《电子实习--模拟部分》实验一：共射放大器分析与设计

1、电子实习“模拟部分实验报告组员：10031035周子为10031029邱华鑫 10031028 黄倩班级：100322北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院2013年4月实验一：共射放大器分析与设计1. 目的：(1) 进一步了解multisim的各项功能，熟练掌握其使用方法，为后续课程 打好基础。(2) 通过使用multisim來仿真电路，测试如图1所示的单管共射放大电路 的静态工作点、电压放大倍数、输入屯阻和输出电阻，并观察静态工作 点的变化对输出波形的影响。(3) 加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响。(4) 观察失真现象，了解其产生的原因。2.步骤：(1) 请对该电路

2、进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。(2) 请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。（3）请利用软件提供的各种测量仪表测岀该电路的输岀电阻。（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。（5）请利用交流分析功能给岀该电路的幅频、相频特性曲线。（6）请分别在30hz、lkhz、lookhz、4mhz和100mhz这5个频点利用示波 器测出输入和输出的关系，并仔细观察放大倍数和相位差。（提示：在上述实验步骤中，建议使用普通的2n2222a三极管，并请注意信 号源幅度和频率的选取，否则将得不到正确的结果。）3.问题:（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工

3、作状态。（2）详细说明测量输入电阻的方法（操作步骤），并给出其值。（3）详细说明测量输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值。（4）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤）。（5）根据得到的幅频特性曲线，利用作图器的标尺功能，指出该电路的ft 和 fh （3db）o（6）将得到的30hz、lkhz、lookhz、4mhz和100mhz这5个频点的输入和输出关系和刚才得到的幅频、相频特性曲线对比，你有何看法？*（7）试改变原电路中某些电阻的阻值，以达到改变静态工作点的目的。并分 别使电路产生截止失真和饱和失真，给出这时的电路原理图及其元件值。试利用直流工作点分析来说明产生这种现象的原因

4、（8）请分析并总结仿真结论与体会。4.实验现象及结论：-bf (=> i b lljjia | i o ® j（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。grapher viewfile edit view graph trace cursor legend tools help 音o|峋曲匡1血風|人】人|倒qqdc operatng point | dc opabng pont dc operating pom idesig rddc operating pointdc operating port9.10049v(4)2.33452v(52.95339selec

5、ted diagram:dc operating point由图知v/%-岭=0.61887, v匕=6.76597,发射结正偏,集电结反偏，因此可知管子工作在放大区。（2）详细说明测量输入电阻的方法（操作步骤），并给出其值。方法：将万用表串联接入输入端一交流电压源与电阻之间测电流（如图），测得输入电流，输入电压由电压源取值可知，由欧姆定律可以求得输入电阻。w：“ detl mufemn 1q 阿 aeu<» cu auuto trao looho w41 qi 町&sbei03 s>一.匚匸 。 / ?输入电压为10mv,由图可知输入电流为2.406/a因此可得

6、输入电阻lomv2.406/a=4.16kqo（3）详细说明测量输出电阻的方法（操作步骤），并给岀其值。方法：分别测出带负载电阻位时的输出电压与负载开路时的电压吒，则叫. ftwgnl tbp< kiew£<m mcu ji«nj4u tr>c$iefiooisb<pom qpbom tfado« 比卞x0" ar町字阳 s3 o (b妨 f- q > ?x 1 % r > n x ：detr j 対itrm&dlotjjtrm&dlottwc3muhmwe xmm1ii*175 9s2 mv|

7、7;ea 丄 gj4 -0 ;<：wo（一】53 $clfi compwftj copefli 1dxy 1： $wiu>rg+ m032#qt9b3q9 fflw | j 宅; q q ?qe3czj|j祜cd 口fo x 0 | | % 4 f 4 4b 1 © d应 mj«l«0 3®vcc t638 3wmv由以上可以知道，负载工作是电压为75. 952mv ,负载开路电压为638-39碱由此可以知道输出电阻2（品zohig（4）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤）。方法一：将波特仪接入电路的输入和输出端（如下图），运

8、行电路，显示波特仪，可以得到电路的幅频、相频特性曲线如图;bode plotter-xbpllmhz1-199.489 d8叵3modemaomtude | phasehorizontalverticalf 1| 令 thz f 200dbi 1mhz i -200dbcontrolsreverse save set )+ ) inout -bode plotter-xbplmode lmhz0.08 degmagnitudephase log un log】【5 1f 1壬 |thzf|720degi |1|mhzi 卜 720j deghorizontalverticalcontrolsq

9、rever»e save set. j【 + §) in -+ out -kjft & £<fcmcu smutrioohb»pom qpeiomhdpder* j aqtshqq9- flb習a q ?eu|i方法二 通过multisim交流分析功匪分析输入输出细得到如下曲线:grapher viewg旦 feslfile edit view graph trace cursor legend tools helpi"| *9 x ra曲込.人| q q較冏愆愆勺 ai r> c ®dc operating po

10、int i dc operating pont | dc operating pont | bode plotter-xbpl ac analy» |designlac analysis100m100 0m10g 100g28 0 82 0 280 0 1 ok 4 6k 28 ok1 omfrequency (hz)v(2)104 628 0 82 0 280 0 1 ok 4 6k 28 0kaap) ases1 om100m100 0m< t 110g w0gfrequency (hz)selected trace:v(6)（5）根据得到的幅频特性曲线，利用作图器的标尺功

11、能，指岀该电路的ft和 fh (3db)o根据得到的幅频特性曲线，将标尺先放在幅度最大值处，记下db值，移动标尺，可看到随标尺位置的改变db值也在改变，将标尺放在最大值db值-3db的位置，记下此时的db值，代表了输出降为0. 707倍吋的情况，如图所示。bode plotter-xbplqhj 22.472 ghz-2.986 dbmagnitudephasekonzontaiverbcalc log ip-5 1 1f 1thzf200dbi 1controlsmhzi-200dbreversesavesetmode+ in +out由图可知fl=20. 309hz, fh=22. 472

12、ghz(6) 将得到的30hz、lkhz、lookhz、4mhz和100mhz这5个频点的输入和输出关 系和刚才得到的幅频、相频特性曲线对比，你有何看法？5个频率点的输入输出关系如图：f=lkhzf=30hzt2-t1timechannel.achannel-b0.000 s0.000 v556.244 uv0.000 s0.000 v556.244 uv0.000 s0.000 v0.000 vchannel ascale: 10 mva>vypos.fdiv): 0ac j： 0 回tngoeredge：国毛(aj； b level:o¥stngte normal jfau

13、to ； none |timebasescale: 20 mse x pos.(dw): 0 回add b/d a/b jchannelb scale: y pos.(drv): 0 ac 0匡)zlf=100khzf 二心1hzf=100mhz从以上输入输出关系可以看出，放大器的放大倍数会随着频率的改变而 改变，只有当频率处于中频段的吋候放人倍数比较人口比较恒定，当频率过 大或者过小的时候其放大倍数均会减小。(8)请分析并总结仿真结论与体会。这个实验是我们模拟部分的第一个实验，从这次实验屮，我复习了以前的模 拟屯路的知识，并且对于三极管的使用，又得到一次加强。在实验中，我切实感 受到了输入信

14、号的频率对于三极管的放大作用的影响到底有多么地大。因为当频 率足够地高的时候其放大倍数甚至是小于1的。所以我们以后在设计三极管的放 大电路的时候一定要注意输入信号的频率对三极管的影响，否则所设计的电路不 但不能放大信号，甚至还可能导致信号的减弱。实验二：射级跟随器分析与设计1. 目的：通过使用multisim来仿真电路，测试如图2所示的射随器电路的静态工 作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输 入输出特性的影响。图2参考电路图2.步骤：（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。（2）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。（3）请利用软件

15、提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。（4）请利用软件提供的各种测量仪表测岀该电路的幅频、相频特性曲线。（5）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。（6）用瞬态分析法分析其电压跟随器特性，随意改变负载电阻阻值，观察输岀特性有何变化。3. 实验现象及结论:（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。grapher viewdesign 1 dc operating pointdc operating pointselected diagram:dc operating point由图片可知该三极管的发射结正向导通，集电节反向截止，三极管工作 在放大区。（2）请利用软

16、件提供的各种测量仪表测岀该电路的输入电阻。方法：将三用表串联接入输入端一交流电压源与电阻z间测电流（如图）， 测得输入电流，输入电压由电压源取值可知，由欧姆定律可以求得输 入电阻。爲 designl multisim (designl t> d (0 餌 qqqibmukimeter-xmml1 025 uaxmm1v2:c2：rdfub<fi22n2222a< 10mvrmsr3 53kq：c1t卜10pfs'r4：:4.7kqh3lnlnll»3lp!js田魁2d-;屮斤怙 components | copper layers | smulabon 使用

17、电流表测得电路的输入电流为l.025“a ,则输入电阻r,n=iva=9.76kq（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。方法：分别测出带负载电阻心时的输出电压与负载开路时的电压，则输出电阻rom*rlx ¥a0 q 合 g0»1i打ua bisj«ii wi- i *也啓q a1>*a jyi ria ooa »3a 0v2 fii i i £ fi s3 j sslfzila-d a .-jxa e.sqbh&f £ a nllfio 丨 i > ： j i: k : 0 w j aqt* co

18、 esbidgei1 sd召習 一p fi> ?© 一.» r < x 05% jb 加 i" e*mcuiooh bepo«li qpikxh 恪卄由以上可以知道，负载工作是电压为9. 653mv,负载开路电压为9. 929mv,9 929由此可以知道输出电阻2（亦亍叩000 = 2&59。（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。方法一：将波特仪接入电路的输入和输岀端（如下图），运行电路，显示波bode plotter-xbplmode magnitudehorizontalcontrolsphaseloo

19、 irlin f 0dbi -200d6reverse save set. jcs lrnhz'ni34.812dbs3bode plotter-xbplmodemagnitudephase1horizontalverticall 55 loo kbn f1ghzf720degi1mhzt720degcontrols特仪，可以得到电路的幅频、相频特性曲线如图;以上两图为使用波特仪测得的电路的频率幅频、相频特性曲线。(5) 请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。aaadesig100m10000m1000100k10000k1000m100gboderesuk72000000

20、1-720001.00m100.00m10.001.00k100.00k10.00m1.00gs ooo 三-10000 e -200 00frequency (hz).bode resukselected trace:bode result如图为使用软件的交流分析功能得到的电路幅频、相频特性曲线(6) 用瞬态分析法分析其电压跟随器特性，随意改变负载电阻阻值，观察 输出特性有何变化。r=lkr=4.7kr=10kr 二 im图像中可以看到，虽然输出电阻从1kq变化到了 1mq但是其输入曲线几乎没有变化，说明此电路的输岀可以很到地跟随输入，即使输出电阻发生了变化, 其输出电压也基本没有变化。实验

21、三：差动放大器分析与设计1. 目的：(1) 通过使用multisim来仿真电路，测试如图3所示的差分放大电路的静 态工作点、差模电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。(2) 加深对差分放大电路工作原理的理解。(3) 通过仿真，体会差分放大电路对温漂的抑制作用。图32.步骤：（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断电路的工作状态。（2）请利用软件提供的电流表测出电流源提供给差放的静态工作电流。（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入、输出电阻。（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的单端出差模放大倍数。（5）请利用软件提供的各种测量仪表测岀该电路的幅频、相频特性曲线。（6）请利用

22、交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线:。（7）请利用温度扫描功能给出工作温度从0°c变化到100°c时，输出波形的 变化。*（8）根据前面得到的静态工作点，请设计一单管共射电路，使其工作点和 图3电路的静态工作点一样。利用温度扫描功能，给出单管共射电路 工作温度从0°c变化到100°c吋，输出波形的变化，比较单管共射电路 与共射差分电路的区别。3.问题：（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。（2）请画出测量电流源提供给差放的静态工作电流时，电流表在电路中的 接法，并说明屯流表的各项参数设置。（3）详细说明测量输入、输山电阻的方法（操

23、作步骤），并给出其值。（4）详细说明测量差模放大倍数的方法（操作步骤），并给出其值。（5）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤），并分别画 出幅频、相频特性曲线。*（6）对比实验步骤（7）和（8）的结果，你有何结论？（7）对比实验步骤（4）和（9）的结果，你有何结论？（8）请分析并总结仿真结论与体会。4. 实验现象及结论：（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。由图片可知三极管的发射结正向导通，集电节反向截止，三极管工作在放大 区。（2）请画出测量电流源提供给差放的静态工作电流时，电流表在电路中的接法。:« oc>.口三 1e) r 2phcr mc

24、utrtoue* look b»pom qjrtiod cp j aqk- r 巧卩s bqoa ffl) q 8 fi> ?、?sr fl #f aca-p r x e 1 i i % xr电流表的接法如图所示。（3）详细说明测量输入、输出电阻的方法（操作步骤），并给岀其值。输入电阻方法：将三用表串联接入输入端（交流电压源与电阻z间）测电流（如图），测得输入电流，输入电压由电压源取值可知，由欧 姆定律可以求得输入电阻。 ns.n.gts 勺1q * 1“bkutraocwri*b>om qph ado (hpwdj aqi、r p*xom ej 囚 8b打*一tt|vj

25、t q * ?lej» 八d3v3qjjj.输入电压为10mv,由图可知输入电流为529.694/va因此可得输入电阻r.n =20mv529.694/?a=37.76kq o输出电阻方法：分别测出带负载电阻心时的输出电压与负载开路时的电压,则输出电阻roul=(匕1)*应ml mh-swisinissn ffl p< &euc*safrulie trao* ooteifww |bowj *qi町&gbsqs- ffl a ？ge1czj由以上可以知道，负载工作是电压为109.207mv,负载开路电压为trm l799«12°-148mv由此

26、可以知道输出电阻r小器沪)*gg（4）详细说明测量差模放大倍数的方法（操作步骤），并给出其值。方法：如图，在输入电压源与负载电阻两端分别并联交流电压表，分别测量输入电压匕与输出电压匕，则放大倍数为：a二匕。如图，输入电压= 20mv与输岀电压v, =109.207mv,则放大倍数为:a=k=109207 匕 20=5.46 o（5）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤），并分别画 出幅频、相频特性曲线。1使用波特仪得到的幅频、相频特性曲线方法一：将波特仪接入电路的输入和输出端（如下图），运行电路，显示波 特仪，可以得到电路的幅频、相频特性曲线如图；*rrtdqpbc mcu ym

27、uute tracer iooh "pom qfcm wmo» *<»wa “abbott 口 o-yo*00« f-xg3nrsbsiq. a msssrta2二-叱=中ssl.i cenorwl cppr byti i|j、5«bode plotter-xbpl|wbode plotter-xbplmodemagnitudehorizontallog j un、1000thz100phzi -720degphasecontrolsreversesave : sets31s3+ i) out -2. 使用交流分析功能得到的幅频、相频特性

28、曲线dc operabng potit | dc operating point | dc oxrabng po<n | bode pfotter-xbpl | ac analyse ac analysis i由jib x唏鸟|曲耳血冋|込.人q 画愆 o afile edit view graph trace cursor legend tools helpgrapher viewcd 4 628 0 82 0 280 0 10k 28 0 82 0 280 0 1 ok4 6k 23.0k10mfrequency (hz)a&100m100 0m 10g 10.0gab100

29、m100 0m 10g 100gselected trace:v(5)o(6p) seiij.osnl&ew64v(5)买验三ac analysis4 6k 280k10mfreque ncy (hz)(6)对比实验步骤(7)和(8)的结果，你有何结论？1、利用温度扫描功能给出工作温度从0°c变化到100°c时，输出波形的变化。grapher viewfile edit view graph trace cursor legend tools help1050001bode ptotter-xbp11 tenerature sweep temperature swe

30、ep104000aais(>曹o>头验三temperature sweep:00000250.0000psoooooop7500000p10000mtime (s)v(5). tempenture) v(s). temperiture-药 .v(s). t<mperature>50 v(5). t<nrpvature-75 v(5). tempiture-100ei 匕0匕aiselected trace:v(5), temperature=02、所设计的单管放大器及其温度特性曲线w cazine) a 2 cuc# mcu iimuuar ty iooh b&l

31、t;f>omtfimo* 廿rb(9s> ew(1) 单管放大器的静态工作点分析(2) 单管放大器利用温度扫描功能给出工作温度从0°c变化到100°c时，输出波形的变化比较：差动放大电路的温度稳定性好于单管放大电路，对于差动放大电路当 温度变化较大范围的时候其输出仅有细微的变化，而对于单管放大电路，当温度 变化的时候其输入随温度做剧烈的变化。（7）请分析并总结仿真结论与体会。从以上实验结果可以看到，虽然差动放大电路多用了一个三极管使得电路结 构变得更加复杂但是电路也因为另一个三极管的加入而有了很多优秀的性能。比 如其输入电阻更高，输出电阻更低，增加了电路的带载能

32、力，另外电路的温度稳 定性也得到很大的提升，使得温度变化的时候该放大器的输岀基本不变。实验四：集成运算放大器应用1目的:1. 了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点；2. 了解集成运放主要参数的定义，以及它们对运放性能的影响。3. 掌握集成运算放大器的正确使用方法；4. 掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法；5. 掌握根据具体要求设计集成运算放大电路的方法，并会计算相应的元件参数;6. 学习使用示波器dc、ac输入方式观察波形的方法，掌握输岀波形的测量绘 制方法。2 步骤:（1）按上图搭建运放电路，观测放大倍数，并通过调节反馈电阻r5来实现改 变放大器的增益。（2）调整运放的直流工

33、作点，分析输出直流信号的幅度与参考电压的关系。（3）对电路进行温度扫描，分析其温度漂移特性如何。（4）应用ad817搭建积分器，微分器，射随器电路。（5）应用ad817搭建减法器，要求有两路信号输入，经过相减后输出，并写出 减法器输岀电压的表达公式。3 问题：（1）大信号放大的特性与小信号放大特性的区别？（2）运放的重要指标有哪些？（3）运算放大器ad817本身的输入输出电阻是多少？对于整体运放电路，输入 输岀电阻如何估算？（4）运放的温度漂移特性如何，并试冋答原因何在？（5）请分析并总结仿真结论与体会。4 实验现象及结论：（1）按上图搭建运放电路，观测放大倍数，并通过调节反馈电阻r5来实现改

34、 变放大器的增益。通过示波器观察输入输出波形，通过图像及数据观测放大倍数。r5=im 时ns 口 t2-t1time234.103 ms234.103 ms0.000 schanoel-a17.025 mv17.025 mv0.000 vchannd-b17.017 mv17.017 mv0.000 vtriggeredoe:叵七aj vexvlevd:ovtmebasescale: lmsa>vxpos.(div): 0b/a a/bchannel ascale: 20 mvqivy pos.(div): 0 回2 j dc ©channdbscale: 20 mvqivyp

35、os.(div): 0single jormalj(autooscilloscope-xscl由图，此时电路的增益大致为-1改变r5=3kil则电路的增益大致为-3改变r5=500h则电路的增益大致为t/2oscilloscope-xsclreversen stimecharnel achannd-b576.283 ms27.686 mv13.839 mvn sb囹576.283 ms27.686 mv13.839 mvt2-t10.000 s0.000 v0.000 vtmebasechannel achannel bsate: lras/dfvscale: 20 mva>vscale

36、: to mva>vaxpos.(div):0y pos.(0iv): 0y pos.(div): 0丽两b/a a)b j画i? j匹©i1 ext. triggertrigger edge: level:sngte normal由此可得增益为-r5/r4（2）调整运放的直流工作点，分析输出直流信号的幅度与参考电压的关系。 静态工作点分析r5=1000n vdd=2.5v 时beile edit yiew elace mcu simulate transfer jools reports options window help% jjjcj1rt釣实验ggvccf m 可o勺

37、0 3"实验四tw smk/sr5=1ooos1 vdd=5v 时r5=2000g vdd=2.5v 时从以上的实验结果可得，电路的增益是输出电压相对于参考电压来说的。当增益 不变的时候，参考电压的增大将导致输出电压的增大，反之亦然。（3）对电路进行温度扫描，分析其温度漂移特性如何。利用温度扫描功能，在40度至90度间间隔11个点对电路进行温度扫描分析； 由结果可以看到，随温度的改变，屯路输出几乎完全重合，说明该运放电路的温度特性非常好。gupher viewfile edit view graph trace cursor legend tools help血囤人i© q

38、 4网|您® 0 a叫处b d ©ttnpeoture sweep | temperature sweep | temperature sweep | temperaure sweep | temperature sweep tenperature sweep买验四temperature sweep:2 5400(>园 0>2 52002500024800246000 0000250 0000p5000000p7500000p10000mtime (s)-v(4). tcmpwatureo- v(4). temfmf>ture27_ v(4). tempe

39、rature 14- v(4). tempvaturel_ v(4). tempwbtur<-12r日匕匕匕匕 lselected trace:v(4), temperatu re=-40（4）应用ads 17搭建积分器，微分器，射随器电路。a.积分器oqrl 1£) £* £d«guc« mcu升心lookqptiomj »旦j oa r qs b 3 23 * diru e fi> ?2dezj：>b0 占 tfcjo-1 1 j . 4处！f1trarc s470 iff iii输入为方波则输岀为三角波o5ci

40、lloscope-xsclext. triggerina® s囹-t112 t t ttime0.000 s0.000 s0.000 schannel a399.952pv399.952 pv0.000 vchannel b489.302 mv489.302 mv0.000 vreversesavexpos.qiv)： 0a/bchannel ascale: 20 mvqivy pos.(div): 0回©田 ®channel bscale: 1 v/ovy pos.(div): 0triggerlevel:qvnormal autoedge:因匡区 b |gtj

41、b.微分器m im 1* y a 3 u2 j euc« mcv swate m 丹b«pe*n qpiomosoa 1 ose a q* jb ?qeibabe占枯耳2| t 1 % -fbi屮 maab i f rt wwi sfmorj"jfor mtlp.prw fl> 八dvgnl： sjmubtirg,y* l049 sit iv当其输入为三角波的时候输出为方波。timechannel-achannel.b1 ffld0.000 s41.439 nv1.094 mvn sffi0.000 s41.439 nv-1.094 mvt2-t10.000 s0.000 v0.000 vtmebasescale: 10 msa>vxpos.(div): 0channel ascale: 20 mva>vypos.(div): 0channdb scale: 2 mv/div ypos.(div): 0trigger可a a”cd®roifocinlevel:qvstngie namalautononeedge: £ 七7 b 'extc射随器bea 汩 euc< mcug 1 lookftepom