南京理工大學(xué)eda設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　通過實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，掌握基于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yùn)用Multisim軟件對(duì)模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能分析，掌握EDA設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。Multisim常用分析方法：直流工作點(diǎn)分析、直流掃描

2、分析、交流分析。掌握設(shè)計(jì)電路參數(shù)的方法。復(fù)習(xí)鞏固單級(jí)放大電路的工作原理，掌握靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇對(duì)電路的影響。了解負(fù)反饋對(duì)兩級(jí)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(fù)反饋 階梯波</p><p><b>　　目 次 </b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)一…………………

3、……………………………………………………………………… 1</p><p>　　實(shí)驗(yàn)二………………………………………………………………………………… 11</p><p>　　實(shí)驗(yàn)三……………………………………………………………………………… 17</p><p>　　實(shí)驗(yàn)一 單級(jí)放大電路的設(shè)計(jì)與仿真</p><p><b>　　

4、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)分壓偏置的單管電壓放大電路，要求信號(hào)源頻率5kHz(峰值10mV) ，負(fù)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(diǎn)(調(diào)節(jié)電位計(jì))，觀察電路出現(xiàn)飽和失真和截止失真的輸出信號(hào)波形，并測(cè)試對(duì)應(yīng)的靜態(tài)工作點(diǎn)值。</p><p>　　調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(diǎn)(調(diào)節(jié)電位計(jì))，使電路輸出信號(hào)

5、不失真，并且幅度盡可能大。在此狀態(tài)下測(cè)試：</p><p><b>　　電路靜態(tài)工作點(diǎn)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(yīng)曲線和fL、fH值。</p><p

6、><b>　　二、實(shí)驗(yàn)要求</b></p><p>　　給出單級(jí)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(hào)幅度盡可能大時(shí)的輸出信號(hào)波形圖，并給出三種狀態(tài)下電路靜態(tài)工作點(diǎn)值。</p><p>　　給出測(cè)試三極管輸入、輸出特性曲線和 、 rbe 、rce值的實(shí)驗(yàn)圖，并給出測(cè)試結(jié)果。</p>&

7、lt;p>　　給出正常放大時(shí)測(cè)量輸入電阻、輸出電阻和電壓增益的實(shí)驗(yàn)圖，給出測(cè)試結(jié)果并和理論計(jì)算值進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。</b></p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><

8、p><b>　　實(shí)驗(yàn)原理圖：</b></p><p><b>　　飽和失真時(shí)波形：</b></p><p><b>　　此時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)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(shí)波形：</b></p><p><b>　　此時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)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(shí)波形：</b></p><p><b>　　此時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)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(cè)試三極管輸入特性曲線實(shí)驗(yàn)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(cè)試三極管輸出特性曲線的實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)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(shí)測(cè)輸入電阻：</p><p><b>　　萬用表顯示值：</b></p><p>　　所以，Ri（測(cè)）=4.53kΩ Ri（理）=

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

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

16、><p>　　相對(duì)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(shí)驗(yàn)小結(jié)</b>&l

17、t;/p><p>　　復(fù)習(xí)鞏固了射級(jí)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(diǎn)分析、直流掃描分析、交流分析。可以運(yùn)用Multisim軟件對(duì)模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能分析，掌握了EDA設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。不過實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是很理想，數(shù)據(jù)的誤差較大，希望在以后的實(shí)驗(yàn)中能有所改進(jìn)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)二 負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì)與仿真</

18、p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)阻容耦合兩級(jí)電壓放大電路，要求信號(hào)源頻率10kHz(峰值1mv) ，負(fù)載電阻1kΩ，電壓增益大于100。</p><p>　　給電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋：</p><p>　　測(cè)試負(fù)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(hào)幅度，觀察負(fù)反饋對(duì)電路非線性失真的影響。</p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)要求</b></p><p>　　給出引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路的實(shí)驗(yàn)接線圖。</p><p>　　給出兩級(jí)放大電路的電路原理圖。</p><p>　　給出負(fù)反饋接入前后電路的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻，并驗(yàn)

20、證是否滿足AF1/F，并分析原因。</p><p>　　給出負(fù)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(shí)的輸入信號(hào)幅度。</p><p><b>　　分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</b></p><p><b>　　三、實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)原理圖：&l

21、t;/b></p><p>　　引入負(fù)反饋后實(shí)驗(yàn)原理圖：</p><p>　　引入負(fù)反饋前測(cè)輸入電阻：</p><p><b>　　Ri=916.4Ω</b></p><p>　　引入負(fù)反饋后測(cè)輸入電阻：</p><p><b>　　Ri=7.2kΩ</b></p

22、><p>　　引入負(fù)反饋前測(cè)輸出電阻：</p><p><b>　　Ro=2.5kΩ</b></p><p>　　引入負(fù)反饋后測(cè)輸出電阻：</p><p><b>　　Ro=0.26kΩ</b></p><p>　　引入負(fù)反饋前測(cè)電壓增益：</p><p>

23、;<b>　　Av=222</b></p><p>　　引入負(fù)反饋后測(cè)電壓增益：</p><p><b>　　Av=1</b></p><p>　　引入負(fù)反饋后測(cè)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(dá)到深度負(fù)反

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

25、幅度：</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)約為3mV的時(shí)候輸出開始失真</p><p>　　引入負(fù)反饋后輸出開始出現(xiàn)失真時(shí)的輸入信號(hào)幅度：</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)約為90mV的時(shí)候輸出開始失真</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)小結(jié)</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中采用了電壓串聯(lián)負(fù)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(shí)驗(yàn)三 階梯波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真</p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)數(shù)5個(gè)。(注意：電路中均采用模擬、真實(shí)

27、器件，不可以選用計(jì)數(shù)器、555定時(shí)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(duì)電路進(jìn)行分段測(cè)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(shí)驗(yàn)要求</b></p><p>

28、　　給出階梯波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)原理圖，圖中器件均要有型號(hào)和參數(shù)值標(biāo)注。</p><p>　　介紹電路的工作原理。</p><p>　　給出電路的分段測(cè)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(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　階梯波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)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(gè)數(shù)為5個(gè)，符合實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)小結(jié)</b></p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)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(yùn)算放大器的輸出電壓限幅。當(dāng)運(yùn)算放大器輸出端電壓為正值（vo=Vomax）時(shí)，運(yùn)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(shí)輸出電壓通過R4向電容充電，當(dāng)電容上的電壓等于運(yùn)算放大器的同相輸入端的電壓v+時(shí)，運(yùn)算放大器翻轉(zhuǎn)，此時(shí)運(yùn)算放大器的輸出電壓變?yōu)樨?fù)

33、值（vo=Vomax）。運(yùn)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(dāng)電容上的電壓等于放大器的同相端電壓時(shí)，運(yùn)算放大器又翻轉(zhuǎn)，輸出電壓又變成了正值，這時(shí)又給電容充電。如此不斷地循環(huán)下去，運(yùn)算放大器輸出端的電壓就是一個(gè)方波。</p><p>　　然后接一個(gè)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(gè)二極管限幅，只輸出正值脈沖波形。</p><p>　　接下來接一個(gè)積分累加電路，其積分時(shí)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(gè)尖脈沖到來時(shí)vo再有一個(gè)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(gè)比較器和控制開關(guān)，比較器由一個(gè)運(yùn)算放大器A3和三個(gè)電阻組成，控制開關(guān)

35、由一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和兩個(gè)二極管D4、D5組成。A3的同相輸入端接一個(gè)負(fù)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(fù)值，此時(shí)二極管D5導(dǎo)通，是場(chǎng)效應(yīng)管柵極電壓為負(fù)值，而且這個(gè)負(fù)電壓是場(chǎng)效應(yīng)管處于截?cái)酄顟B(tài)。這時(shí)N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通，對(duì)積分電路沒有影響。于此同時(shí)，二極管D4截止，比較器對(duì)方波發(fā)生器無影響。當(dāng)積分器的輸出電壓不斷降低時(shí)，即階梯的個(gè)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(shí)，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(chǎng)效應(yīng)管的柵極電位為零電位，使場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電容C3很快通過場(chǎng)效應(yīng)管放電，同時(shí)二極管D4也由原來的截止變?yōu)閷?dǎo)通，使A1的輸出值為負(fù)值。即每次A3發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，A1的輸出都為負(fù)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(diǎn)分析、直流掃描分析、交流分析?？梢赃\(yùn)用Multisim軟件對(duì)模擬電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能分析，掌握了EDA設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。掌握了不同類型負(fù)反饋的接法以及對(duì)電路的影響，在實(shí)驗(yàn)二中采用了電壓串聯(lián)負(fù)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(xiàn)</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(yīng)用[J]．電子科技，2004