[工學(xué)]南京理工大學(xué)EDA1實驗報告

1、 EDA設(shè)計（一）實驗報告實驗一 單級放大電路的設(shè)計與仿真一 .實驗要求 設(shè)計一個分壓偏置的單管電壓放大電路，要求信號源頻率5kHz（峰值10mV），負(fù)載電阻5.1k Q,電壓增益大于 50。 調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點（調(diào)節(jié)電位計），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)工作點值。調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點（調(diào)節(jié)電位計），使電路輸出信號不失真，并且幅度最大。 在此狀態(tài)下測試：1、電路靜態(tài)工作點值；2、 三極管的輸入、輸出特性曲線和-、Rbe、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fL、fH值。 實驗原理 三極管在工作正常放大區(qū)時，可以起到放大的

2、作用。但三極管工作在放大區(qū) 的前提是直流電源為三極管提供合適的靜態(tài)工作點。 如果三極管的靜態(tài)工作點不 合適，則會導(dǎo)致放大出現(xiàn)飽和或截至失真，而不能正常放大。當(dāng)三極管工作在合適的靜態(tài)點時，三極管有電壓放大的作用。此時表征放大 電路的交流參數(shù)為輸入電阻，輸出電阻以及電壓放大倍數(shù)。 由于電路中有電抗元件電容，另外三極管 PN結(jié)也有等效電容的作用，所以， 對于不同頻率的交流輸入信號，電路的電壓放大倍數(shù)是不同的。電壓放大倍數(shù)與 頻率的關(guān)系定義為頻率特性。單級放大電路原理圖實驗步驟1.調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點（調(diào)節(jié)電位計Rw），用示波器觀察電路出現(xiàn)飽和失真、截 止失真和使電路輸出信號不失真（并且幅度最大）時輸出

3、信號波形，并測試對 應(yīng)的靜態(tài)工作點值。（1）當(dāng)電位計Rw為0%時（即滑動變阻器取0歐姆時）電路出現(xiàn)飽和失真； 飽和失真波形為下圖：它-Gh-V由波形圖可以看出波形的下部明顯被削平，波形處于失真狀態(tài)，因此可得到飽和 失真有削底現(xiàn)象。此時，電路飽和失真時的靜態(tài)工作點值為:Hz、IDsil? -5ODG.XSC1:XMM1：皿-sjikiavTr M *即管壓降V；e=0.1V，Ube=0.659V，基極電流Ib=0.13mA，集電極電流Ic=3mA根據(jù)以上數(shù)據(jù)可分析得VceUbe是滿足三極管飽和失真條件的，所以此時電路 是處于飽和失真的(2)當(dāng)電位計Rw為60%時(即滑動變阻器調(diào)為120千歐姆),

4、電路出現(xiàn)截止失真, 波形如下圖：rrx-ixsBi rr? r l r t，fr_ a r ur S電爲(wèi)貿(mào)魚 隹舗錯1*片-川*上r L如.P , .、示蘑I*C1沿料AJ根據(jù)波形圖可看出波形的上半部分被削平了， 與下面波形不對稱。所以得到截止 失真有削頂現(xiàn)象。此時，電路截至失真時的靜態(tài)工作點值為：E-ODO- Hz -03egi :LCuF*PE?T：二玨 ViCl即管壓降VCe=11V, Ube=0.61 V,基極電流Ib=1.7474uA，集電極電流Ic=0.39mA而此時UbeVce，所以Ubc I VIk賦工丁：I Hull節(jié)X沖： /口購：此時，電路不失真時的靜態(tài)工作點值為:1-

5、a I I VI - - ClIF-lOuM即管壓降 Vce=6V，Ube=0.64V，基極電流 Ib=7.0817uA，集電極電流 lc=1.5326mA。因為實驗電路中的Vcc =12V, Vce為Vcc的一半，這符合靜態(tài)工作點的最大不失真要求。從中還可以求得三極管的放大倍數(shù):=Ic/Ib=216.42 .測試三極管輸入、輸出特性曲線和：，Re和Rce(1)三極管的輸入特性曲線rj EK transfer chararteriEBc&qq丄比。圖剖固 響的|二|園部二回 叫削題団 時13、n輸入特性電路DC transfer charactepsdc丄1 如-Im -dmE T口旬c卩)S

6、m =bn Xdi/dyxC4G.3941m9-fl179a 42.S57Ln9-33321 2.4631m -370-2 557CI dggg2-1265M0,0000 SO.OOOOn -12.102p S.&SMnr.ax :s am /Etax y由不失真時的靜態(tài)工作點可知，將Vi , V2調(diào)至Vbe=0.62019V時，從曲線及所得數(shù)據(jù)，可得 Re=dx/dy=2.4631mV/410.3374nA=6.02kQ (2)三極管的輸出特性曲線: 測試電路如下：利用直流掃描分析(DC sweep)作出輸出特性曲線如下:由不失真時的靜態(tài)工作點可知，將 Vi，V2調(diào)至Vce=6時，從曲線及所

7、得數(shù)據(jù)，可得 Rce =dx/dy=32.7225mV/538.6126nA=70.63K Q,顯然 rce 的值是非常大 的，所以在理論計算時經(jīng)?？紤]其為幵路。(3)三極管的參數(shù)測試電路仍舊用測試輸出特性的電路。利用直流掃描分析(DC sweep)作出隨Ib變化的輸出特性曲線如下:旅京 Ujft 佑匿丄暑帝言勒P 用 県&0 印離鹿腎昏D岡包劑直| 可雎7，自叵 四環(huán)網(wǎng)創(chuàng)制錘直撮打歯苴源月將1II回田布5MT5.0wl oltage (V)qqllc1? sile-0D: qql ic1;xll0e-QOCj qqlicjl:xille-DQ5; g *5.9S245.9a245.網(wǎng)HB60

8、.613an1.293ffl1.7325ICI.0139.0139ES.013BB60 rSTUD1.296Tm1.733Um31ua61m3161m:125,31911M3啓H33iPeuioMILT孫偵：m偵口31.T6003L.7fi；UQ31.7-&D07b$ fii -.iOaF-MLlOuF-SOL忡LRL賊5諒飾i呻博m:1.:;Dka 1ir-ccL:$L 照5豐匸年女*匚atp;:I . . .lE斌D f二索紳輸入電阻 Ri=0.707mV/86.952nA=8.13kQp 娘 I+-就口uinjOk siDIF409.854 nA-Cl Tt-iDuJ-PCL?T：L3u

9、I-ECL；312 Ci T- lOuT-MLEH .， IClcCkiisXrTtiCruF-KL71姥.a7匸由岫可也二?輸出電阻 Ro=2mV/0.41uA=4.88k Q增益 Au=98.829 mv /0.707mv=139(2)反饋引入后 甌 = *1L XHK2丄農(nóng)-*ATSHwy：牛4 . BS keXhE： 14- m1*4： 91 XtDuf-PM.IOuF-POL-HFiOuF-POLIS2NE22-2L。一 WF釦來-1F-KP：.W跳50DG Hi-輸入電阻 Rif =0.707mV/80.712nA=8.76kQm:|ZI。 0 :Xgdfcn ：2： V-r* 卞

10、輸出電阻 R,f =2mV/53.661uA=38QElLb 丄Mm嘰l.naiDhj!丄kE7土掃北蛔LE* iaT-pL增益 Au=13.084 mv /0.707mv=18.51萬用表MMWsgitnis Li 13.084 mV(3)驗證 A 1/ F因為Af =X/Xj , F =Xf/X。若想驗證 A 1/F ,即驗證X f X i 。實驗電路圖如下:RRUEr &呻3:qj :忡才駕時烏時：:4mco 岳： 斗七陌mu” =J-X f =665.532mV Xi =707mV 所以基本可得到。當(dāng)然也可以從證明該電路引入的反饋為深度從交流表的讀數(shù)可看出，Xf Xi，進(jìn)而得到A 1/

11、F 負(fù)反饋來證明 A 1/F。二種方法都可以使用。 3、測試負(fù)反饋接入前后電路頻率特性和實驗原理電路圖如下:VL口C3IClkOhm &AEz - IDuF-POL蘆皿M.:-|4.汕如m itIDuF-POL-1 .MkOtrn； C； L0p F-；KL .I*畑：I I . 手丄.哄次一: :5：E0hBLN : : : : :HID1 41. Q QIcDhin .1.1 Key = 5pm(1)反饋引入前爭、毋誠:v JsaDD bxl陽x；狎dx二l/dx丄何KL0 X gMEB 995LU212,1452k99-W5 2llr1l3Sk -133.Sa.27mLT3EQ口 -7-

12、9692 l.ODOO 】。皿口典 Mb3S73h 104. am,21 IC-kCki :-HZZI 工.拓由標(biāo)丄上由上表可得： 在幅頻特性曲線中，有最大幅度為 141.7,可得141.7/1.414=99.89, 對應(yīng)兩個頻率即為上限截止頻率和下限截止頻率，從數(shù)據(jù)中可看出， fL=731.6807Hz，fH=212.2145kHz.。(2)反饋引入后継分1吟再D忡U|與團(tuán)苫國目麗 何 島恒靈 詁 団更成號率函由上表可得： 在幅頻特性曲線中，有最大幅度為 18.5,可得18.5/1.414=12.7279, 對應(yīng)兩個頻率即為上限截止頻率和下限截止頻率，從數(shù)據(jù)中可看出， fL=307.2113

13、Hz，fH=7.2326MHz.。4、測試負(fù)反饋接入前后電路輸出幵始出現(xiàn)失真時的輸入信號幅度(1)反饋引入前 T1T2T2-T1BiiaM AgBJa.rrn用&躬gw111.773 ms-335J59IW2.m21.727 i.B肘基：通道AI fl)Bwn r水平內(nèi)無前|I通過對信號幅值的改變觀察輸出信號波形圖，可得到當(dāng)輸入信號幅值為2.7mV時，輸出信號開始出現(xiàn)失真，且失真為截至失真。(2)反饋引入后anan Cl 詢jF-POLtfuF-POL丄粧,丄粧.QQkChHs.QQkChHs通過對信號幅值的改變觀察輸出信號波形圖， 可得到當(dāng)輸入信號幅值為12mV時, 輸出信號開始出現(xiàn)失真，且

14、失真為截至失真。四.實驗結(jié)果分析.根據(jù)驗證 A 1/F實驗仿真可得，當(dāng)電路引入深度負(fù)反饋時，A : F 放大倍數(shù)幾乎僅決定于反饋網(wǎng)絡(luò)，而反饋網(wǎng)絡(luò)通常由電阻組成，因而可 獲得很好的穩(wěn)定性。.根據(jù)得到的引入串聯(lián)負(fù)反饋前后輸入電阻阻值的變化可得，引入串聯(lián)負(fù) 反饋后，將增大輸入電阻。.根據(jù)得到的引入串聯(lián)負(fù)反饋前后輸出電阻阻值的變化可得，引入電壓負(fù) 反饋可以減小輸出電阻。.根據(jù)實驗電路仿真結(jié)果看，放大電路的輸出電壓在引入負(fù)反饋后減小了 這是因為電壓增益與通頻帶的乘積為一常數(shù)，所以當(dāng)引入串聯(lián)負(fù)反饋后 通頻帶會增寬，同時電壓增益也將減小。.根據(jù)改變輸入信號幅值判斷電路何時幵始出現(xiàn)失真可得，當(dāng)電路引入申 聯(lián)負(fù)

15、反饋時，電路幵始出現(xiàn)失真時的信號幅值要遠(yuǎn)大于不引入串聯(lián)負(fù)反 饋時電路幵始出現(xiàn)失真時的信號幅度。這說明，引入反饋后電路更加穩(wěn) 定了實驗三階梯波發(fā)生器的設(shè)計與仿真.實驗要求設(shè)計一個能產(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)5個。（注意：電路中均采用模擬、真實器件， 不可以選用計數(shù)器、555定時器、D/A轉(zhuǎn)換器等數(shù)字器件，也不可選用虛 擬器件。）對電路進(jìn)行分段測試和調(diào)節(jié)，直至輸出合適的階梯波。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。、實驗原理首先用方波發(fā)生器來產(chǎn)生方波信號，方波再經(jīng)過微分電路輸出得到上、 下都有的尖脈沖

16、，然后經(jīng)過限幅電路，只留下所需的正脈沖，再通過積分電 路，實現(xiàn)累加而輸出一個負(fù)階梯。對應(yīng)一個尖脈沖就是一個階梯，在沒有尖 脈沖時，積分器保持輸出不變，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)積分累加到比 較器的比較電壓時，比較器翻轉(zhuǎn)，比較器輸出正電壓，使振蕩控制電路其作 用，方波停振。同時，這個正電壓使電子幵關(guān)導(dǎo)通，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。積分器輸出由負(fù)值 向零跳變的過程，乂使比較器發(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，同時使電子幵關(guān)斷幵，積分器進(jìn)行積分累加， 如

17、此循環(huán)往復(fù)，就形成了一系列階梯波。原理圖三.實驗步驟1 .方波發(fā)生器采用運(yùn)放電路實現(xiàn)方波發(fā)生器的設(shè)計。圖中 R2, R1組成正反饋電路，R3和 C組成負(fù)反饋電路，實際上運(yùn)放起著比較器作用，穩(wěn)壓管Di, D2起著輸出限幅作用。當(dāng)電容C上的電壓等于 R2/ （ R2+ Ri） V0時輸出就發(fā)生翻轉(zhuǎn)。如果當(dāng)某時 刻輸出翻轉(zhuǎn)為正電壓，則電容 C開始充電，充電到R2/（ R2+ Ri）Vz時，即達(dá)到 比較電壓，運(yùn)放輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出 Vo等于-Vz，這是電容C 乂開始放電，放電 到電容上的電壓為-R2/ （R2+ Ri） Vz時，運(yùn)放輸出乂發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出電壓 Vo為 +Vz值，如此循環(huán)輸出 Vo。而此電

18、路改進(jìn)出在于通過兩個二極管可以調(diào)充放電 時間，也就可以調(diào)節(jié)占空比了。輸出波形為： 2.方波電路+微分電路由于電容兩端電壓不能發(fā)生突變，當(dāng)方波發(fā)生器電壓發(fā)生突變時，負(fù)載電阻 兩端也發(fā)生突變，當(dāng)方波電壓在下一段時間不發(fā)生突變時， 電容開始放電，負(fù)載 電阻兩端電壓幵始減小，最終變?yōu)?0,下一個階段仍是方波發(fā)生器電壓突變，電 容充電，電阻兩端電壓增多，然后方波發(fā)生器持續(xù)，電容放電，電阻兩端電壓降 低，如此往復(fù)。輸出波形:3 .方波電路+微分電路+限幅電路利用二極管的單向?qū)щ娦詠韺Σㄐ芜M(jìn)行限幅，只留下正向部分電壓。輸出波形 如下：4 .方波發(fā)生電路+微分電路+單向限幅電路+積分電路VCC皿Obx項XSC

19、11NT50A4輸出波形如下:5 .階梯波發(fā)生器 在累加積分電路基礎(chǔ)上加上電壓比較器和控制幵關(guān)就組成了完整的階梯波發(fā)生 電路。 *LN4L4BC1TI-23門川虹!hm IIR10rO7L&述函崩 1 A 1F414E I- 2U3370 C3 土卩TIDDnr 15V22MZZK-31輸出波形:12kO3i S1VEM-1&VD3蟲NK4WJltT?53A1-LDSiDht 牌3-吁皿演. .l.OJcObT.孫 ，內(nèi) R9 從波形圖可以看出，輸出地階梯波周期為 21.803ms輸出電壓為9.832V，階梯個 數(shù)為5,基本達(dá)到實驗要求。四.實驗結(jié)果分析1 .調(diào)節(jié)電路中的哪些元器件值可以改變階梯波的周期(1)首先改變R3,將R3阻值變大，波形圖如下:通過波形圖可看到周期變?yōu)?0ms得到結(jié)論在改變R3后T增大(2)改變C1,將C1容值變大，波形圖如下:通過波形圖可看到周期變?yōu)?3MS得到結(jié)論