制電壓的變化，應將NPN型場效應管換為PNP型。同時電路同步二極管的極性也當改變，才能完成電路的同步功能。具體電路及波形如下：（1） 負脈沖電路輸出波形為：（2）積分電路輸出波形為：（3）加入比較器及控制電路輸出波形為：此外，利用集成運放構成反相器也是一種可行的方法，而且十分簡便。殊途同歸，只要實現的所要的目的就行，在實際中理當如此?，F將反相電路展示如下

19、：其反相前后輸出波形為：從上圖可以看出電路成功實現上升沿階梯波輸出。5、 實驗結論及體會通過階梯波發(fā)生電路的設計，主要有以下結論和體會：（1） 熟悉了集成運放構成方波發(fā)生器、積分電路和電壓比較器的原理和應用；（2） 明白了電路設計的一般方法，即自頂向下的模塊化設計方法。先獨立設計各功能部分，再將各功能模塊組合起來，構成一個實際應用電路；（3） 體會到方波類波形變換的基本方法，即通過微分電路和積分電路的變換處理，結合電壓比較器以達到所需的信號要求；（4） 利用這些基本電路的組合，可以產生方波、脈沖波、三角波等基本波形，以及它們的組合形式（如實驗中的周期階梯波），這在實際應用是非常重要的。實驗感想通過本次為期一周的EDA設計實驗（模電部分），我從中收獲良多。在此作結，以期對以后的實驗工作提供指導。磨刀不誤砍柴工。在接到實驗要求之后，我不是急急忙忙的趕進度，而是認認真