南京理工大学EDA设计1

1、第 39 页 共 40 页 EDA设计（I）实验报告南 京 理 工 大 学EDA设计（） 实验报告 姓名： 学号： 院系： 电光学院 专业： 电子信息工程 指导老师： 宗志园 实验日期： 摘 要EDA 技术的发展, 大大缩短了电子系统开发的周期, 且已成为开发技术的主流,EDA 综合实验开发, 为培养学生掌握EDA 技术的设计方法和微机控制技术在EDA 设计中的应用提供帮助,EDA 技术作为电子设计领域中的新兴技术,具有传统电子设计方法不可替代的高效、实用优势, 对于理工科, 尤其是电类相关专业学生及设计人员是必不可少的设计工具的熟练掌握这门技术尤为重要,EDA 综合实验的开发充实了专业课程的

2、实验内容, 改进了实验方法与手段, 为学生创建了一个开放式、综合性的实验教学环境, 有利于培养学生的综合能力和创新能力。EDA技术是指以计算机为工作平台，利用EDA仿真软件从概念、算法、协议等开始设计电子系统，将电子产品从电路设计、性能分析到IC版图或PCB版图的设计等大量工作都通过计算机完成。 EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。目前EDA的概念已渗透到机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域。本次的EDA实验是利用multisim11.0软件进行电路仿真，通过对实验的设计、仿真、分析，真正的了解电路的工作原理以及各种电路

3、特性等。关键词：EDA技术 multisim11.0仿真 电路设计目 录实验一 单级放大电路的设计与仿真41、 实验目的4 二、实验原理4三、实验要求4四、实验步骤5 五、数据分析11 六、实验小结11实验二 差动放大电路的设计与仿真121、 实验目的12 二、实验要求12三、实验步骤12 四、数据分析205、 实验小结20实验三 负反馈放大电路的设计与仿真211、 实验目的21二、实验要求21三、实验步骤21 四、实验小结29实验四 阶梯波发生器电路的设计301、 实验目的30 二、实验要求30三、实验原理30四、电路步骤31 五、实验小结39 参考文献39实验一单级放大电路设计1、 实验目

4、的1.掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法；2.掌握放大电路的动态参数的测试方法；3.观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。2、 实验原理三极管在工作正常放大区时，可以起到放大的作用。但三极管工作在放大区 的前提是直流电源为三极管提供合适的静态工作点。如果三极管的静态工作点不合适，则会导致放大出现饱和或截至失真，而不能正常放大。 当三极管工作在合适的静态点时，三极管有电压放大的作用。此时表征放大电路的交流参数为输入电阻，输出电阻以及电压放大倍数。 由于电路中有电抗元件电容，另外三极管PN结也有等效电容的作用，所以，对于不同频率的交流输入信号，电路的电压放大倍数是不同的。电压放大

5、倍数与频率的关系定义为频率特性。3、 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20kHz，峰值5mV, 负载电阻1.8k，电压增益大于50。2.调节电路静态工作点，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.在正常放大状态下测试： 电路静态工作点值； 三极管的输入、输出特性曲线和、 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。4、 实验步骤1、 单级放大电路原理图 图1-1 单级放大电路原理图2、 电路饱和失真输出电压波形图图1-2 饱和失真电压波形图 图1-3 饱和失真的静态工作点值 3

6、、 截止失真输出电压波形图 图1-4 截止失真电压波形图 图1-5 截止失真的静态工作点值 4、最大不失真输出电压波形图 5、 三极管特性测试（1）输入特性曲线 （2）输出特性曲线 6、在最大不失真情况下电路基本参数测定（1）电压增益测定 （2）输入电阻的测定（3）输出电阻的测定（4） 频率特性仿真 5、 数据分析1、 误差分析 2、 实验改进 在实验前对静态工作点的设置进行改进，可使IC 在0.5到2mA之间，VB在3到5V之间，且Uce大于3V，处于这种工作状态的二极管会具有较好的放大效果。6、 实验小结 实验结果有的与理论值有差异，可能是实验仪器与理论不符，导致误差的出现。根据上面的误差

7、分析可知，在计算输出电阻时，理论值与测量值误差较大，一者可能是人为误差，或者是由于静态工作点未设置正确所导致。而整个电路的电压增益，其理论值和实际测量值基本吻合，误差较小。而根据输出特性的曲线簇可测得整个放大电路的交流，而通过Ic/Ib得到的直流，两值相差不大。 由于本实验是第一个实验，而且不熟悉multisim11.0软件，所以第一个实验难度是相当大的，其中失真波形以及输入输出电阻都涉及到了上学期的模电知识，因此再做实验的同时也把模电知识回忆了一遍。实验二 差动放大电路设计一、实验目的1.掌握两种差动放大电路（长尾差动放大电路和带有恒流源的差动放大电路）的静态工作点的调试方法；2.掌握两种差

8、动放大电路的差模电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。了解差模电压放大倍数的频率特性，观察交流参数的特点；注意比较两种差动放大电路差模输入时的各自特点；3.掌握两种差动放大电路的共模电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。了解共模电压放大倍数的频率特性，观察交流参数的特点；注意比较两种差动放大电路共模输入时的各自特点。二、实验要求1.给出差动放大电路原理图。2.给出电路每个三极管的静态工作点值和、值。3.给出双端输入直流小信号时电路的、 、 ，并和理论计算值作比较。4.分析实验结果。三、实验步骤 1、差动放大电路原理图此电路=1.07261/(0.01+0.01)=53.63>

9、50满足要求2、各三极管的静态工作点分析（1）Q1、Q2的静态工作点值和、值测定。由于差动放大电路左右完全对称，两个三极管的静态工作点完全相同，故进行静态分析时，只需要求解一个管子即可 测量输入时的，需要用到直流扫描分析功能，故仍需要重新连接电路，将和转变成直流源由公式得： 同理，在测定时，也需要重新连接电路，将和转化为直流源由公式得：（2） Q3的静态工作点值和、值 测量输入时的，需要用到直流扫描分析功能，故仍需要重新连接电路，将和转变成直流源由公式得，同理，在测定时，也需要重新连接电路，将和转化为直流源由公式得：3、差模输入双端输出的电压增益4、差模输入单端输出的电压增益5、共模输入双端输

10、出的电压增益6、共模输入单端输出的电压增益四、数据分析1、误差分析 2、 实验改进 在计算单端输出时的电压增益时要扣除静态本体，这样会使结果更加准确。同时在计算等效电阻时可以用小信号等效模型。五、实验小结 根据以上的数据会发现，差模输入双端输出和共模输入双端输出的误差较小。而差模输入单端输出的误差较大，可能和实际测量所产生的偏差有关。虽然共模输入单端输出的误差也很大，但是0.0051的测量值已经达到了10-3到10-5的精度要求，因此是可以接受的。实验三 负反馈放大电路的设计一、实验目的1.掌握多级阻容耦合放大电路静态工作点的调试；2.掌握各种反馈（电压、电流、串联、并联）的区别与接入方法；3

11、.了解反馈对电路电压增益、输入输出电阻以及非线性失真的影响。二、实验要求1.给出引入电压串联负反馈电路的原理电路图；2.给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻，并验证AF»1/F。3.给出负反馈接入前后电路的频率特性和、值，以及输出开始出现失真时的输入信号幅度。4.分析实验结果。三、实验步骤1、引入电压串联负反馈电路的原理电路图2、 负反馈接入前电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻（1）测放大倍数：（2）测输入电阻:（3） 测输出电阻4、 负反馈接入后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻（1）测放大倍数：（2）测输入电阻:（3） 测输出电阻： 5、负反馈接入前后的频率特性曲

12、线 （1）负反馈接入前电路的频率特性和、值 （2） 负反馈接入后电路的频率特性和、值 6、负反馈对电路非线性失真的影响（1）负反馈接入前输出开始出现失真时的输入信号幅度为3mv（2） 负反馈接入后输出开始出现失真时的输入信号幅度为75mv四、实验小结 误差分析：结果分析：1、多级放大电路的耦合可以得到更大的电路放大倍数 2、本实验引入了电压串联负反馈，从反馈前后的对比中很容易发现负反馈对电路所起到的作用：（1）负反馈可以扩展通频带。通过反馈前后频率特性的分析，可知通频带有明显扩大。（2）减少非线性失真。由于负反馈的接入，电路输出开始出现非线性失真的信号源幅度明显提升，使反馈接入前失真的信号不再

13、失真。（3）负反馈可以提高增益的稳定性。未引入负反馈时，由于电路中的基极电阻、集电极电阻以及三极管参数等多方面因素影响，电路的放大倍数不稳定。（4）负反馈可以改变电路的输入和输出电阻。将负反馈接入前后的测量数据易知，电压串联负反馈可以增大输入电阻，提高电路的最大不失真电压；减小输出电阻，提供更大的输出电流。（5）负反馈的接入使闭环增益比开环增益在幅度上减小。实验四 阶梯波发生器电路的设计 合作人：孙旭耀（912104210237）一、实验目的1.掌握阶梯波发生器电路的结构特点2.掌握阶梯波发生器电路的工作原理3.学习复杂的集成运算放大电路的设计二、实验要求1、给出阶梯波发生器实验原理图，图中器

14、件均要有型号和参数值标注。2、介绍电路的工作原理。3、给出电路的分段测试波形和最终输出的阶梯波，并回答以下问题： (a)调节电路中哪些元器件值可以改变阶梯波的周期？(b)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？三、实验原理 本实验要设计一个阶梯波发生器，首先利用方波发生器产生方波，经过微分电路得到上、下都有的尖脉冲，然后经过限幅电路留下所需的正脉冲，再经过积分电路实现累加而输出一个负阶梯。一个尖脉冲对应一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变，在下一个尖脉冲到来时积分器在原来的基础上进行积分，因此积分器就起到了累加的作用。当积分累加到比较器的比较电压时，比较器翻转，输出正电压，

15、使震荡控制电路起作用，方波停振。同时，这个正电压使电子开关导通，积分电容放电，积分器输出对地短路，恢复到起始状态，完成一次阶梯输出。积分器输出由负值向零跳变的过程，又使比较器发生翻转，比较器输出负值，这样震荡控制电路不起作用，方波输出，同时使电子开关断开积分器进行积分累加，依次循环，就形成一系列阶梯波。其原理框图如下所示：图4.1 阶梯波发生器原理框图4、 实验步骤（一）阶梯波发生器电路及工作原理1、 方波发生器原理图及波形图先使用一个运放构成滞回比较器，其上下门限电压为，周期的表达式为。通过调整C1和R3的大小来改变方波的周期，根据实验要求，应将方波的周期调至2ms。图4.3 方波发生器电路

16、图图4.4 方波发生器输出波形由图可容易得到方波的周期接近2ms2、 方波发生器+微分电路图方波发生器产生的信号经过微分电路，变成了周期性向上向下的脉冲波形。3、 方波发生器+微分+限幅电路图及波形图利用二极管的单向导电性，构成一个限幅电路。图4.8 限幅电路产生的半边脉冲波形4、 方波发生器+微分+限幅+积分累加电路图及波形图积分累加电路可将前面所得尖脉冲信号进行积分，得到逐级下降的阶梯波。积分电路原理公式为，可以通过调节R7和C3的参数来调整每一级的高度，使每一级的高度为1.5V。图4.9 方波+微分+限幅+积分累加电路图图4.10 积分累加产生的阶梯波形5、 阶梯波发生电路图及波形图 运

17、放741的输出电压约为-14V，调整电阻R9的值即可调整运放U3正向输入端的电位。计算过程如下：对U3的正向输入端应用KCL： 整理可得： 结合调节微分电路的R7和C3的值（调节每节阶梯高度），便可使阶梯波的输出电压范围为0V-9V，阶梯个数为6个。图4.12.1 阶梯波波形图（测电压差）图4.12.2 阶梯波波形图（测周期） 由此可得，输出电压范围为-9V,0V,最高点与最低点电压差为Um-Umin=8.991V，阶梯波周期为T=14.030ms。（二）误差分析周 期：电压范围：产生误差的主要原因是：由于软件所定参数无法准确使T达到2ms，因此会产生误差。另外，因为回零时无法回到准确的零值，

18、在调节U3正向输入端的电位时，其值比-9V稍微小一点以起到缓冲的作用，这也是误差产生的主要因素。（3） 回答问题（a）调节电路中哪些元器件值可以改变阶梯波的周期？I.因为方波周期公式为：，因此周期与R3、C1成正比，和R1正相关，R2负相关。调节R1、R2、R3、C1的参数值可以改变阶梯波的周期。 II.在其他电路中，电容C3的增大以及电阻R6的增大都会改变阶梯波的周期，但同时也会改变每节阶梯高度。(b)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？ 由公式，整理得。输出电压主要受滞回比较器的影响，改变滞回比较器中的电阻R8、R9及R10，即可调节输出电阻，以及改变比较器的阈值电压可以控制输出电压的范围。（4） 改进措施在分布完成各电路后，第一次观察波形使，发现第一条水平线相较于其它水平线较短，如图4.14所示：图4.14 问题波形分析问题后，在D5支路上添加了一个电阻R12，而它对电容放点时间的影响较小，因此既不会影响回零速度，又能延长回零后第一条水平线长度，改善后的波形如图4.16。图4.15 增加电阻R12图4.16 改善后波形5、 实验小结本次实验我们应用几个基