模电仿真实验报告

1、模电仿真实验报告张明一 2014302540027实验一 晶体三极管共射放大电路一、实验目的1、学习共射放大电路的参数选取方法。2、学习放大电路静态工作点的测量与调整，了解静态工作点对放大电路性能的影响。3、学习放大电路的电压放大倍数和最大不失真输出电压的分析方法。4、学习放大电路输入、输出电阻的测量方法以及频率特性的分析方法。二、实验准备已知条件和设计要求如下：1、电源电压 =12V；2、静态工作电流 =1.5mA；3、当Rc=3K, RL =时，要求Vo(max)=3V(峰值)，Av =100；4、根据要求选取三极管，=100200， = =10F, =100F；三、实验内容1、三极管在B

2、IPOLAR库中，元件名称：Q2N2222参数设置方法：激活三极管，右键打开Editpspice model文本框，修改电流放大系数Bf=100(默认值为255.9)，修改 =0.7V（默认值为0.75 V），修改基区电阻 =300(默认值为10)。修改完成后，存盘退出。电容参数为 = =10F， =100F;电阻参数 =3K，其他阻值根据参数计算得出。根据计算及 =1.5mA得实验电路如下：直流通路2、共射放大电路的静态分析 V(Q1:c) - V(Q1:e)1.0V2.0V3.0V4.0V5.0V6.0V7.0VIC(Q1)0.8mA1.2mA1.6mA2.0mA(3.6980,1.501

3、0m)由各节点电压和各支路电流可知，电路基本符合实验设计要求。电路工作在放大区。3、观察输入与输出波形，测量电压放大倍数。输入端加交流信号源 vsin(交流信号频率：3.5KHz，幅值：10mv)。交流通路当RL=3K，交流扫描分析如下： Frequency1.0Hz10Hz100Hz1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHzV(Us:+)V(RL:2)0V200mV400mV600mV(9.822K,482.585m)(9.822K,7.0700m)对比输入和输出电压容易知道，共射放大电路接3千欧负载时电压放大倍数少于100，不满足要求。当RL开路时，交流扫描分析如下：对比输入

4、和输出电压容易知道，共射放大电路负载开路时电压放大倍数大于100，满足要求。当RL=3K时，瞬态分析，放大电路输入、输出电压波形。观察输入输出波形容易知道，电压之间的相位关系为反相。4、观察饱和、截止失真当RL=3K时观察可知波形先出现截止失真。当负载开路时观察可知波形先出现饱和失真。5、输入电阻测量利用交流扫描，得出输入电压和电流在3.5k时的值如下：从图上看出，输入电阻值约为1.67K，接近rbe的阻值6、输出电阻测量把交流电压源改接至负载位置，并设置交流分析，得出输出电压与输出电流的比值曲线如下：由图上标记可知，输出电阻值3 K，等于RC的阻值，符合理论计算。7、放大器的幅频特性，测量放

5、大器的上限截止频率和下限截止频率幅频特性：由图中可以看出：共射放大电路的上限截止频率为82.204Hz，下限截止频率为1.444MHz。8、相频特性四、实验报告要求：1.、单击共射基本放大电路是放大电路的基本形式，为了获得不失真的放大输出，需设置合适的静态工作点，静态工作点过高或过低都会引起输出信号的失真。本实验确定实验参数比较困难，首先根据公式Re=VB/ICQ及VB=(510)VBE=(35)V，那么Re=(23.33)k;由公式I1=(510)ICQ/min，取min=100,那么I1=(0.0750.15)A;易知Rb1=VB/I1(2066.67)k，Rb2(VCC-VB)/I1=(

6、46.67120)k。2、将上面的计算的参数填入刚刚完成的电路图中，将交流源短接，进行静态工作点分析。通过调整各个元件参数使得ICQ=1.5mA。要多次尝试下，这样才可以确定合适的静态工作点了。3、总结静态工作点的选取方法，降低三极管功耗，提高放大器倍数以及扩大动态范围该如何选取静态工作点。为了减小和避免非线性失真，必须合理设置静态工作点Q的位置。当输入信号Vs较大时应把Q点设在输出交流负载线的中点，这时可得到输出电压的最大动态范围。当Vs较小时，为了降低电路的功率损耗，在不产生截止失真和保证一定得电压增益的前提下，可把Q点选的低一些。4、具体的实验过程包括：对电路进行直流分析得到了它的静态工

7、作点；通过对它的调整掌握了静态工作点的变化对放大电路的影响；最后测得了放大电路的放大倍数和最大不失真输出电压的分析方法，并测定放大电路输入、输出电阻以及频率特性曲线。实验二 差分放大电路一、实验目的1、学习差分放大电路的设计方法。2、学习差分放大电路静态工作点的测量和调整方法。3、学习差分放大电路差模和共模性能指标的测试方法。二、实验原理与内容1、差分放大电路的调零及静态工作点的测量当差分放大电路的电路结构对称，元件参数和特性相同时，两个三极管集电极上的直流电位相同。但在实验过程中，由于三极管特性和电路参数不可能完全对称，导致差分放大电路在没有输入时双端输出却不为零。因此需要对差分放大电路进行

8、零点调节。 如图，静态工作电流Ic1q=Ic2q=750.2uA ,Ic3q=1.517mA,Id=3mA.2、差分放大电路电压放大倍数的测量根据直接耦合电路的特性，可以采用直流电压作为差分放大电路的输入信号，很方便的测出差分放大电路点电压传输特性曲线。由电压传输特性曲线可以求出差分放大电路的差模放大倍数和线性工作范围。差分放大电路也可以采用交流新号作为输入信号来测量差分放大电路的电压放大倍数，这时应该注意下列几个方面：（1）对于双输入的差分放大电路，其信号源应该是差模信号输出。（2）由于常用的测试仪器通常有一端接地，因而不能用来直接测试差分放大电路双端输出电压v0，而只能测出输出端对地电压v

9、o1和vo2，然后求出双端输出电压。（3）用交流信号测量电压放大倍数时，信号频率应选在差分放大电路的通频带内，且输入信号幅度不能太大，否则将导致输出波形出现失真。（4）同时观察放大电路输入和输出信号的波形，分析他们的相位关系和输出失真情况。差模电压放大倍数的测量差传输特性曲线：如图，,当输入为零使，输出为14v，很好的抑制了零点漂移，同时结算线性区的线段斜率得Ad1=-（14.950v-13.049v）/（100mV+100mV）=-9.5VBVEVO的输出波形比较：传输特性曲线：观察所得，VE与VB的电压波形同相位，而与VC的波形反相位，验证了BJT 中Vbc反相偏置的特性。共模电压放大倍数

10、的测量传输特性曲线：观察输出特性曲线，发现当输入为零时，静态点略微下漂，但是下漂幅度很小，约为0.0004v，可以忽略，故此时的共模电压增益Avc1=-（14.006-13.995）/（10+10）=0.00055VEVBVO的波形比较观察波形可知，VE与VB同相位，而与VO亦VC反相位，如此说明VCB的反相偏置的特性3、计算共模抑制比由于单端输出Avd1与双端输出时Avd为两倍关系，故可得双端输出的Avd=19，所以只需测量共模电压增益Avc。观察共模信号的输出情况：由转移特性曲线可以发现，共模增益为零，所以共模抑制比KCMR=,与理论值相同。三、实验分析1.当输入为零时，输出为14v，很好

11、的抑制了零点漂移，同时结算线性区的线段斜率得Ad1=-（14.950v-13.049v）/（100mV+100mV）=-9.5。VE与VB的电压波形同相位，而与VC的波形反相位，验证了BJT 中Vbc反相偏置的特性。2.观察输出特性曲线，发现当输入为零时，静态点略微下漂，但是下漂幅度很小，约为0.0004v，可以忽略，故此时的共模电压增益Avc1=-（14.006-13.995）/（10+10）=0.00055。VE与VB同相位，而与VO亦VC反相位，如此说明VCB的反相偏置的特性。3.由转移特性曲线可以发现，共模增益为零，所以共模抑制比KCMR=,与理论值相同四、问题讨论：答：（1）T3,R

12、3，R4，D1，D2等元件在电路中起电流源的作用，提供静态工作电流，对Avd1无影响，由于电流源内阻很大，很好的抑制了共模信号，即大大减小了Avc1,增大了KcmR（2）将毫伏表的另一端接一个输出端，则双端输出电压幅值为此示数的两倍；直接将示波器两端接输出的两端，便得到双端输出波形。（3）为提高共模抑制比，可用内阻大的电流源提供静态电流，增大差模增益，减小共模增益。为减小零点漂移，电路要对称且电流源内阻要大，抑制共模增益实验三 互补对称功放电路一、实验目的1、观察乙类互补对称功放电路输出波形，学习克服输出中交越失真的方法。2、学习求最大输出电压范围的方法。二、实验内容和要求实验电路图如图3-1

13、所示：1、仿真设置瞬态仿真，同时观察输出波形和输入波形，观察在输入Vi过零点时，输出V0发生的现象。为了求出交越失真发生的范围，设置直流扫描分析功能，仿真后得到电压传输特性曲线，在图上标出交越失真发生的范围。从图中读出发生交越失真的输入电压的范围为（-624.161m，583.693m）2、克服交越失真为了克服交越失真将图3-1的电路修改为图3-4所示的甲乙类互补对称功放电路。重新设置瞬态分析，仿真观察输出、输入波形，判断交越失真情况。由上图可知，克服了交越失真。设置直流扫描分析功能，设扫描电压源为V4，扫描范围为-2V到+2V，扫描步长为0.01。仿真观察电压传输特性曲线。重新设置直流扫描分

14、析功能，设扫描电压为V4，扫描范围为-10V到+10V，扫描步长为0.01.仿真观察电压传输特性曲线，标出最大输出电压范围。读出最大不失真输出电压范围为（-4.7103，4.6779）3、甲乙类互补对称功放电路的输出功率设置瞬态仿真，得到如图3-5所示的波形：功率利用Po=Vom*Vom/(2*Rl)，计算、仿真，得到输出功率特性曲线。如图3-6所示：游标显示的y1值即为输出功率Po的值，可知Po=532.463mW.（2）利用Pv=2*Vcc*Vo/(3.14*Rl)，得到功率Pv的特性曲线，启动游标可知直流电源提供的功率Pv=1.7637W。利用函数n=Po/Pv=3.14*Vo/(4Vc

15、c)，启动游标可知功率放大电路的效率为30.19%。同理，输入函数Pt=1/Rl*(Vcc*Vo/3.14-Vo*Vo/4)，可以得到每个功率管的管耗为615.622mW在使用后处理程序对瞬态分析进行后期处理时，要注意输入正确的数学表达式。三、 实验总结1、思考题（1）整理实验数据和波形并将两类电路得响应波形曲线进行比较。由实验可知，乙类互补对称电路会发生交越失真。为了消除此失真，将其更改为甲乙类双电源互补对称电路。静态时，D1、D2上产生的压降为T1、T2提供了一个适当的偏压使之处于微导通状态，由于电路对称，静态时，ic1=ic2，il=0，Vo=0，而有信号时，由于电路工作在甲乙类，即使V

16、i很小，基本上可线性的进行放大。（2）比较两类电路得最大输出范围。存在交越失真时，输出电压的放大范围为（-967.551，979.327）消除交越失真时，输出电压的放大范围为（-4.7103，4.6779）可见最大电压输出范围增加了。（3）考虑如何求解功率放大电路的最大输出功率和效率。当Vo=Vcc-Vces时，功率放大电路存在最大输出功率和效率。实验四 方波三角波发生电路 一、实验目的1、学习用集成运算放大器构成的方波和三角波发生电路的设计方法。2、学习方波和三角波发生电路主要性能指标的测试方法。二、实验内容1、用示波器观察并测量方波的幅值Vom、频率f0及频率调节范围。2、测量三角波的幅值

17、Vom及其调节范围。注意观察在调节过程中波形的变化，并分析其原因。三、实验原理与说明1、方波和三角波发生电路形式的选择 由集成运放构成的方波和三角波发生器的电路形式较多，但通常他们均由滞回比较器和积分电路组成。按积分电路的不同，又可以分为两种类型：一类是由普通RC积分电路和滞回比较器所组成，另一种由恒流充放电的积分电路和滞回比较器组成。 简单的方波和三角波发生电路如图4-1所示。其特点是线路简单，但性能较差，尤其是三角波的线性度很差，负载能力不强。该电路主要用作方波发生器，当对三角波要求不高时，也可以选用这种电路。图4-1 简单的方波和三角波发生器 图4-1所示的电路所产生的三角波线性度差的原

18、因是由于电路中采用了简单的RC积分电路，因此电容C上的充放电是按指数规律进行的。为了改善三角波的线性度，可以用恒流源代替电阻R，使电容C充放电的电流恒定，从而使电容C上的电压线性地上升或下降。图4-2（a）是实现电容C恒流充放电的一种电路。图4-2 恒流源构成的三角波和方波发生器 从图4-2（a）可以看出，它只是一个双向恒流源代替了原电路中的积分电阻R。电路中，结型场效应管和源极电阻R4组成恒流源，4只二极管引导电流方向。当v0的极性为正时，v0经过D2、JFET、D3对电容C充电；当v0得极性为负时，电容C上的电压vc经过D1、JFET、D4放电。其等效电路如5-2（b）所示，因此，无论v0

19、的极性是正还是负，电路都对电容C进行恒流充放电，电容C上将输出线性度良好的三角波。 更常用的三角波和方波发生电路时由集成运放组成的积分器与滞回比较器组成，如图4-3所示。由于采用了由集成运放组成的积分器，电容C始终处在恒流充放电状态，使三角波和方波的性能大为改善，不仅能得到线性度理想的三角波，而且也便于调节振荡频率和幅度。图4-3 方波和三角波发生电路 分析图4-3电路可知，方波和三角波的振荡频率相同，其值为f=14RC R2R1。方波的输出幅度由稳压管Dz决定，方波经积分器积分后得到三角波，因此三角波输出的幅值（峰值）为V0m1=R1VzR2。2、电路中元件的选择及参数确定（1）集成运算放大

20、器的选择由于方波的前后沿时间与滞回比较器的转换速率有关，当方波频率较高（几十千赫兹以上）或对方波前、后沿要求较高时，应选择高速集成运算放大器来组成滞回比较器。（2）稳压管的选择稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，此外方波的振幅和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关，为了得到稳定而且对称的方波输出，通常都选用高精度的双向稳压二极管，如2DW7。R3是稳压管的限流电阻，其值根据所用稳压管的稳压电流来确定。（3）分压电阻R1和 R2阻值的确定 R1和 R2的作用是提供一个跟随输出方波电压而变化的基准电压，并由此决定三角波的输出幅度。所以R1和 R2的阻值应根据三角波输出幅度的要求来确定。例如，已知Vz

21、=6V，若要求三角波的峰值为V0m1=4V，则R1=1.5R2.若取R2=10k，则R2=15k。当要求三角波的幅值可以调节时，R1和 R2则可以用电位器来代替。（4） 积分电路R和C参数的确定R和C的值应根据方波和三角波发生器的振荡频率f0来确定。党分压电阻R1和 R2的组织确定后，先选择电容C的值，然后确定R的阻值。 对于图4-3所示的电路，为了减小积分漂移，应尽量将电容C选得大些。但是电容量大的电容，漏电也大，所以通常积分电容不超过1uf。方波和三角波发生电路的调试方法方波和三角波发生电路的调试应使其输出电压幅值和振荡频率均能满足设计要求。为此可以用示波器测量方波和三角波的频率和幅值。调

22、整电阻R的阻值，可以改变振荡频率f0；调整R1和 R2的阻值，可以改变三角波的输出幅度。3、在Pspice中输入所设计的方波和三角波发生电路，进行如下仿真分析：实验电路图（1）仿真分析方波和三角波的输出波形；所得的方波和三角波幅值为：Vom1=3.6392V Vo=7.9366V（2）仿真分析运放组成的滞回比较器的电压传输特性。四、实验总结1、在坐标纸上画出所记录的方波和三角波波形，并标明时间和幅值。 三角波幅值为：Vom1=3.6392V 方波幅值为：Vo=7.9366V 周期为T=1.3494mHz2、分析实验中所遇到的现象。没有用uA741，使得输出波形是个过0的直线；运算放大器没有接12V电源，使得输出是不过原点的直线;频率过高，调R减小；三角波的幅值过大，调R1减小；方波的幅值高，调稳压管，仍然高，调R3增大实验五 正弦波振荡电路一、实验目的 1、加深理解正弦波振荡电路的起振条件和稳幅特性。 2、学习RC桥式正弦波振荡电路的设计和调试方法。二、实验内容 1、由公式f01/（2RC）可知，当C0.047uF时，R6.8K。又R1（3.1/2.1）R10K，R310k，R221k。 2、根据1中的数据，在pspice软件中绘制下面的电路图并修改各元件的参数。设置瞬态仿真后可得到下图所示的图像一个周期的波形