111-共源放大器的設(shè)計課件

電子線路設(shè)計與測試共源放大器設(shè)計、仿真、安裝與測試華中科技大學(xué)電子與信息工程系汪小燕87541602wxyeclab@126.com2014年11月電子線路設(shè)計與測試2014年11月2023/1/322一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計方法；---電子線路的設(shè)計方法；學(xué)習(xí)用pSpice軟件對電路進行模擬仿真。---電子線路的仿真方法掌握晶體管放大電路靜態(tài)工作點設(shè)置與參數(shù)調(diào)整方法；-晶體管放大電路的工作原理;靜態(tài)工作點的測量與確定掌握晶體管放大電路性能指標的測試方法及調(diào)試技術(shù)。---電子線路的性能指標測試與裝調(diào)流程了解負反饋對放大電路性能的影響。2022/12/2622一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計二、設(shè)計要求(P88)設(shè)計課題：單級MOSFET放大器設(shè)計已知條件+VCC=+12VRL=5.1kVi=10mV(有效值)Rsi=50技術(shù)指標要求AV＞30Ri＞100kRo＜5.1kfL＜100HzfH＞100kHz電路穩(wěn)定性好。二、設(shè)計要求(P88)設(shè)計課題：單級MOSFET放大器設(shè)計2023/1/344三、電路設(shè)計一般流程三、電路設(shè)計的一般流程2022/12/2644三、電路設(shè)計一般流程三、電路設(shè)計2023/1/355已知條件+VCC=+12VRL=3kVi=10mV(有效值)Rsi=600技術(shù)指標要求AV＞40Ri＞50kRo＜3kfL＜100HzfH＞100kHz電路穩(wěn)定性好。1、設(shè)計舉例要求四、共源放大器原理與設(shè)計舉例2022/12/2655已知條件技術(shù)指標要求1、設(shè)計舉例要求2023/1/3662、電路方案擬定選擇電路形式及晶體管采用固定分壓共源放大電路，可以獲得穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。2022/12/26662、電路方案擬定選擇電路形式及晶體管2023/1/373、電路參數(shù)的確定：目標：Rg1,Rg2,RdCg,Cd,Cs的確定靜態(tài)工作點的要求---？vGS>VTN>0；vDS>vGS-VTN2022/12/2673、電路參數(shù)的確定：目標：靜態(tài)工作點的2023/1/3883、電路參數(shù)確定的步驟：選定VGSQ，VGSQ>VTN>0,或(1/3~1/5)VCC選定IDQ，VDSQ，并確定Rd；計算Rg1,Rg2；

Rg1,Rg2受到AVs與Ri的限制；檢查，修正參數(shù)；根據(jù)對FL，F(xiàn)H的要求，選擇電容Cb1、Cb2和Cs2022/12/26883、電路參數(shù)確定的步驟：選定VGSQ2023/1/399畫出帶具體參數(shù)的電路連接原理圖

根據(jù)上述設(shè)計，得到放大器的電路圖如下：調(diào)節(jié)Rp可改變靜態(tài)工作點VB的值2022/12/2699畫出帶具體參數(shù)的電路連接原理圖2023/1/31010五、共源放大器設(shè)計方案仿真驗證Orcad功能簡述Pspice仿真步驟Pspice仿真舉例實驗要求2022/12/261010五、共源放大器設(shè)計方案仿真驗證O2023/1/31111相關(guān)資料教材第3章（3.1~3.3P19~40）視頻文件：01啟動pSpice9.2.avi02畫電路圖.avi03修改元器件的標號和參數(shù).avi04設(shè)置分析功能.avi05仿真前的準備工作.avi06仿真.avi幫助文件！2022/12/261111相關(guān)資料教材第3章（3.1~3.2023/1/312Orcad9.2簡述(ch3-p19)原理圖設(shè)計pSpice仿真模擬和模數(shù)混合電路仿真環(huán)境PCB板仿真環(huán)境可編程數(shù)字邏輯器件分析設(shè)計環(huán)境 pSpice優(yōu)化PCB設(shè)計2022/12/2612Orcad9.2簡述(ch3-p12023/1/313pSpice仿真步驟1.創(chuàng)建工程項目文件2.編輯電路原理圖（畫電路圖）3.設(shè)置仿真分析類型4.仿真分析5.查看仿真輸出結(jié)果從輸出文件中查看仿真結(jié)果__文本結(jié)果用Probe程序觀測__圖形結(jié)果2022/12/2613pSpice仿真步驟1.創(chuàng)建工程2023/1/3142022/12/26142023/1/315仿真舉例–“單級共源放大電路”在F盤下，建立子目錄，如F:\mosex1目錄名和文件名不能有漢字、空格等！選擇AnalogorMixedA/D15創(chuàng)建工程項目文件

選File/New/Project2022/12/2615仿真舉例–“單級共源放大電路”在F2023/1/316161.創(chuàng)建工程項目文件選擇Createablankpro,OK2022/12/2616161.創(chuàng)建工程項目文件選擇Cr2023/1/317171.創(chuàng)建工程項目文件出現(xiàn)圖示界面，完成創(chuàng)建工程項目文件繪圖工作面工程項目管理器2022/12/2617171.創(chuàng)建工程項目文件出現(xiàn)圖示2023/1/318182.1畫原理圖—調(diào)元件

注意快捷工具圖標的使用菜單Place/Part，或圖標，打開元件庫添加元件庫AddLib__Analog、pwrmos、Source提取元件2n7000元件庫說明參見教材3.1.5P24表3.1.42022/12/2618182.1畫原理圖—調(diào)元件

注意2023/1/319192.2元件移動、旋轉(zhuǎn)和刪除

選中元器件：或工具欄的 用鼠標左鍵單擊，此時元器件變?yōu)榧t色

移動：壓住鼠標左鍵拖到合適位置，松開鼠標左鍵

旋轉(zhuǎn)：菜單Edit/Rotate（或快捷鍵Ctrl+R）

翻轉(zhuǎn)：菜單Edit/mirror

刪除：選擇菜單Edit/cut；或按鍵Delete

注意選中元件后,鼠標右鍵的使用；2022/12/2619192.2元件移動、旋轉(zhuǎn)和刪除2023/1/320202.3畫線

進入：菜單Place/wire或工具欄的

畫線：將光標移到需要連線的起點，單擊左鍵（此時會拖著1根線）；移動鼠標到所需位置，單擊左鍵，如此循環(huán)，直到連線的終點（某元件的引腳）。 結(jié)束：單擊鼠標右鍵結(jié)束

移動、旋轉(zhuǎn)和刪除：與元件操作相同2022/12/2620202.3畫線 進入：菜單Pl2023/1/321212.4修改元器件標號和參數(shù)方法1：選中元器件，選擇菜單中Edit/Attributes方法2：雙擊該元件符號方法3：雙擊參數(shù)文字特別注意！●

VSIN信號源：AC=15mv、VOEF=0v、

FREQ=1kHz、VAMPL=30mv。●MOS管參數(shù)設(shè)置方法： 選擇菜單Edit/PspiceModel；.modelM2n7000NMOS(Level=3Gamma=0Delta=0Eta=0Theta=0Kappa=0.2Vmax=0Xj=0+Tox=2uUo=600Phi=.6Kp=1.073uW=.12L=2uRs=20mVto=1.73+Rd=.5489Rds=48MEGCgso=73.61pCgdo=6.487pCbd=74.46pMj=.5+Pb=.8Fc=.5Rg=546.2Is=10fN=1Rb=1m)2022/12/2621212.4修改元器件標號和參數(shù)2023/1/3222.5添加網(wǎng)絡(luò)別名選擇菜單Place/NetAlias→Vo

2022/12/26222.5添加網(wǎng)絡(luò)別名選擇菜單P2023/1/323232.6.保存和自動檢查

保存進行電路規(guī)則檢查、建立網(wǎng)表文件（*.net）：

Pspice/Createnetlist若有問題，屏幕會有指示W(wǎng)indows/SessionLog彈出錯誤提示窗口2022/12/2623232.6.保存和自動檢查保2023/1/324243.設(shè)置仿真分析類型（Pspice/NewSimulation）3.1.靜態(tài)工作點分析輸出文件更詳細選擇菜單PSpice/NewSimulationProfile

2022/12/2624243.設(shè)置仿真分析類型（Pspi2023/1/3252022/12/26252023/1/32626仿真—文本結(jié)果

在工程管理項目器PspiceResource中擊活Bias，鼠標右鍵MakeActive菜單Pspice/Run查看文本輸出Pspice/viewoutputfile,或輸出文本文件2022/12/262626仿真—文本結(jié)果在工程管理項目器2023/1/327ID1.58E-03VGS1.95E+00VDS5.69E+00VBS0.00E+00VTH1.73E+00VDSAT2.21E-012022/12/2627ID1.58E2023/1/3283.設(shè)置仿真分析類型3.2.瞬態(tài)分析（時域分析）TransientRunto4msStartsavingdata0msMaximumstep10us單擊“應(yīng)用”，“確定”返回。282022/12/26283.設(shè)置仿真分析類型3.2.2023/1/32929波形和曲線結(jié)果擊活Transient,Pspice/RunTrace/Add

鍵入V(Vs:+),V(Vo),看波形。2022/12/262929波形和曲線結(jié)果擊活Transie2023/1/3303.2.瞬態(tài)分析（時域分析）

TransientAnalysis2022/12/26303.2.瞬態(tài)分析（時域分析）

T2023/1/3313.設(shè)置仿真分析類型3.3.交流小信號分析（頻域分析）ACSweepStart10HzEnd100MegPoints/Decade101Logarithmic選：Decade單擊“應(yīng)用”，“確定”返回。故障原因分析---NoACsources--ACSweepignored312022/12/26313.設(shè)置仿真分析類型3.3.2023/1/332故障原因分析---NoACsources-ACSweepignored2022/12/2632故障原因分析---NoACsou2023/1/3333.3.交流小信號分析（頻域分析）

ACSweep2022/12/26333.3.交流小信號分析（頻域分2023/1/33434波形和曲線結(jié)果擊活A(yù)CSweep,Pspice/Run觀測幅頻響應(yīng)曲線：Trace/Add：db(V(Vo)/V(Vs:+))Trace/Cursor/Display激活游標測中頻增益用游標找到增益下降3dB，對應(yīng)頻率為上限頻率或下限頻率*觀測相頻響應(yīng)曲線：Vp(Vo)-Vp(Vs:+)觀測輸入電阻的頻率響應(yīng)：Trace/Add：Ri=V(Vi)/I(Vs)Trace/Cursor/Display激活游標測中頻輸入電阻2022/12/263434波形和曲線結(jié)果擊活A(yù)CSwee2023/1/335352022/12/2635352023/1/336362022/12/2636362023/1/33737求解輸入阻抗仿真方法與對幅頻特性相應(yīng)的分析類似；但具體公式不同。2022/12/263737求解輸入阻抗仿真方法與對幅頻特性2023/1/3382022/12/26382023/1/33939求解輸出阻抗

修改電路：令Vs=0，信號源短路，取掉負載RL，外加一個信號源VSIN(400mv)

其他步驟與“輸入電阻的頻率響應(yīng)”分析相同Ro=V(Vo)/I(Vs)2022/12/263939求解輸出阻抗修改電路：2023/1/34040求解輸出阻抗2022/12/264040求解輸出阻抗2023/1/341求解輸出阻抗2022/12/2641求解輸出阻抗2023/1/34242五、電路參數(shù)的調(diào)整方法vGS>VTN>0；vDS>vGS-VTN如果出現(xiàn)VCQ

VCC，說明晶體管工作在截止狀態(tài)；如果出現(xiàn)VCEQ

0.5V，說明晶體管已經(jīng)飽和。當VCEQ＝正幾伏說明晶體管基本工作在線性放大狀態(tài)。但Q點不一定是最佳的，還要進行動態(tài)波形觀測。

對于一個新設(shè)計的放大器，可能有些指標達不到要求，這時需要調(diào)整電路參數(shù)。1.靜態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整2022/12/264242五、電路參數(shù)的調(diào)整方法vGS>2023/1/343432.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整若vo波形的頂部被壓縮這種現(xiàn)象稱為

說明Q點偏說明IBQ偏ICQ偏應(yīng)調(diào)節(jié)，使其變使放大器的輸出vo不失真。截止失真低小小RB1小2022/12/2643432.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整若2023/1/344442.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整若vO波形的底部被削波這種現(xiàn)象稱為

說明Q點偏說明IBQ偏ICQ偏應(yīng)調(diào)節(jié)，使其變使放大器的輸出vo不失真。飽和失真高大大RB1大2022/12/2644442.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整若2023/1/34545五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改Ri3、如何調(diào)整電壓放大倍數(shù)AV？↑2022/12/264545五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改Ri2023/1/34646五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改4、如何調(diào)整放大器的下限頻率fL？

希望降低放大器下限頻率fL，根據(jù)電容計算式，也有三種途徑，即

不論何種途徑，都會影響放大器的性能指標，只能根據(jù)具體指標要求，綜合考慮。

2022/12/264646五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改4、2023/1/347五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改475、負反饋對放大器性能有何影響？2022/12/2647五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改475、2023/1/348負反饋對放大器性能的影響分析？引入電流負反饋后，放大器的電壓放大倍數(shù)將下降，其表達式為

式中，F(xiàn)為反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)；AV為無負反饋時的電壓放大倍數(shù)。引入負反饋后，雖然電壓放大倍數(shù)下降，但可以改善放大器的其它性能。2022/12/2648負反饋對放大器性能的影響分析？2023/1/349負反饋對放大器性能的影響分析？負反饋放大器的上限頻率fHF與下限頻率fLF的表達式分別為可見，引入負反饋后通頻帶加寬。2022/12/2649負反饋對放大器性能的影響分析？2023/1/350負反饋對放大器性能的影響分析？電流串聯(lián)負反饋放大器實驗表明，RF取幾十歐姆，可以明顯地提高放大器的輸入阻抗，降低放大器的下限頻率，改善非線性失真。2022/12/2650負反饋對放大器性能的影響分析？電流串2023/1/35151設(shè)計與仿真要求（1）完成單管放大器設(shè)計---p88設(shè)計課題（2）在Schematics中畫出電路圖（3）從輸出文件中查看靜態(tài)工作點仿真結(jié)果：Ib、Ic、Vbe、Vce（4）用Probe程序觀測觀測輸入、輸出電壓波形，并計算電壓增益Av（5）觀測幅頻響應(yīng)曲線：db(V(Vo)/V(Vs:+))，

測中頻增益、上限頻率fH和下限頻率fL

（6）觀測輸入電阻的頻率響應(yīng)：Ri--V(Vi)/I(Vs)（7）觀測輸出電阻的頻率響應(yīng)：Ro--V(Vo)/I(Vs)（8）觀察非線性失真現(xiàn)象

(9)分析電流負反饋電阻的加入對電路性能指標的影響；（10)三極管特性曲線的仿真；（p50選做2分）（11）差分放大器電路特性的仿真（選做2分）2022/12/265151設(shè)計與仿真要求（1）完成單管放大2023/1/35252舉手驗收：（驗收2.1）驗收要求：實驗電路圖（單管、三極管特性曲線（選）；差分（選））仿真波形結(jié)果分析；2022/12/265252舉手驗收：（驗收2.1）驗收2023/1/35353實驗報告：（報告2.1）

實際項目數(shù)據(jù)（仿真結(jié)果）---目錄實驗報告（電子稿_word格式）以學(xué)號+姓名命名打包文件發(fā)送到教師郵箱；打印實驗報告、手寫簽名、上交實驗報告；2022/12/265353實驗報告：（報告2.1）2023/1/354

根據(jù)設(shè)計仿真，得到放大器的電路圖與參數(shù)：2022/12/2654根據(jù)設(shè)計仿真，得到放大器的電路圖2023/1/35555六、電路的安裝首先在面包板上組裝好電路，參考上圖搭接好實驗測試平臺。

-看錄像參考:/../實驗課堂/單管放大..然后進行電路調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試2022/12/265555六、電路的安裝首先在面包板上組裝2023/1/356六、電路的安裝56/dzxl/KeTang02/ketang02.html2022/12/2656六、電路的安裝56http://ed2023/1/3572022/12/26572023/1/358六、電路的安裝582022/12/2658六、電路的安裝582023/1/359電路的調(diào)試步驟檢查電路連接—磨刀不誤砍柴工！靜態(tài)測試；動態(tài)測試；整機聯(lián)調(diào)；592022/12/2659電路的調(diào)試步驟檢查電路連接—磨刀不誤2023/1/360故障排除的方法看輸入看輸出查電源---預(yù)留測試管腳與測試連線查連線----信號循跡法；對分搜索法查器件，查儀器---替代法；對比法；602022/12/2660故障排除的方法看輸入602023/1/3611.靜態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（1）接通電源，將電路輸入端接地，測量電路的靜態(tài)工作點。（2）用萬用表直流電壓檔，分別測量晶體管的B、E、C極對地電壓VBQ、VEQ及VCQ。（3）一般VBQ＝（3～5）V，VCEQ＝正幾伏。如果出現(xiàn)VCQ

VCC，說明晶體管工作在截止狀態(tài)；如果出現(xiàn)VCEQ

0.5V，說明晶體管已經(jīng)飽和。（4）調(diào)節(jié)電位器RP1，使VCEQ＝正幾伏，此時說明晶體管基本工作在線性放大狀態(tài)。但Q點不一定是最佳的，還要進行動態(tài)波形觀測。2022/12/26611.靜態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（2023/1/362調(diào)試問題舉例621.電路設(shè)計仿真正常，但VCQ≈VCC原因分析1：RB1等未正常連接，導(dǎo)致Q點異常，VBQ亦不正確；2022/12/2662調(diào)試問題舉例621.電路設(shè)計2023/1/363問題舉例原因分析2:Rf，Re未正常連接導(dǎo)致異常---VBQ正確，但VEQ不正確；632022/12/2663問題舉例原因分析2:Rf，Re未2023/1/3641.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（5）給放大器送入規(guī)定的輸入信號，如ViPP=28mV，fi=1kHz的正弦波。（6）用示波器觀察放大器的輸出vo。若vo波形的頂部被壓縮，這種現(xiàn)象稱為截止失真，說明Q點偏低，應(yīng)增大基極偏流IBQ，即增大ICQ。若vO波形的底部被削波，這種現(xiàn)象稱為飽和失真，說明Q點偏高，應(yīng)減小IBQ，即減小ICQ。2022/12/26641.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（2023/1/3652.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（8）增大輸入信號（如ViPP=120mV），vo無明顯失真，或者逐漸增大輸入信號時，vo頂部和底部差不多同時開始畸變，說明Q點設(shè)置得比較合適。（7）調(diào)節(jié)RB1，使放大器的輸出vo不失真。（9）此時移去信號源，分別測量放大器的靜態(tài)工作點VBQ、VEQ、VCQ，并計算VCEQ

、ICQ。2022/12/26652.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（2023/1/366故障舉例2故障現(xiàn)象：工作點正常，輸入信號正常，但輸出無信號；66解決方法：信號循跡法2022/12/2666故障舉例2故障現(xiàn)象：工作點正常，輸入2023/1/367怎樣調(diào)到“最大不失真”？為了得到最大動態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點調(diào)在交流負載線的中點。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號的幅度，并同時改變靜態(tài)工作點，用示波器觀察，當輸出波形同時出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象時，說明靜態(tài)工作點已調(diào)在交流負載線的中點。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真

2022/12/2667怎樣調(diào)到“最大不失真”？為了得到最大2023/1/36868七、主要性能指標及其測試方法晶體管放大器的主要性能指標有電壓放大倍數(shù)AV

輸入電阻Ri

輸出電阻Ro

通頻帶BW＝fH－fL2022/12/266868七、主要性能指標及其測試方法晶體2023/1/36903一月2023七、主要性能指標及其測試方法注意：各儀器與實驗電路的“共地”問題！2022/12/266926十二月2022七、主要性能指2023/1/37070七、主要性能指標及其測試方法1、電壓放大倍數(shù)AV理論計算在波形不失真的條件下，用示波器測量放大器輸入電壓與輸出電壓的值。實驗測試測出Vi(有效值)或Vim(峰值)及Vip-p（峰-峰值）與Vo(有效值)或Vom(峰值)Vop-p（峰-峰值），則2022/12/267070七、主要性能指標及其測試方法1、2023/1/37171七、主要性能指標及其測試方法2、輸入電阻Ri理論計算實驗測試串聯(lián)一個已知電阻R

在輸出波形不失真情況下，用晶體管毫伏表或示波器，分別測量出Vi與Vs的值，則

2022/12/267171七、主要性能指標及其測試方法2、2023/1/37272七、主要性能指標及其測試方法3、輸出電阻RO理論計算實驗測試開關(guān)S(1)在輸出波形不失真情況下，用晶體管毫伏表或示波器，測量負載開路時的輸出電壓的值Vo

；(2)接入RL后，測量負載上的電壓的值VoL

ro為晶體管輸出電阻。2022/12/267272七、主要性能指標及其測試方法3、2023/1/37373七、主要性能指標及其測試方法4、頻率特性和通頻帶放大器的頻率特性包括表示增益的幅度與頻率的關(guān)系；表示輸出信號與輸入信號之間的相位差與頻率的關(guān)系；

相頻特性():

幅頻特性A():2022/12/267373七、主要性能指標及其測試方法4、2023/1/37474七、主要性能指標及其測試方法4、頻率特性和通頻帶放大器的通頻帶BW:fH為上限頻率，主要受晶體管結(jié)電容及電路分布電容的限制；

BW=fH–fLfL為下限頻率，主要受耦合電容CB、CC及射極旁路電容CE的影響。2022/12/267474七、主要性能指標及其測試方法4、2023/1/37575BW的測試方法:采用“逐點法”測量放大器的幅頻特性曲線。f(Hz)401005001k10k100k300k500kVop-p(mV)8009001000113111311131100080020lg|AV|(dB)2930313232323129注意：維持輸入信號的幅值不變（示波器讀數(shù)為準）且輸出波形不失真，如（3DB點附近加測）：BW=fH–fL＝500k－40≈500k測試條件：Vi=10mV(Vip-p=28mV)畫出放大器的幅頻特性曲線，計算通頻帶。2022/12/267575BW的測試方法:采用“逐點法”2023/1/376八、實驗步驟與要求①認真閱讀本課題介紹的設(shè)計方法與測試技術(shù)，寫出設(shè)計預(yù)習(xí)報告(其要求見附錄二)。②根據(jù)已知條件及性能指標要求，確定電路(要求分別采用無負反饋與有負反饋兩種放大器電路)及器件(晶體管可以選硅管或鍺管)，設(shè)置靜態(tài)工作點，計算電路元件參數(shù)。(以上兩步要求在實驗前完成)③用pSpice軟件對所設(shè)計的電路進行仿真分析，根據(jù)分析情況進行參數(shù)調(diào)整。（仿真項目有：靜態(tài)工作點、輸入/輸出瞬態(tài)波形、頻率響應(yīng)、Ri、RO）。2022/12/2676八、實驗步驟與要求①認真閱讀本課2023/1/377八、實驗步驟與要求④在實驗面包板上安裝電路，布線方法參閱附錄一。調(diào)節(jié)Rp使電路工作在“最大不失真”工作狀態(tài)。在“最大不失真”工作狀態(tài)下測量VE、VB、Vc，計算IC、VCE，使其滿足設(shè)計計算值要求。⑤測試性能指標，調(diào)整與修改元件參數(shù)值，使其滿足性能指標要求，將修改后的元件參數(shù)值標在設(shè)計的電路圖上(先安裝測試有負反饋放大器，后將RF短路，測試無負反饋放大器)。記錄輸入輸出波形，測試電壓放大倍數(shù)Av=Vo/Vi設(shè)計表格，記錄放大電路幅頻響應(yīng)特性，記錄fH和fL，計算通頻帶BW＝fH-fL通過間接測量法測量放大電路的輸入、輸出電阻；{end}2022/12/2677八、實驗步驟與要求④在實驗面包板2023/1/378八、實驗步驟與要求78⑥上述各項完成后，再進行實驗研究，研究內(nèi)容見后面的“實驗與思考題”部分。⑦所有實驗完成后，寫出設(shè)計性實驗報告。要求見附錄二。2022/12/2678八、實驗步驟與要求78⑥上述各項2023/1/37979二、本次實驗其他要求提高要求內(nèi)容1BJT特性曲線仿真（p50選做2分）Ib-vbe輸入特性曲線仿真Ic-vce輸出特性曲線仿真2022/12/267979二、本次實驗其他要求提高要求內(nèi)容2023/1/380提高要求內(nèi)容2差分放大器設(shè)計仿真（選做2分）具有恒流源的單端輸入—單端輸出差分放大器設(shè)計：已知條件VCC=+12V，VEE=–12V，RL=20k，

Vid=20mV，選用Q2N2222;性能指標要求Rid＞10k，AVd＞15，KCMR＞50dB---設(shè)計電路圖；仿真特性指標要求---電壓增益、共模抑制比、幅頻響應(yīng)、輸入及輸出電壓波形、直流傳輸特性；802022/12/2680提高要求內(nèi)容2差分放大器設(shè)計仿真（選電子線路設(shè)計與測試共源放大器設(shè)計、仿真、安裝與測試華中科技大學(xué)電子與信息工程系汪小燕87541602wxyeclab@126.com2014年11月電子線路設(shè)計與測試2014年11月2023/1/38282一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計方法；---電子線路的設(shè)計方法；學(xué)習(xí)用pSpice軟件對電路進行模擬仿真。---電子線路的仿真方法掌握晶體管放大電路靜態(tài)工作點設(shè)置與參數(shù)調(diào)整方法；-晶體管放大電路的工作原理;靜態(tài)工作點的測量與確定掌握晶體管放大電路性能指標的測試方法及調(diào)試技術(shù)。---電子線路的性能指標測試與裝調(diào)流程了解負反饋對放大電路性能的影響。2022/12/2622一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)晶體管放大電路的設(shè)計二、設(shè)計要求(P88)設(shè)計課題：單級MOSFET放大器設(shè)計已知條件+VCC=+12VRL=5.1kVi=10mV(有效值)Rsi=50技術(shù)指標要求AV＞30Ri＞100kRo＜5.1kfL＜100HzfH＞100kHz電路穩(wěn)定性好。二、設(shè)計要求(P88)設(shè)計課題：單級MOSFET放大器設(shè)計2023/1/38484三、電路設(shè)計一般流程三、電路設(shè)計的一般流程2022/12/2644三、電路設(shè)計一般流程三、電路設(shè)計2023/1/38585已知條件+VCC=+12VRL=3kVi=10mV(有效值)Rsi=600技術(shù)指標要求AV＞40Ri＞50kRo＜3kfL＜100HzfH＞100kHz電路穩(wěn)定性好。1、設(shè)計舉例要求四、共源放大器原理與設(shè)計舉例2022/12/2655已知條件技術(shù)指標要求1、設(shè)計舉例要求2023/1/386862、電路方案擬定選擇電路形式及晶體管采用固定分壓共源放大電路，可以獲得穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。2022/12/26662、電路方案擬定選擇電路形式及晶體管2023/1/3873、電路參數(shù)的確定：目標：Rg1,Rg2,RdCg,Cd,Cs的確定靜態(tài)工作點的要求---？vGS>VTN>0；vDS>vGS-VTN2022/12/2673、電路參數(shù)的確定：目標：靜態(tài)工作點的2023/1/388883、電路參數(shù)確定的步驟：選定VGSQ，VGSQ>VTN>0,或(1/3~1/5)VCC選定IDQ，VDSQ，并確定Rd；計算Rg1,Rg2；

Rg1,Rg2受到AVs與Ri的限制；檢查，修正參數(shù)；根據(jù)對FL，F(xiàn)H的要求，選擇電容Cb1、Cb2和Cs2022/12/26883、電路參數(shù)確定的步驟：選定VGSQ2023/1/38989畫出帶具體參數(shù)的電路連接原理圖

根據(jù)上述設(shè)計，得到放大器的電路圖如下：調(diào)節(jié)Rp可改變靜態(tài)工作點VB的值2022/12/2699畫出帶具體參數(shù)的電路連接原理圖2023/1/39090五、共源放大器設(shè)計方案仿真驗證Orcad功能簡述Pspice仿真步驟Pspice仿真舉例實驗要求2022/12/261010五、共源放大器設(shè)計方案仿真驗證O2023/1/39191相關(guān)資料教材第3章（3.1~3.3P19~40）視頻文件：01啟動pSpice9.2.avi02畫電路圖.avi03修改元器件的標號和參數(shù).avi04設(shè)置分析功能.avi05仿真前的準備工作.avi06仿真.avi幫助文件！2022/12/261111相關(guān)資料教材第3章（3.1~3.2023/1/392Orcad9.2簡述(ch3-p19)原理圖設(shè)計pSpice仿真模擬和模數(shù)混合電路仿真環(huán)境PCB板仿真環(huán)境可編程數(shù)字邏輯器件分析設(shè)計環(huán)境 pSpice優(yōu)化PCB設(shè)計2022/12/2612Orcad9.2簡述(ch3-p12023/1/393pSpice仿真步驟1.創(chuàng)建工程項目文件2.編輯電路原理圖（畫電路圖）3.設(shè)置仿真分析類型4.仿真分析5.查看仿真輸出結(jié)果從輸出文件中查看仿真結(jié)果__文本結(jié)果用Probe程序觀測__圖形結(jié)果2022/12/2613pSpice仿真步驟1.創(chuàng)建工程2023/1/3942022/12/26142023/1/395仿真舉例–“單級共源放大電路”在F盤下，建立子目錄，如F:\mosex1目錄名和文件名不能有漢字、空格等！選擇AnalogorMixedA/D95創(chuàng)建工程項目文件

選File/New/Project2022/12/2615仿真舉例–“單級共源放大電路”在F2023/1/396961.創(chuàng)建工程項目文件選擇Createablankpro,OK2022/12/2616161.創(chuàng)建工程項目文件選擇Cr2023/1/397971.創(chuàng)建工程項目文件出現(xiàn)圖示界面，完成創(chuàng)建工程項目文件繪圖工作面工程項目管理器2022/12/2617171.創(chuàng)建工程項目文件出現(xiàn)圖示2023/1/398982.1畫原理圖—調(diào)元件

注意快捷工具圖標的使用菜單Place/Part，或圖標，打開元件庫添加元件庫AddLib__Analog、pwrmos、Source提取元件2n7000元件庫說明參見教材3.1.5P24表3.1.42022/12/2618182.1畫原理圖—調(diào)元件

注意2023/1/399992.2元件移動、旋轉(zhuǎn)和刪除

選中元器件：或工具欄的 用鼠標左鍵單擊，此時元器件變?yōu)榧t色

移動：壓住鼠標左鍵拖到合適位置，松開鼠標左鍵

旋轉(zhuǎn)：菜單Edit/Rotate（或快捷鍵Ctrl+R）

翻轉(zhuǎn)：菜單Edit/mirror

刪除：選擇菜單Edit/cut；或按鍵Delete

注意選中元件后,鼠標右鍵的使用；2022/12/2619192.2元件移動、旋轉(zhuǎn)和刪除2023/1/31001002.3畫線

進入：菜單Place/wire或工具欄的

畫線：將光標移到需要連線的起點，單擊左鍵（此時會拖著1根線）；移動鼠標到所需位置，單擊左鍵，如此循環(huán)，直到連線的終點（某元件的引腳）。 結(jié)束：單擊鼠標右鍵結(jié)束

移動、旋轉(zhuǎn)和刪除：與元件操作相同2022/12/2620202.3畫線 進入：菜單Pl2023/1/31011012.4修改元器件標號和參數(shù)方法1：選中元器件，選擇菜單中Edit/Attributes方法2：雙擊該元件符號方法3：雙擊參數(shù)文字特別注意！●

VSIN信號源：AC=15mv、VOEF=0v、

FREQ=1kHz、VAMPL=30mv。●MOS管參數(shù)設(shè)置方法： 選擇菜單Edit/PspiceModel；.modelM2n7000NMOS(Level=3Gamma=0Delta=0Eta=0Theta=0Kappa=0.2Vmax=0Xj=0+Tox=2uUo=600Phi=.6Kp=1.073uW=.12L=2uRs=20mVto=1.73+Rd=.5489Rds=48MEGCgso=73.61pCgdo=6.487pCbd=74.46pMj=.5+Pb=.8Fc=.5Rg=546.2Is=10fN=1Rb=1m)2022/12/2621212.4修改元器件標號和參數(shù)2023/1/31022.5添加網(wǎng)絡(luò)別名選擇菜單Place/NetAlias→Vo

2022/12/26222.5添加網(wǎng)絡(luò)別名選擇菜單P2023/1/31031032.6.保存和自動檢查

保存進行電路規(guī)則檢查、建立網(wǎng)表文件（*.net）：

Pspice/Createnetlist若有問題，屏幕會有指示W(wǎng)indows/SessionLog彈出錯誤提示窗口2022/12/2623232.6.保存和自動檢查保2023/1/31041043.設(shè)置仿真分析類型（Pspice/NewSimulation）3.1.靜態(tài)工作點分析輸出文件更詳細選擇菜單PSpice/NewSimulationProfile

2022/12/2624243.設(shè)置仿真分析類型（Pspi2023/1/31052022/12/26252023/1/3106106仿真—文本結(jié)果

在工程管理項目器PspiceResource中擊活Bias，鼠標右鍵MakeActive菜單Pspice/Run查看文本輸出Pspice/viewoutputfile,或輸出文本文件2022/12/262626仿真—文本結(jié)果在工程管理項目器2023/1/3107ID1.58E-03VGS1.95E+00VDS5.69E+00VBS0.00E+00VTH1.73E+00VDSAT2.21E-012022/12/2627ID1.58E2023/1/31083.設(shè)置仿真分析類型3.2.瞬態(tài)分析（時域分析）TransientRunto4msStartsavingdata0msMaximumstep10us單擊“應(yīng)用”，“確定”返回。1082022/12/26283.設(shè)置仿真分析類型3.2.2023/1/3109109波形和曲線結(jié)果擊活Transient,Pspice/RunTrace/Add

鍵入V(Vs:+),V(Vo),看波形。2022/12/262929波形和曲線結(jié)果擊活Transie2023/1/31103.2.瞬態(tài)分析（時域分析）

TransientAnalysis2022/12/26303.2.瞬態(tài)分析（時域分析）

T2023/1/31113.設(shè)置仿真分析類型3.3.交流小信號分析（頻域分析）ACSweepStart10HzEnd100MegPoints/Decade101Logarithmic選：Decade單擊“應(yīng)用”，“確定”返回。故障原因分析---NoACsources--ACSweepignored1112022/12/26313.設(shè)置仿真分析類型3.3.2023/1/3112故障原因分析---NoACsources-ACSweepignored2022/12/2632故障原因分析---NoACsou2023/1/31133.3.交流小信號分析（頻域分析）

ACSweep2022/12/26333.3.交流小信號分析（頻域分2023/1/3114114波形和曲線結(jié)果擊活A(yù)CSweep,Pspice/Run觀測幅頻響應(yīng)曲線：Trace/Add：db(V(Vo)/V(Vs:+))Trace/Cursor/Display激活游標測中頻增益用游標找到增益下降3dB，對應(yīng)頻率為上限頻率或下限頻率*觀測相頻響應(yīng)曲線：Vp(Vo)-Vp(Vs:+)觀測輸入電阻的頻率響應(yīng)：Trace/Add：Ri=V(Vi)/I(Vs)Trace/Cursor/Display激活游標測中頻輸入電阻2022/12/263434波形和曲線結(jié)果擊活A(yù)CSwee2023/1/31151152022/12/2635352023/1/31161162022/12/2636362023/1/3117117求解輸入阻抗仿真方法與對幅頻特性相應(yīng)的分析類似；但具體公式不同。2022/12/263737求解輸入阻抗仿真方法與對幅頻特性2023/1/31182022/12/26382023/1/3119119求解輸出阻抗

修改電路：令Vs=0，信號源短路，取掉負載RL，外加一個信號源VSIN(400mv)

其他步驟與“輸入電阻的頻率響應(yīng)”分析相同Ro=V(Vo)/I(Vs)2022/12/263939求解輸出阻抗修改電路：2023/1/3120120求解輸出阻抗2022/12/264040求解輸出阻抗2023/1/3121求解輸出阻抗2022/12/2641求解輸出阻抗2023/1/3122122五、電路參數(shù)的調(diào)整方法vGS>VTN>0；vDS>vGS-VTN如果出現(xiàn)VCQ

VCC，說明晶體管工作在截止狀態(tài)；如果出現(xiàn)VCEQ

0.5V，說明晶體管已經(jīng)飽和。當VCEQ＝正幾伏說明晶體管基本工作在線性放大狀態(tài)。但Q點不一定是最佳的，還要進行動態(tài)波形觀測。

對于一個新設(shè)計的放大器，可能有些指標達不到要求，這時需要調(diào)整電路參數(shù)。1.靜態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整2022/12/264242五、電路參數(shù)的調(diào)整方法vGS>2023/1/31231232.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整若vo波形的頂部被壓縮這種現(xiàn)象稱為

說明Q點偏說明IBQ偏ICQ偏應(yīng)調(diào)節(jié)，使其變使放大器的輸出vo不失真。截止失真低小小RB1小2022/12/2643432.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整若2023/1/31241242.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整若vO波形的底部被削波這種現(xiàn)象稱為

說明Q點偏說明IBQ偏ICQ偏應(yīng)調(diào)節(jié)，使其變使放大器的輸出vo不失真。飽和失真高大大RB1大2022/12/2644442.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整若2023/1/3125125五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改Ri3、如何調(diào)整電壓放大倍數(shù)AV？↑2022/12/264545五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改Ri2023/1/3126126五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改4、如何調(diào)整放大器的下限頻率fL？

希望降低放大器下限頻率fL，根據(jù)電容計算式，也有三種途徑，即

不論何種途徑，都會影響放大器的性能指標，只能根據(jù)具體指標要求，綜合考慮。

2022/12/264646五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改4、2023/1/3127五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改1275、負反饋對放大器性能有何影響？2022/12/2647五.電路參數(shù)的調(diào)整與修改475、2023/1/3128負反饋對放大器性能的影響分析？引入電流負反饋后，放大器的電壓放大倍數(shù)將下降，其表達式為

式中，F(xiàn)為反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)；AV為無負反饋時的電壓放大倍數(shù)。引入負反饋后，雖然電壓放大倍數(shù)下降，但可以改善放大器的其它性能。2022/12/2648負反饋對放大器性能的影響分析？2023/1/3129負反饋對放大器性能的影響分析？負反饋放大器的上限頻率fHF與下限頻率fLF的表達式分別為可見，引入負反饋后通頻帶加寬。2022/12/2649負反饋對放大器性能的影響分析？2023/1/3130負反饋對放大器性能的影響分析？電流串聯(lián)負反饋放大器實驗表明，RF取幾十歐姆，可以明顯地提高放大器的輸入阻抗，降低放大器的下限頻率，改善非線性失真。2022/12/2650負反饋對放大器性能的影響分析？電流串2023/1/3131131設(shè)計與仿真要求（1）完成單管放大器設(shè)計---p88設(shè)計課題（2）在Schematics中畫出電路圖（3）從輸出文件中查看靜態(tài)工作點仿真結(jié)果：Ib、Ic、Vbe、Vce（4）用Probe程序觀測觀測輸入、輸出電壓波形，并計算電壓增益Av（5）觀測幅頻響應(yīng)曲線：db(V(Vo)/V(Vs:+))，

測中頻增益、上限頻率fH和下限頻率fL

（6）觀測輸入電阻的頻率響應(yīng)：Ri--V(Vi)/I(Vs)（7）觀測輸出電阻的頻率響應(yīng)：Ro--V(Vo)/I(Vs)（8）觀察非線性失真現(xiàn)象

(9)分析電流負反饋電阻的加入對電路性能指標的影響；（10)三極管特性曲線的仿真；（p50選做2分）（11）差分放大器電路特性的仿真（選做2分）2022/12/265151設(shè)計與仿真要求（1）完成單管放大2023/1/3132132舉手驗收：（驗收2.1）驗收要求：實驗電路圖（單管、三極管特性曲線（選）；差分（選））仿真波形結(jié)果分析；2022/12/265252舉手驗收：（驗收2.1）驗收2023/1/3133133實驗報告：（報告2.1）

實際項目數(shù)據(jù)（仿真結(jié)果）---目錄實驗報告（電子稿_word格式）以學(xué)號+姓名命名打包文件發(fā)送到教師郵箱；打印實驗報告、手寫簽名、上交實驗報告；2022/12/265353實驗報告：（報告2.1）2023/1/3134

根據(jù)設(shè)計仿真，得到放大器的電路圖與參數(shù)：2022/12/2654根據(jù)設(shè)計仿真，得到放大器的電路圖2023/1/3135135六、電路的安裝首先在面包板上組裝好電路，參考上圖搭接好實驗測試平臺。

-看錄像參考:/../實驗課堂/單管放大..然后進行電路調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試2022/12/265555六、電路的安裝首先在面包板上組裝2023/1/3136六、電路的安裝136/dzxl/KeTang02/ketang02.html2022/12/2656六、電路的安裝56http://ed2023/1/31372022/12/26572023/1/3138六、電路的安裝1382022/12/2658六、電路的安裝582023/1/3139電路的調(diào)試步驟檢查電路連接—磨刀不誤砍柴工！靜態(tài)測試；動態(tài)測試；整機聯(lián)調(diào)；1392022/12/2659電路的調(diào)試步驟檢查電路連接—磨刀不誤2023/1/3140故障排除的方法看輸入看輸出查電源---預(yù)留測試管腳與測試連線查連線----信號循跡法；對分搜索法查器件，查儀器---替代法；對比法；1402022/12/2660故障排除的方法看輸入602023/1/31411.靜態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（1）接通電源，將電路輸入端接地，測量電路的靜態(tài)工作點。（2）用萬用表直流電壓檔，分別測量晶體管的B、E、C極對地電壓VBQ、VEQ及VCQ。（3）一般VBQ＝（3～5）V，VCEQ＝正幾伏。如果出現(xiàn)VCQ

VCC，說明晶體管工作在截止狀態(tài)；如果出現(xiàn)VCEQ

0.5V，說明晶體管已經(jīng)飽和。（4）調(diào)節(jié)電位器RP1，使VCEQ＝正幾伏，此時說明晶體管基本工作在線性放大狀態(tài)。但Q點不一定是最佳的，還要進行動態(tài)波形觀測。2022/12/26611.靜態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（2023/1/3142調(diào)試問題舉例1421.電路設(shè)計仿真正常，但VCQ≈VCC原因分析1：RB1等未正常連接，導(dǎo)致Q點異常，VBQ亦不正確；2022/12/2662調(diào)試問題舉例621.電路設(shè)計2023/1/3143問題舉例原因分析2:Rf，Re未正常連接導(dǎo)致異常---VBQ正確，但VEQ不正確；1432022/12/2663問題舉例原因分析2:Rf，Re未2023/1/31441.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（5）給放大器送入規(guī)定的輸入信號，如ViPP=28mV，fi=1kHz的正弦波。（6）用示波器觀察放大器的輸出vo。若vo波形的頂部被壓縮，這種現(xiàn)象稱為截止失真，說明Q點偏低，應(yīng)增大基極偏流IBQ，即增大ICQ。若vO波形的底部被削波，這種現(xiàn)象稱為飽和失真，說明Q點偏高，應(yīng)減小IBQ，即減小ICQ。2022/12/26641.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（2023/1/31452.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（8）增大輸入信號（如ViPP=120mV），vo無明顯失真，或者逐漸增大輸入信號時，vo頂部和底部差不多同時開始畸變，說明Q點設(shè)置得比較合適。（7）調(diào)節(jié)RB1，使放大器的輸出vo不失真。（9）此時移去信號源，分別測量放大器的靜態(tài)工作點VBQ、VEQ、VCQ，并計算VCEQ

、ICQ。2022/12/26652.動態(tài)調(diào)試：Q點測量與調(diào)整（2023/1/3146故障舉例2故障現(xiàn)象：工作點正常，輸入信號正常，但輸出無信號；146解決方法：信號循跡法2022/12/2666故障舉例2故障現(xiàn)象：工作點正常，輸入2023/1/3147怎樣調(diào)到“最大不失真”？為了得到最大動態(tài)范圍，應(yīng)將靜態(tài)工作點調(diào)在交流負載線的中點。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號的幅度，并同時改變靜態(tài)工作點，用示波器觀察，當輸出波形同時出現(xiàn)削底和縮頂現(xiàn)象時，說明靜態(tài)工作點已調(diào)在交流負載線的中點。然后反復(fù)調(diào)整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真

2022/12/2667怎樣調(diào)到“最大不失真”？為了得到最大2023/1/3148148七、主要性能指標及其測試方法晶體管放大器的主要性能指標有電壓放大倍數(shù)AV

輸入電阻Ri

輸出電阻Ro

通頻帶BW＝fH－fL2022/12/266868七、主要性能指標及其測試方法晶體2023/1/314903一月2023七、主要性能指標及其測試方法注意：各儀器與實驗電路的“共地”問題！2022/12/266926十二月2022七、主要性能指