南京理工大學eda設(shè)計實驗報告

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　通過實驗學習和訓練，掌握基于計算機和信息技術(shù)的電路系統(tǒng)設(shè)計和仿真方法。要求：1. 熟悉Multisim軟件的使用，包括電路圖編輯、虛擬儀器儀表的使用和掌握常見電路分析方法。2. 能夠運用Multisim軟件對模擬電路進行設(shè)計和性能分析，掌握EDA設(shè)計的基本方法和步驟。Multisim常用分析方法：直流工作點分析、直流掃描

2、分析、交流分析。掌握設(shè)計電路參數(shù)的方法。復習鞏固單級放大電路的工作原理，掌握靜態(tài)工作點的選擇對電路的影響。了解負反饋對兩級放大電路的影響，掌握階梯波的產(chǎn)生原理及產(chǎn)生過程。</p><p>　　關(guān)鍵字：電路 仿真 Multisim 負反饋 階梯波</p><p><b>　　目 次 </b></p><p>　　實驗一…………………

3、……………………………………………………………………… 1</p><p>　　實驗二………………………………………………………………………………… 11</p><p>　　實驗三……………………………………………………………………………… 17</p><p>　　實驗一 單級放大電路的設(shè)計與仿真</p><p><b>　　

4、一、實驗目的</b></p><p>　　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) ，負載電阻5.1kΩ，電壓增益大于50。</p><p>　　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，并測試對應的靜態(tài)工作點值。</p><p>　　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

5、不失真，并且幅度盡可能大。在此狀態(tài)下測試：</p><p><b>　　電路靜態(tài)工作點值；</b></p><p>　　三極管的輸入、輸出特性曲線和 、 rbe 、rce值；</p><p>　　電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益；</p><p>　　電路的頻率響應曲線和fL、fH值。</p><p

6、><b>　　二、實驗要求</b></p><p>　　給出單級放大電路原理圖。</p><p>　　給出電路飽和失真、截止失真和不失真且信號幅度盡可能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。</p><p>　　給出測試三極管輸入、輸出特性曲線和 、 rbe 、rce值的實驗圖，并給出測試結(jié)果。</p>&

7、lt;p>　　給出正常放大時測量輸入電阻、輸出電阻和電壓增益的實驗圖，給出測試結(jié)果并和理論計算值進行比較。</p><p>　　給出電路的幅頻和相頻特性曲線，并給出電路的fL、fH值。</p><p><b>　　分析實驗結(jié)果。</b></p><p><b>　　三、實驗步驟</b></p><

8、p><b>　　實驗原理圖：</b></p><p><b>　　飽和失真時波形：</b></p><p><b>　　此時靜態(tài)工作點為：</b></p><p>　　所以，I（BQ）=4.76685uA I(CQ)=958.06700uA </p><p>　　

9、U(BEQ)=0.62676V U(CEQ)=0.31402V</p><p><b>　　截止失真時波形：</b></p><p><b>　　此時靜態(tài)工作點為：</b></p><p>　　所以，I(BQ)=2.07543uA I(CQ)=440.85400uA</p><p>

10、　　U(BEQ)=0.60519V U(CEQ)=5.54322V</p><p><b>　　最大不失真時波形：</b></p><p><b>　　此時靜態(tài)工作點為：</b></p><p>　　所以，I(BQ)=4.33186uA I(CQ)=889.49500uA</p><p&g

11、t;　　U(BEQ)=0.62464V U(CEQ)=1.00749V</p><p>　　測試三極管輸入特性曲線實驗圖：</p><p>　　三極管輸入特性曲線：</p><p><b>　　拉桿數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　由以上數(shù)據(jù)可得r(be)=dx/dy=6.1kΩ</p><p

12、>　　測試三極管輸出特性曲線的實驗圖：</p><p><b>　　直流分析參數(shù)設(shè)置：</b></p><p>　　三極管輸出特性曲線：</p><p><b>　　測β的數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　所以，β=（2.0589 -1.0238）mA / 5uA=207.02</p&

13、gt;<p>　　測r（ce）的數(shù)據(jù)：</p><p>　　所以，r（ce）=981.8496mV / 9.9231uA=98.9458kΩ</p><p>　　最大不失真時測輸入電阻：</p><p><b>　　萬用表顯示值：</b></p><p>　　所以，Ri（測）=4.53kΩ Ri（理）=

14、R1//R5//r(be)=4.69kΩ(R5=150 *54%=81 kΩ)</p><p>　　相對誤差E=（4.69 -4.53）*100% / 4.69=3.4%</p><p>　　最大不失真時測輸出電阻：</p><p><b>　　萬用表顯示值：</b></p><p>　　所以，Ro（測）=8.24kΩ

15、 Ro（理）=R3=8.1 kΩ</p><p>　　相對誤差E=1.7%</p><p>　　最大不失真時測電壓增益：</p><p><b>　　萬用表顯示值：</b></p><p>　　所以，Av（測）= -119 Av（理）= -β（R2//R3）/ r(be)= -125</p

16、><p>　　相對誤差E=4.8% </p><p>　　幅頻和相頻特性曲線：</p><p><b>　　拉桿數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　所以，f（L）=69.4587Hz f（H）=3.8898MHz</p><p><b>　　四、實驗小結(jié)</b>&l

17、t;/p><p>　　復習鞏固了射級放大器的工作原理，熟悉了Multisim仿真軟件的大致用法，掌握了三種電路分析方法，分別是直流工作點分析、直流掃描分析、交流分析?？梢赃\用Multisim軟件對模擬電路進行設(shè)計和性能分析，掌握了EDA設(shè)計的基本方法和步驟。不過實驗結(jié)果不是很理想，數(shù)據(jù)的誤差較大，希望在以后的實驗中能有所改進。</p><p>　　實驗二 負反饋放大電路的設(shè)計與仿真</

18、p><p><b>　　一、實驗目的</b></p><p>　　設(shè)計一個阻容耦合兩級電壓放大電路，要求信號源頻率10kHz(峰值1mv) ，負載電阻1kΩ，電壓增益大于100。</p><p>　　給電路引入電壓串聯(lián)負反饋：</p><p>　　測試負反饋接入前后電路放大倍數(shù)、輸入、輸出電阻和頻率特性。</p>

19、<p>　　改變輸入信號幅度，觀察負反饋對電路非線性失真的影響。</p><p><b>　　二、實驗要求</b></p><p>　　給出引入電壓串聯(lián)負反饋電路的實驗接線圖。</p><p>　　給出兩級放大電路的電路原理圖。</p><p>　　給出負反饋接入前后電路的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻，并驗

20、證是否滿足AF1/F，并分析原因。</p><p>　　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(xiàn)失真時的輸入信號幅度。</p><p><b>　　分析實驗結(jié)果。</b></p><p><b>　　三、實驗步驟</b></p><p><b>　　實驗原理圖：&l

21、t;/b></p><p>　　引入負反饋后實驗原理圖：</p><p>　　引入負反饋前測輸入電阻：</p><p><b>　　Ri=916.4Ω</b></p><p>　　引入負反饋后測輸入電阻：</p><p><b>　　Ri=7.2kΩ</b></p

22、><p>　　引入負反饋前測輸出電阻：</p><p><b>　　Ro=2.5kΩ</b></p><p>　　引入負反饋后測輸出電阻：</p><p><b>　　Ro=0.26kΩ</b></p><p>　　引入負反饋前測電壓增益：</p><p>

23、;<b>　　Av=222</b></p><p>　　引入負反饋后測電壓增益：</p><p><b>　　Av=1</b></p><p>　　引入負反饋后測得反饋電壓為：</p><p>　　所以，輸入電壓約等于反饋電壓，而Af=Xo / Xi F=Xf / Xo，因此，AfF，達到深度負反

24、饋。</p><p>　　引入負反饋前頻率特性：</p><p>　　所以，fL=97.8155Hz fH=210.7371kHz</p><p>　　引入負反饋后頻率特性：</p><p>　　所以，fL=15.8140Hz fH=73.4019MHz</p><p>　　引入負反饋前輸出開始出現(xiàn)失真時的輸入信號

25、幅度：</p><p>　　當輸入信號約為3mV的時候輸出開始失真</p><p>　　引入負反饋后輸出開始出現(xiàn)失真時的輸入信號幅度：</p><p>　　當輸入信號約為90mV的時候輸出開始失真</p><p><b>　　四、實驗小結(jié)</b></p><p>　　本實驗中采用了電壓串聯(lián)負反饋，

26、能夠穩(wěn)定輸出電壓，減小了輸出電阻，提高了輸入電阻，展寬了通頻帶，減小了電路的非線性失真。</p><p>　　實驗三 階梯波發(fā)生器的設(shè)計與仿真</p><p><b>　　一、實驗目的</b></p><p>　　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

27、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。)</p><p>　　對電路進行分段測試和調(diào)節(jié)，直至輸出合適的階梯波。</p><p>　　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。</p><p><b>　　二、實驗要求</b></p><p>

28、　　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(shù)值標注。</p><p>　　介紹電路的工作原理。</p><p>　　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：</p><p>　　(a) 調(diào)節(jié)電路中那些元器件值可以改變階梯波的周期？</p><p>　　(b) 調(diào)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

29、？</p><p><b>　　三、實驗步驟</b></p><p>　　階梯波發(fā)生器實驗原理圖：</p><p><b>　　波形：</b></p><p>　　階梯波周期約為20.126ms,電壓變化范圍在0-10V內(nèi)，階梯個數(shù)為5個，符合實驗要求</p><p><

30、;b>　　方波發(fā)生器原理圖：</b></p><p><b>　　波形：</b></p><p>　　方波發(fā)生器+微分電路原理圖：</p><p><b>　　波形：</b></p><p>　　方波發(fā)生器+微分+限幅電路原理圖：</p><p><b

31、>　　波形：</b></p><p>　　方波發(fā)生器+微分+限幅+積分累加電路原理圖：</p><p><b>　　波形：</b></p><p><b>　　四、實驗小結(jié)</b></p><p><b>　　實驗原理：</b></p><

32、p>　　在方波發(fā)生器中，穩(wěn)壓二極管D1、D2和電阻R1使運算放大器的輸出電壓限幅。當運算放大器輸出端電壓為正值（vo=Vomax）時，運算放大器的同相輸入端的電壓為：</p><p>　　v+=R1*Vomax / （R1+R2）</p><p>　　此時輸出電壓通過R4向電容充電，當電容上的電壓等于運算放大器的同相輸入端的電壓v+時，運算放大器翻轉(zhuǎn)，此時運算放大器的輸出電壓變?yōu)樨?/p>

33、值（vo=Vomax）。運算放大器的同相輸入端的電壓為：</p><p>　　v+=R1*Vomin / （R1+R2）</p><p>　　這是電容通過R4放電，當電容上的電壓等于放大器的同相端電壓時，運算放大器又翻轉(zhuǎn)，輸出電壓又變成了正值，這時又給電容充電。如此不斷地循環(huán)下去，運算放大器輸出端的電壓就是一個方波。</p><p>　　然后接一個由電阻和電容組成

34、的微分電路使方波變成尖脈沖，再接一個二極管限幅，只輸出正值脈沖波形。</p><p>　　接下來接一個積分累加電路，其積分時間很短，使vo幾乎是發(fā)生了突變，尖脈沖過后，積分器輸出端電壓保持不變，下一個尖脈沖到來時vo再有一個突變，則使積分電路的輸出電壓vo為階梯波。</p><p>　　要生成周期性變化的階梯波需要再加一個比較器和控制開關(guān)，比較器由一個運算放大器A3和三個電阻組成，控制開關(guān)

35、由一個場效應管和兩個二極管D4、D5組成。A3的同相輸入端接一個負的參考電壓，在階梯波產(chǎn)生過程中使比較器的輸出電壓為負值，此時二極管D5導通，是場效應管柵極電壓為負值，而且這個負電壓是場效應管處于截斷狀態(tài)。這時N溝道結(jié)型場效應管不能導通，對積分電路沒有影響。于此同時，二極管D4截止，比較器對方波發(fā)生器無影響。當積分器的輸出電壓不斷降低時，即階梯的個數(shù)不斷增加,一旦A3的反相輸入端和同相輸入端的電位相同時，A3發(fā)生翻轉(zhuǎn)，A3的輸出端電壓變

36、為正值。這是二極管D5截止，場效應管的柵極電位為零電位，使場效應管導通，電容C3很快通過場效應管放電，同時二極管D4也由原來的截止變?yōu)閷ǎ笰1的輸出值為負值。即每次A3發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，A1的輸出都為負值，使階梯波的起始波形相同。</p><p>　　調(diào)節(jié)C1、R4可以改變階梯波的周期，T=2R4C1ln（1+2R2 / R3），階梯波周期與R4C1成正比。調(diào)節(jié)電路中的R7C3可以改變階梯波的電壓，且成反比。<

37、;/p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　熟悉了Multisim仿真軟件的大致用法，掌握了三種電路分析方法，分別是直流工作點分析、直流掃描分析、交流分析。可以運用Multisim軟件對模擬電路進行設(shè)計和性能分析，掌握了EDA設(shè)計的基本方法和步驟。掌握了不同類型負反饋的接法以及對電路的影響，在實驗二中采用了電壓串聯(lián)負反饋，能夠穩(wěn)定輸出電壓，減小了輸出電

38、阻，提高了輸入電阻，展寬了通頻帶，減小了電路的非線性失真。了解了階梯波的產(chǎn)生原理以及過程。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 周淑閣,付文紅, 等. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004</p><p>　　[2] 溫平平，賈新章．模擬乘法器的建模及其應用[J]．電子科技，2004