EDA实验阶梯波发生器负反馈放大电路

1、EDA实验报告学号0908佃0228指导老师付文红姓名纪俊彬专业电气工程及其自动化目录实验一单级放大电路的设计与仿真(1)实验目的2(2)实验要求2(3) 实验原理图：2(4) 三种工作状态的直流参数:(5) 正常工作的交流参数 ：5(6) 实验结果分析7(7) 实验感想8实验二负反馈放大电路的设计与仿真(1)实验目的：9(2)实验要求：/9(3)实验原理图.9(4) 有无反馈的工作参数 ：9(5) 负反馈对非线性失真的影响 (6) 实验结果分析 ：14(7) 实验感想4实验三阶梯波发生器的设计与仿真(1)实验目的6-(2)实验要求.16(3) 实验原理图16(4) 阶梯波电路设计过程 16(

2、6) 实验结果分析 19实验总结与收获.22实验一单级放大电路的设计与仿真一、实验目的1、设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率 5kHz(幅度1mV), 负载电阻5.1k Q ,电压增益大于50。2、调节电路静态工作点 (调节电位计 )，观察电路出现饱和失真和截止失真的输 出信号波形，并测试对应的静态工作点值。3、加入信号源频率5kHz(幅度1mV),调节电路使输出不失真，测试此时的静态 工作点值。测电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；4、测电路的频率响应曲线和fL、fH值。二、实验要求1、给出单级放大电路原理图。2、给出电路饱和失真、截止失真和不失真时的输出信号波形图，并给出三

3、种状 态下电路静态工作点值。3、给出测量输入电阻、输出电阻和电压增益的实验图，给出测试结果并和理论计算值进行比较。4、 给出电路的幅频和相频特性曲线，并给出电路的 fL、fH值5、分析实验结果。三、实验原理如1图所示为单级放大电路的实验连接图四、三种工作状态的直流参数(1)饱和失真的波形图如2图图2分析饱和失真的原因在原理图的基础上调节滑动变阻器， 减小Ubc和U be的电位差，由于直流负载线不变而,Ib的电流增大，导致静态工作点Q点向前移动而进入饱和区。图2中的滑动变阻器和正常情况相比，减少了 30K?，于是Ube两端的电压急剧增大导致IB急剧增大,最终使静态工作点进入饱和区。其静态工作点如

4、图3(2)截止失真的波形图如4图I 异ill TimeOaiweLA Ch*nnad_B图4分析截止失真的原因调节电阻R6的电阻值以及输入信号的幅度，增大电阻 Rs的电阻值导致基极电流 Ib减小，最终使得静态工作点下移，当Q点接近截止区时，则电路发生截止失真。 截止失真的静态工作点如图5图5(3)正常工作的波形图如6图图6正常工作的静态工作点如图7五、正常工作的交流参数8和图9(1)输入输出电阻的测量电路如图 输入电阻Ui 1000Rii = i =o 479=2.087KQ输出电阻Roi=003*103=3300.3QR6100k QKey=A50%V212 VU2VC1e-009 WC2卄

5、30uFR33.3kQ1C3430uF2N22191mVrms5kHz0也0M WR111k QR51kQR45.1k QC1丰 10uFJj H6：30uF0 .=1血卜.IrrtVrlTlf-理论计算值为 输入电阻26R2=R6/R1/(r bb+rbe)=50k? /11k? /(0.2k ? +监)=2.169k? 输出电阻Ro2=R3=3.3I?输入电阻的误差为t(RR1)*100%=3.93%输出电阻的误差为100%=0.009%(Ro1- Ro2)W*T %由上述计算可知这次实验的结果可靠性很高， 理论计算值和实际测量值吻合的很 好。F面给出电路的幅频和相频特性曲线如图10AC

6、AnalysisMl12.443Cg69.S04111.14kC. 3frOZdx13 . -4706Mdy5S9Q込1/dtiT4.23Qni/cEy-I.BOSS1.0000EBQIC X1,叭 MOgBu!9JlCiI如M Atinlyus3 OOM10 kM30lFrequefit)- (HLe)图10由幅频的曲线可以看出频率的峰值为98.92dB故可得 fL=812HZ,H=13.47MHZ.六、实验结果分析1、输入电阻的误差来源主要是rbb和rbe的估算以及结电容的忽略造成的。 当三极管的输入信号的频率比较低时， 可以忽略结电容的影响，此时导致输入电 阻的实际值大于测量值；而rbb

7、和rb是我们根据经验得到的数值，固然有较大的 偏差，而且随着三极管的工作时间的延长， 输入电阻也会增加，这些都使得实际 的测量值和计算值产生误差。2、输出电阻的实际测量值略微大于理论计算值，这和真实的情况有些相反，但 是二者的数值基本相等，正常情况下，理论计算值应该大于实际测量值，因为 R3E的阻值特别大，可以看成断路，所以计算时为了方便已经忽略了 FfeE对电路产 生的影响。但是之所以会出现这种现象，可能是忽略了电容而造成的，因为输入 的信号频率还不是很高的，故其电阻不能忽略，加入电容C3的容抗后1由于 Rd3=2*3 i4*f=1.06?所以输入电阻减小了 1欧姆左右，满足实际情况七、实验

8、感想（一）、原理图的设计在原理图的设计过程中，遇到了不少麻烦，首先电阻 R6和R3的阻值不能太小， 如果很小， 会使基极电流较大， 从而使三极管的放大倍数较大， 于是三极管放大 信号的能力减小了， 如果输入信号的幅度过大那么很容易就出现是真的现象。 所 以要增大R6和R3的阻值。反馈电阻R5的阻值不宜过大，否则输出的信号幅度会很小，甚至得不到放大的 效果（二）、输入电阻和输出电阻在测量输入输出电阻时， 同样遇到了很多麻烦， 首先是忘记输入电阻的计算方法， 导致实际的测量值和理论的计算值产生了 700%的误差，最终经过修正发现了错 误，得到了正确的结果。测量输出电阻时， 务必要将输入信断路， 直

9、流短路， 如果直流通路不短路那么测 量的电流值为负值导致结果偏差巨大。做实验时只有认真才能很好的完成任务。实验二、负反馈放大电路的设计与仿真一、实验目的1、 设计一个阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率10kHz幅度1mv）, 负载电阻1kQ，电压增益大于100。2、给电路引入电压串联负反馈，并分别测试负反馈接入前后电路放大倍数、输 入、输出电阻和频率特性。改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的 影响。二、实验要求1、给出两级放大电路的电路原理图。2、 对电压串联负反馈电路，还需给出负反馈接入前后电路的频率特性和fL、fH 值，以及输出开始出现失真时的输入信号幅度。3、对电压串联负

10、反馈电路，给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入和输出电阻，并验证（选作）。4、分析实验结果。三、实验原理图R650%C3430uFR9100k QKey=A212V2I 0 R v3.3k Q50%Q2C4HI-30uFV3ImVrms J10kHzC230uF2N2219R71k QR111k QQ12N221911k QR10R41kQC510uF10R12-Vvv20 QC610uF图11如上图11所示，为一个阻容耦合两级电压放大电路。 Q1和Q2分别为两级放大 三极管，R1为反馈电阻。电路的放大倍数约为 400倍。电路引入了电压串联负 反馈。四、有无反馈的工作参数1、反馈存在时的输入

11、电阻为Ri=9 k?（测量值）其测量结果电路图如图12所示5kin图12崛 bfultimetfer XM反馈消失时的输入电阻为R2=9k?（测量值）其测量结果图如图13所示图13R7：lk3Multimetpf XM .2、反馈存在时的输出电阻为Roi=21?（测量值）其测量结果图如图14所示命 Muil I i met er -X M 图14反馈消失时的输出电阻为Rd2=3.3K?（测量值）其测量结果图如图15所示图153、反馈存在时的放大倍数为I：- =6II其测量电路图如图16所示jflifilZndt.043 mVMuEnjmeter-XlM,-图16反馈消失时的放大倍数为:=345

12、.9其测量结果如下图17频率特性曲线如下图 BESf?-I. 一國却旧S5S：E： 诵M 工口寶诉M惟册倂厉D4U爭壬怎並尅已电直J0呼箱卞5 曉年亍禺眷 XS口 Si3-xsri | T JFSi xsa | 汙适為-KS匚 1乂阴诵*护r|纪俊彬实验二兗流小信号分析ImIQOni妖笑HZ103gJOT ioo- lml DOrnCOM频率fHZ)TINMl对.yi2?1?k22.4来4招1.2S46dx呛1J2.E!E22bii/djc；*. 4M1/dy77 . QS13J.E. X1. DQQCiman xIt.0*000fflirs、ma z y af EAT.X1.E233 订Qd

13、OQoffset.CH)OQ1D0GSrlected TracKV511DOG图18五、负反馈对非线性失真的影响如图18所示为开环时候的电压输出波形，我们很明显的可以看出，该波形 已经发生了非线性失真，他的正半周期明显比负半周期“胖“，负半周期明显比 正半周期”高“。如图19所示为电路闭环时的输出波形，我们可以看到和开环电相比，闭环 电路的波形已经很稳定了，虽然仍有些失真，但是整体上来说非线性失真减少了 不少。T1|申|，JJ J43.9 斗 1 R1S49.441 msT2-T15CO.OQC JSExt. TriggerL时|可 址例15Q 11郢Di丫x iiS p p/T W| R/a

14、|a/b|過道A迪道日屯|T E I外部I比例 50Q mV/Div比例20 mV 叩 ivv位贵|d位亀 p电平冋lvAC| 0 | DC金ACf类型正菠1标准盲药无通富5B3.Z70 ITV583.270 mV-91,239 nV图20六、实验结果分析1、在电路中加入负反馈支路时，如果仅仅串入一个电阻，那么输出波形会发生 漂移，如图21所示为仅串入电阻时的波形图。jjE妇蠢it滌r稣图21如图22为传入电容后的波形图看养X5C1图22由此可见电容对电压的偏移有较大的影响，所以反馈支路一定要加上电容器 2、负反馈可以减小非线性失真。因为引入负反馈后，输出端的失真波形反馈到 输入端，与输入波形

15、叠加，因此净输入信号成为正半周小，负半周大的波形，此 波形放大后，使其输出端正、负半周波形之间的差异减小，从而减小了放大电路 输出波形的非线性失真。但负反馈只能减小放大器自身产生的非线性失真， 而对 输入信号的非线性失真。负反馈是无能为力的。七、实验感想（一）、在做第二个实验时，我遇到的最大的冋题就是反馈支路缺少电容而 造成的曲线漂移，当我用电压表测量时，电压表显示的示数和未接入电容器时的 示数是一样的，因此改了又改，但是还是没有发现问题，直到我的舍友指出了我 的错误，我才意识到这一点！（二）、要引入电压串联负反馈，直接接到第一级放大电路的发射极是不行的， 因为这样会使输出端短路， 反馈效果消

16、失。 所以为了得到反馈效果， 就必须在发 射极那里接一个电阻， 这样就可以得到稳定的输出波形了。 值得注意的是， 那个 电阻的组织不宜过大， 因为过大的电阻会使第一级的放大倍数减小而得不到所要 输出的波形。实验三阶梯波发生器的设计与仿真实验目的1、设计一个能产生周期性阶梯波的电路。2、对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。3、改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压范围和周 期的元器件。、实验要求1、要求阶梯波周期在20ms左右，输出电压范围10V，阶梯个数5个。（注意： 电路中均采用模拟、真实器件，不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用

17、虚拟器件。）三、实验原理图1、方波发生电路如图23VEER450.4k QOF472Q1kR帖IoR2 4AAAr3.9k QR336k Q-15V5D750AVDD0VDD15V图232、阶梯波发生电路如图24图24四、阶梯波电路设计过程1、方波发生电路下图25可得运放输出的波形为方波，并可以求得周期T=2RCIn(1+2Ri/R3)。可以调整C和F4的电容或电阻值来改变方波的周期。方波的周期即为后面阶梯波 每一级之间的时间间隔，因此，调整准方波的周期对于整个阶梯波发生器电路来 说是非常重要的。U1R3KM)D21h7!MI45.40S V5.105 V0.300 VT1 *T2 *T2-T

18、1吋间 t.541 L541 s 100Q s图252、微分电路C30 JiR1 iEild-jR4R2T2-T1HlW如押4 rne-25,136 iHVns-2S；1J5 ijV6軸0 $BLED V2UnF图26经过微微分电路由电容C和电阻R16构成。由方波发生器产生的方波信号，分电路变为了一个个向上或向下的脉冲波形。其输出波形如图26所示。3、限幅电路限幅电路由一个二极管构成，所利用的就是二极管的单向导电性。经过限幅 电路，我们将上一步微分电路所得的尖脉冲波形的负半周滤掉，得到单边尖脉冲波形。如果不滤去负半周的尖脉冲信号，我们后面所得到的波形将仍然是一个方 波，而无法得到阶梯波。其输出

19、的波形如图 27所示。4、积分电路图28积分电路可将前一步所得到的尖脉冲信号进行积分， 得到一级级下降的阶梯 信号。可以说积分电路是阶梯波发生器的核心组成部分。积分电路的原理公式可见阶梯波每一级下降的高度与成反比，由此可以通过调节的数值来调整阶梯波每一级高度，最终使得每一级的高度为2V左右。将积分电路接在限幅电路后面，其输出的波形如图 28所示。5、阶梯波T1 -.ulaiiLi图29由于要求不断产生阶梯个数为5个的阶梯波，所以需要在积分电路输出端电压下降到某一值时使其发生跳变， 这一功能可以用比较器和电子开关来实现。即当电容器充电达到-9.5V左右时，场效应管得到开启，此时电容器 C3放电，

20、使 得8节点的电压升高。场效应管再次截止，重复以上过程便得到了阶梯输出波。 如图29所示为阶梯波发生器的总电路图。六、实验结果分析图301、电子开关原理如图30所示，图中的橙色的波形为 U3端的输出电压，我们可 以看到，当节点8的电压下降到-9.5V时，U3端输出低电平。于是场效应管导通，电容器放电，由于电容器放电导致节点 8的电压升高，场效应管引夹断而截止， 电容器继续充电，从而使电路周而复始的产生阶梯波。2、改变电阻R7、R8、R9的阻值可以改变阶梯波的个数，如图 31所示将电阻R9 的阻值减小一半后，阶梯波的个数减少了一个。侖云波能XSC10n-n吋间轴比例同而兀吋间迪亘 Aji5 31SSjo.ono 9刖LV92.2 J2 idoz nvzoo .000 ms-3A71 V-14*117 V-11.QZ9 V$06-540 UV20(1.000 ms3,472 V-L佃329 V说&仔羯V-195.195 UVY/T 4,.E44B比侧A5 V/tvq一尉疋边沿K _2JYSfiB0 W &电吓|oac| ncdc 二J正弦1标淮1自动1石T外部|图31仔细观