南京理工大学EDA1实验报告(模电部分)

1、京理工大学 EDA课程设计（一） 实验报 业：自动化 班 级： 姓 名： 学 号: 指导老师： 专 2013年10月 在老师的悉心指导下，通过实验学习和训练，我已经掌握基了于 Multisim的电路系统设计和仿真方法。在一周的时间内，熟悉了 Multisim软件的使用，包括电路图编辑、虚拟仪器仪表的使用和掌 握常见电路分析方法。 能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计 和性能分析，掌握EDA设计的基本方法和步骤。 实验一：单级放大电路的仿真及设计，设计一个分压偏置的单管 电压放大电路，并进行测试与分析，主要测试最大不失真时的静态工 作点以及上下限频率。 实验二：负反馈放大电路的设计与仿

2、真，设计一个阻容耦合两级 电压放大电路，给电路引入电压串联深度负反馈，观察负反馈对电 路的影响。 实验三：阶梯波发生器的设计与仿真，设计一个能产生周期性 阶梯波的电路，对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。 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。 关键词：EDA设计及仿真multisim 放大电路反馈电路阶 梯波发生器 42 单级放大电路的仿真及设计 、实验要求 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（峰值10mV）， 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

3、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、调节电路静态工作点（调节电位计），使电路输出信号不失真，并且幅度最大。 在此状态下测试： (1) 电路静态工作点值； 三极管的输入、输出特性曲线和 P、rbe、rce值; 电路的输入电阻、输出电阻和电压增益; 电路的频率响应曲线和fL、fH值。 实验步骤 1、设计分压偏置的单级放大电路如图1-1所示: JBC1 15V K*X -y 0.000 s -30.416 uV T Je * 1 . OrOOO s -30.416 uV TKTl O.OQO f Q.omv 时蒔 逋道B 标度： 200 usjDiv 刻度：ii V/Div

4、 夏嵯： :/ Y轴位移（搐）：-0 塞 乂宜额韬）：0 而1裾抑丽1丽I 50 州Div YMffi移OS)： 0 omiMin *2 度冋 卫口外触发 边沿：T衬回画 水平：0厂 SSCS3OE2Z 图1-3、截止失真输出电压波形图 截止失真时的静态工作点: 电路11 S流工作点 J 直硫工作点 1 丨 367.62136 u 2.32220u v(4) 11,36110 Tvc?) 4,26454 厂（1口） 3.66693 Ubeq=597.62mv,Uceq=7.89417v, lb=2.822uA, Ic=367.621uA. 4、最大不失真输出电压波形图 调节滑动变阻器和信号源的

5、幅值，并不断观察输出端示波器上的波形，在滑 动变阻器划片位于43%勺位置并且信号源为12mV时可以得到最大不失真波形, 如图1-4所示: vet -Fisv： ： Ri - 1 3- u :- :- M - 2 h 中 V ISO I ！ . S 5 ? 町讪隅： IJ5I Tl出* T4T| 时3t O.OOOf O.CBOl D.tBQi e.ESOdiw 6.a0(tf D.tnoD 週谨B瞇I :菱(S : Mm缈曲e : k 2J0 位核梏)：水平：0 I MSlffiQ SKJCSJiraSZ) -：-7 : ：?.： : : :?701 3 7(4) 5.71103 图1-4、最

6、大不失真输出电压波形图 最大不失真时的静态工作点： 电路仁1 直流工作点 直新工作点 569,66604 u 5 J1203U 9.33912 4 V(7) 5 (10) Ubeq=615.27mv,Uceq=3.62729v, lb=5.113uA, lc=568.666uA. P =lc/lb=111.22 5. 动态分析 5.1测试输入特性 I - T： 测试放大电路输入特性的电路如图 -Va 二15 V工：工 T- - - - - - -1 输入特性 DC传输特性 X1 606.67 90IG x2 601 8237m y2 4595 沖 dx 1 * S 55 3il dy -595

7、,S599n 1/dx 535.0000 1/dy -1.67S5M min X 0.0000 ixax X 1.0000 nzLTi y -45.1005P irax y i6,3626rc offset X 0.0000 offset y 0.0000 igi【让 所以: 式 rbe=AuBE/A|B=1.8553m/595.8599n=3.11 kohms 5.2测试三极管输出特性曲线的实验图 11 ; 5.II3UA 输出特性 DC传输特性 拉杆数据： K1 5.170九 yi 569,6155vi x2 5.107 y2 5SS.2725口 dx -296295兀 dy -1330

8、口 1/dx -33.7500 1/dy -744.eO14k min X 0*0000 ixax X S.OOOO nzLT： y -1.33 nvax y 697,5731口 affaer x 0.0000 offset y 0.0000 r ceuCEIC=29.6296m/1.343u=22.1 kohms 6. 测试最大不失真时电压增益 用开路短路法测量输出电阻，并在原电路图上节点3处加一探针，测量输入电阻。 开路短路法如图1 5. 佃uF 2% V1- :ft2 : R1 5% R3 vcc n 佃V VCC RE G3 QI lOuF 2%：: XSCl CilTi-B，. T

9、二 R4 .:XHHi： $ IhO ?% lOuF 2% R6 ilOkfl . 1% 1 5开路短路法测输出电阻 输出电阻万用表数值: 窃万用表-XMM3 276.477 uA -I Ro （理）=R5/rce=10/22=6.875k Q 算得输出电阻为6.973kQ , 相对误差E=1.43% 原电路图1-1，节点3处的探针: 歸T1. 讥-165mV -V(p-p); 33.6 mV VCrrns)? 12,0 mV V1- 7Cdc); i.ieuv :；I： -7.44 uA IZr I(PP)： 16.5 uA j I(rms)i3 5.87 uA -480 pA 频率:5a

10、kHz 经计算得到输入电阻为 2.044kQ，Ri (理)=R2/(R1+R3)/r(be)=1.8951k Q 相对误差E=7.28% 以上误差皆在百分之10以内，可以接受。由于在仿真的过程中，我选用的并不 是理想元件，而是有误差的模拟实际元件，所以也会对实验结果的精确性造成一 定的影响。 6频率特性仿真 对电路中的5节点进行交流分析，可以得到电路的幅频特性曲线和相频特性 曲线，如图1-6所示： 二叵 所选图解：空分析 文件 錨5视 曲淡51 畑 光标 符号说明 工a 帮肋 色育Q X电曲旦圍a 土I二人鮫耳二旦弦會野 A洌於自 示破器船口 I示谶器-XSC1 I赵器-仪11示濾莽xso I

11、示破器船口 I示谀議活口 I示披器-仪I交流分析I交流分析I示谀爲-X 卜 电路1.1 fL=336.1343Hz, 四、实验总结 此次试验， 软件的大致用法， 分析、交流分析。 上限频率 fH=8.0501MHz。 图1-8、幅频和相频特性曲线 从特性图上可以看出Af的最大值，即max y为68.9,用max y的值乘以0.707 即得到上下限频率所对应的幅值，约为48.72。由此可得，下限频率 复习巩固了射级放大器的工作原理，使我熟悉了 Multisim仿真 掌握了三种电路分析方法，分别是直流工作点分析、直流扫描 可以运用 Multisim 软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌 握了 ED

12、A设计的基本方法和步骤。不过实验结果不是很理想，数据的误差较大， 连接电路时采用了大量的虚拟元件，导致模拟时最终结果失准，希望在以后的实 验中能有所改进。 实验二：负反馈放大电路的仿真及设计 、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 （峰 值1mv），负载电阻1kQ,电压增益大于100, 了解阻容耦合电路。 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给出引入电压串联负反馈电路的实验接线图。 2给出两级放大电路的电路原理图。 3给出负反馈

13、接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻，并验 证址Li/f。 4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。 5分析实验结果 、实验步骤 设计阻容耦合两级电压放大电路如图2-1所示 Cl HI- louF d Ic KJ XG js QI f |9M9l9 XKI 6V TC I H * Kjq-A lU 联n s* igF IS R0 g Jgf iN-JIlO r imVrqu: z lOiiHr a* 沁门Lftia c i_il ：iokn1 Ti- lOuF - Kb I411F 沁4 i* 1 T 严 沙 fc 1J .o亠 1 卜J

14、 RS Vi Rii ikO .3S 图2-1、阻容耦合两级放大电路 引入电压串联负反馈后电路图如图 2-2所示: JttCi |R7 VI ft? ven 厂* ver J* Cl HH WuF Hl IR? 1 12 T2-T1 吋间 295.025 ms 345.025 ms 50.000 ms 通道丄 -5.0B3V 5,033 V 10.155 7 通遣B 反可I 保再 I Ext. Trigger 时间 比例 |p ms/Div X位置 0 F/F B/a| a/b 通道A 比例（5 V/Div 泣置|0 acJoTd 通這B 比例 |5 vyoiv t位置 制发 边沿 电平 ir

15、v 0 I 0- r类型 正弦I标堆j自动III君 心 OjiDC 图3-4、方波波形 3、方波发生器+微分电路原理图如图3-5所示: KSC1 :RZ : Wv : WkO 2鶯 fci-nic . 15V VGG VEE R1 VyA : IkQ： : .：2%： ： ： 741 U1 C2 IH- .DZ : : ?0nF : 1H749Alt - VEE -15V ：R4 ： W :jmkQ 7% R5 ,D1: ;31749A 图3-5方波加微分电路原理图 微分电路由电容 C2和电阻R5构成。由方波发生器产生的方波信号, 经过微分电路变为了一个个向上或向下的脉冲波形 其产生波形如图3

16、-6所示: 1 吋间 通道丄 反向 313,400 ms L423 mV 339,400 rms 3,004 uV 保存 20.000 ms 1,426 mV TI T2壬 T2-T1 站示 sa-xsci 时间轴_ 比例丽汕忖23 通道A,通這B融发 比例|5 V/Div比例|5 VjDiv边沿 * 邑厂n |飞| X位置0 Im加载印AIIA血 V位置0i位置0电平F1V AC II 0 d?厂 AC 0 JdTJ 类型正弦标准 1 g动 | Ext. Trigger r 图3-6、方波加微分电路产生波形 4、方波发生器+微分+限幅电路原理图如图3-7所示: 限幅电路由一个二极管构成，所利

17、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。 其产生的波形如图3-8所示: jj T1 匕 T2 T2-T1 吋间 通道丄 通遣-E 441.73S ms 245.913 U7 461.730 ms 320.757 uV 保再 1 20.000 ms 3Z.S14 uV Ext. Trigger 时间卑 比例1 |t ms/Div X位置 0 F/F b/a| a/b 通道A 比例5 V/Div 位置|0 acJoTd r 通這B 比

18、例 |5 vyoiv t位置 AC I OjiDC 制发 边沿 电平 匸丄厂I |a 0 10- c类型正弦I标堆I自动|圧 图3-8、方波加微分加限幅电路产生波形 5、方波发生器+微分+限幅+积分累加电路原理如图3-9所示: .R3 -Wv 5kn 础. 4： .R2 Wr ink(i vcc - ?黑 | IftV - :VCG； I- U1 上 -II lUUnF 旳E -ISV .VEE - Cl XnF 2ti- : :y _|_VEE -: -1SV .ft4 . VA .mokc. -2% :fti AW ：lkfl Th C2 * jniip M - -K 191t :J :

19、R6 2kf 2% fa. R5 Di a -114743 A R7 .7.1， S. .VCC - I vcc 15V 图3-9、方波加微分加限幅加积分累加电路原理图 741 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。 阶梯波每一级下降的高度与 R6和C3成反比，由此可以通过调节 R6 和C3的数值来调整阶梯波每一级高度 其产生的波形如图3-10所示: 岩示 sa-xsci T1 *1* T2 T2-T1 时间轴 吋间 0.000 5 00.000 ms 200.000 rrs 比例 |20 ms/Div X位置fo y/TI B/A I AfB I 通道丄

20、通遣-E 14.1137 -14,119 V -23.236 V 通道A通這B: 比例（5 V/Div比例 |5 VjDiv V位置V位置 AC III fp 广 A匚 I 0- r rwn Ext. Trigger C 保再 制发 边沿nr工厂5, 电平 5 类型正弦；标堆I自动III无 图3-10、方波加微分加限幅加积分电路产生波形 6、阶梯波 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。 完成以上步骤后，按照图3-2连接好电路图，即可产生阶梯波, 如图3-11所示，阶梯波周期约为20ms,电

21、压变化范围在10V左右, 阶梯个数为5个。 T2-T1 时间轴 时间 720,019 ms 620,019 ms 100,000 ms 比例 |10 ms/Div 士 比例 0 WDM 通道/ 通道 -6.344 V -4.274 V 2.07C V 邇道A 反向 X位置|o 叼F加载印口|岬 V位置 AC I I DC 保存 I Ext. Trigger r 1通這B，融发 比例|5 WDiv边沿丁飞h I 5, 0位置 |o电平I V 厂 匚I 0 J5云r类型 正弦I标准I自动|丙 图3-11阶梯波形图 四、实验分析 1.调节电路中哪些元器件值可以改变阶梯波的周期? 阶梯波是由单边正尖脉

22、冲通过积分累加得到，而单边正尖脉冲又 是通过方波经过微分、限幅达到的，所以阶梯波的周期取决于方波发 生器所发出的方波的周期。 方波周期的公式：T=2R4C1*ln ( 1+2R3/R2) 因此，改变R4 C1和R2、R3的值均可以改变阶梯波的周期。 当然，改变阶梯波的输出电压范围和阶梯个数也是会改变阶梯波 的周期的。 A、C1变为原来的2倍: TI + TE总壬 T3E iS3 L.oei ? lOTrElEmV 9L3.lS2rT 原內丨 71&.gTS mi TS&.SLflmi J? 刖斗ms 20 msfDiv 直SA sue： 樹； iSiSB. SIS :5 恥N V:o rro

23、解 irn 可见周期也变为原来的2倍。 B、R4变为原来的2倍时: 周期也变为原来的2倍。 C、R3变为1000倍时: 周期也变为原来的8.53倍。 D R2变为原来的1/1000倍时: iK_B Tl勺堂 T2 +j + 12-Ti 时S 磁 X Sbft舗槪： 61Z.763ri 71.96? riB 169.2CH nw -E.1T3V -4.9M V 工259卩 so EMfPiv 0 r1剧B怕A怛 aasA 融： YifefW（榔： 5 VyOrv 0 运1厂厂直an rn 追辂： 水平： f单决）正早B动尋11 周期也变为原来的8.5倍。 E、C3变为原来的2倍: 可见周期也变为

24、原来的2倍。 F、R1变为原来的10倍: T * TE至兰 T2-r W1W ao.gs? m 55&.1GS mi 凸.356 ms 103.706 m 9.S63V 9畑“ e： KSEt（碍格）： 20 m 引 Dtv :fliSA sue： V融傲樹： JjB 时度:5他N V BieK(ia):o rro 解 inn H左 边谄： 球平： kAE 一 a 極 irG B动无 I 周期变大 G R6变为原来的5倍: 周期变大。 F、当把稳压管由IN749A改为IN4372A时: IX.I 周期变大。 通过分析以上两个二极管的型号得出影响波形图的主要原因是 二极管的稳压值变化了 IN4372A的稳压值是3.011V而IN749A得稳压 值是4.318V。所以D1D2的稳压值与输出波形的阶梯个数成反比。 2.调节电路中哪些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围? 输出电压的范围是由比较器