[工学]南京理工大学EDA1实验报告

1、 EDA设计（一）实验报告实验一 单级放大电路的设计与仿真一 .实验要求 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。 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。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；2、 三极管的输入、输出特性曲线和-、Rbe、Rce值；3、电路的输入电阻、输出电阻和电压增益； 4、电路的频率响应曲线和fL、fH值。 实验原理 三极管在工作正常放大区时，可以起到放大的

2、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。电压放大倍数与 频率的关系定义为频率特性。单级放大电路原理图实验步骤1.调节电路静态工作点（调节电位计Rw），用示波器观察电路出现饱和失真、截 止失真和使电路输出信号不失真（并且幅度最大）时输出

3、信号波形，并测试对 应的静态工作点值。（1）当电位计Rw为0%时（即滑动变阻器取0欧姆时）电路出现饱和失真； 饱和失真波形为下图：它-Gh-V由波形图可以看出波形的下部明显被削平，波形处于失真状态，因此可得到饱和 失真有削底现象。此时，电路饱和失真时的静态工作点值为:Hz、IDsil? -5ODG.XSC1:XMM1：皿-sjikiavTr M *即管压降V；e=0.1V，Ube=0.659V，基极电流Ib=0.13mA，集电极电流Ic=3mA根据以上数据可分析得VceUbe是满足三极管饱和失真条件的，所以此时电路 是处于饱和失真的(2)当电位计Rw为60%时(即滑动变阻器调为120千欧姆),

4、电路出现截止失真, 波形如下图：rrx-ixsBi rr? r l r t，fr_ a r ur S电爲貿魚 隹舗错1*片-川*上r L如.P , .、示蘑I*C1沿料AJ根据波形图可看出波形的上半部分被削平了， 与下面波形不对称。所以得到截止 失真有削顶现象。此时，电路截至失真时的静态工作点值为：E-ODO- Hz -03egi :LCuF*PE?T：二珏 ViCl即管压降VCe=11V, Ube=0.61 V,基极电流Ib=1.7474uA，集电极电流Ic=0.39mA而此时UbeVce，所以Ubc I VIk賦工丁：I Hull节X冲： /口购：此时，电路不失真时的静态工作点值为:1-

5、a I I VI - - ClIF-lOuM即管压降 Vce=6V，Ube=0.64V，基极电流 Ib=7.0817uA，集电极电流 lc=1.5326mA。因为实验电路中的Vcc =12V, Vce为Vcc的一半，这符合静态工作点的最大不失真要求。从中还可以求得三极管的放大倍数:=Ic/Ib=216.42 .测试三极管输入、输出特性曲线和：，Re和Rce(1)三极管的输入特性曲线rj EK transfer chararteriEBc&qq丄比。圖剖固 响的|二|園部二回 叫削題団 时13、n输入特性电路DC transfer charactepsdc丄1 如-Im -dmE T口旬c卩)S

6、m =bn Xdi/dyxC4G.3941m9-fl179a 42.S57Ln9-33321 2.4631m -370-2 557CI dggg2-1265M0,0000 SO.OOOOn -12.102p S.&SMnr.ax :s am /Etax y由不失真时的静态工作点可知，将Vi , V2调至Vbe=0.62019V时，从曲线及所得数据，可得 Re=dx/dy=2.4631mV/410.3374nA=6.02kQ (2)三极管的输出特性曲线: 测试电路如下：利用直流扫描分析(DC sweep)作出输出特性曲线如下:由不失真时的静态工作点可知，将 Vi，V2调至Vce=6时，从曲线及所

7、得数据，可得 Rce =dx/dy=32.7225mV/538.6126nA=70.63K Q,显然 rce 的值是非常大 的，所以在理论计算时经常考虑其为幵路。(3)三极管的参数测试电路仍旧用测试输出特性的电路。利用直流扫描分析(DC sweep)作出随Ib变化的输出特性曲线如下:旅京 Ujft 佑匿丄暑帝言勒P 用 県&0 印离鹿肾昏D岡包劑直| 可雎7，自叵 四環网創制錘直撮打歯苴源月将1II回田布5MT5.0wl oltage (V)qqllc1? sile-0D: qql ic1;xll0e-QOCj qqlicjl:xille-DQ5; g *5.9S245.9a245.网HB60

8、.613an1.293ffl1.7325ICI.0139.0139ES.013BB60 rSTUD1.296Tm1.733Um31ua61m3161m:125,31911M3啓H33iPeuioMILT孙侦：m侦口31.T6003L.7fi；UQ31.7-&D07b$ fii -.iOaF-MLlOuF-SOL忡LRL賊5諒飾i呻博m:1.:;Dka 1ir-ccL:$L 照5丰匸年女*匚atp;:I . . .lE斌D f二索紳输入电阻 Ri=0.707mV/86.952nA=8.13kQp 娘 I+-就口uinjOk siDIF409.854 nA-Cl Tt-iDuJ-PCL?T：L3u

9、I-ECL；312 Ci T- lOuT-MLEH .， IClcCkiisXrTtiCruF-KL71姥.a7匸由岫可也二?输出电阻 Ro=2mV/0.41uA=4.88k Q增益 Au=98.829 mv /0.707mv=139(2)反馈引入后 瓯 = *1L XHK2丄农-*ATSHwy：牛4 . BS keXhE： 14- m1*4： 91 XtDuf-PM.IOuF-POL-HFiOuF-POLIS2NE22-2L。一 WF釦来-1F-KP：.W跳50DG Hi-输入电阻 Rif =0.707mV/80.712nA=8.76kQm:|ZI。 0 :Xgdfcn ：2： V-r* 卞

10、输出电阻 R,f =2mV/53.661uA=38QElLb 丄Mm叽l.naiDhj!丄kE7土扫北蛔LE* iaT-pL增益 Au=13.084 mv /0.707mv=18.51万用表MMWsgitnis Li 13.084 mV(3)验证 A 1/ F因为Af =X/Xj , F =Xf/X。若想验证 A 1/F ,即验证X f X i 。实验电路图如下:RRUEr &呻3:qj :忡才驾时乌时：:4mco 岳： 斗七陌mu” =J-X f =665.532mV Xi =707mV 所以基本可得到。当然也可以从证明该电路引入的反馈为深度从交流表的读数可看出，Xf Xi，进而得到A 1/

11、F 负反馈来证明 A 1/F。二种方法都可以使用。 3、测试负反馈接入前后电路频率特性和实验原理电路图如下:VL口C3IClkOhm &AEz - IDuF-POL芦皿M.:-|4.汕如m itIDuF-POL-1 .MkOtrn； C； L0p F-；KL .I*畑：I I . 手丄.哄次一: :5：E0hBLN : : : : :HID1 41. Q QIcDhin .1.1 Key = 5pm(1)反馈引入前争、毋誠:v JsaDD bxl阳x；狎dx二l/dx丄何KL0 X gMEB 995LU212,1452k99-W5 2llr1l3Sk -133.Sa.27mLT3EQ口 -7-

12、9692 l.ODOO 】。皿口典 Mb3S73h 104. am,21 IC-kCki :-HZZI 工.拓由标丄上由上表可得： 在幅频特性曲线中，有最大幅度为 141.7,可得141.7/1.414=99.89, 对应两个频率即为上限截止频率和下限截止频率，从数据中可看出， fL=731.6807Hz，fH=212.2145kHz.。(2)反馈引入后継分1吟再D忡U|与团苫国目丽 何 岛恒靈 詁 団更成號率函由上表可得： 在幅频特性曲线中，有最大幅度为 18.5,可得18.5/1.414=12.7279, 对应两个频率即为上限截止频率和下限截止频率，从数据中可看出， fL=307.2113

13、Hz，fH=7.2326MHz.。4、测试负反馈接入前后电路输出幵始出现失真时的输入信号幅度(1)反馈引入前 T1T2T2-T1BiiaM AgBJa.rrn用&躬gw111.773 ms-335J59IW2.m21.727 i.B肘基：通道AI fl)Bwn r水平内无前|I通过对信号幅值的改变观察输出信号波形图，可得到当输入信号幅值为2.7mV时，输出信号开始出现失真，且失真为截至失真。(2)反馈引入后anan Cl 询jF-POLtfuF-POL丄粧,丄粧.QQkChHs.QQkChHs通过对信号幅值的改变观察输出信号波形图， 可得到当输入信号幅值为12mV时, 输出信号开始出现失真，且

14、失真为截至失真。四.实验结果分析.根据验证 A 1/F实验仿真可得，当电路引入深度负反馈时，A : F 放大倍数几乎仅决定于反馈网络，而反馈网络通常由电阻组成，因而可 获得很好的稳定性。.根据得到的引入串联负反馈前后输入电阻阻值的变化可得，引入串联负 反馈后，将增大输入电阻。.根据得到的引入串联负反馈前后输出电阻阻值的变化可得，引入电压负 反馈可以减小输出电阻。.根据实验电路仿真结果看，放大电路的输出电压在引入负反馈后减小了 这是因为电压增益与通频带的乘积为一常数，所以当引入串联负反馈后 通频带会增宽，同时电压增益也将减小。.根据改变输入信号幅值判断电路何时幵始出现失真可得，当电路引入申 联负

15、反馈时，电路幵始出现失真时的信号幅值要远大于不引入串联负反 馈时电路幵始出现失真时的信号幅度。这说明，引入反馈后电路更加稳 定了实验三阶梯波发生器的设计与仿真.实验要求设计一个能产生周期性阶梯波的电路，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，也不可选用虚 拟器件。）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。、实验原理首先用方波发生器来产生方波信号，方波再经过微分电路输出得到上、 下都有的尖脉冲

16、，然后经过限幅电路，只留下所需的正脉冲，再通过积分电 路，实现累加而输出一个负阶梯。对应一个尖脉冲就是一个阶梯，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，积分器就起到了积分和累加的作用。当积分累加到比 较器的比较电压时，比较器翻转，比较器输出正电压，使振荡控制电路其作 用，方波停振。同时，这个正电压使电子幵关导通，积分电容放电，积分器 输出对地短路，恢复到起始状态，完成一次阶梯波输出。积分器输出由负值 向零跳变的过程，乂使比较器发生翻转，比较器输出变为负值，这样振荡控 制电路不起作用，方波输出，同时使电子幵关断幵，积分器进行积分累加， 如

17、此循环往复，就形成了一系列阶梯波。原理图三.实验步骤1 .方波发生器采用运放电路实现方波发生器的设计。图中 R2, R1组成正反馈电路，R3和 C组成负反馈电路，实际上运放起着比较器作用，稳压管Di, D2起着输出限幅作用。当电容C上的电压等于 R2/ （ R2+ Ri） V0时输出就发生翻转。如果当某时 刻输出翻转为正电压，则电容 C开始充电，充电到R2/（ R2+ Ri）Vz时，即达到 比较电压，运放输出发生翻转，输出 Vo等于-Vz，这是电容C 乂开始放电，放电 到电容上的电压为-R2/ （R2+ Ri） Vz时，运放输出乂发生翻转，输出电压 Vo为 +Vz值，如此循环输出 Vo。而此电

18、路改进出在于通过两个二极管可以调充放电 时间，也就可以调节占空比了。输出波形为： 2.方波电路+微分电路由于电容两端电压不能发生突变，当方波发生器电压发生突变时，负载电阻 两端也发生突变，当方波电压在下一段时间不发生突变时， 电容开始放电，负载 电阻两端电压幵始减小，最终变为 0,下一个阶段仍是方波发生器电压突变，电 容充电，电阻两端电压增多，然后方波发生器持续，电容放电，电阻两端电压降 低，如此往复。输出波形:3 .方波电路+微分电路+限幅电路利用二极管的单向导电性来对波形进行限幅，只留下正向部分电压。输出波形 如下：4 .方波发生电路+微分电路+单向限幅电路+积分电路VCC皿Obx项XSC

19、11NT50A4输出波形如下:5 .阶梯波发生器 在累加积分电路基础上加上电压比较器和控制幵关就组成了完整的阶梯波发生 电路。 *LN4L4BC1TI-23門川虹!hm IIR10rO7L&述函崩 1 A 1F414E I- 2U3370 C3 土卩TIDDnr 15V22MZZK-31输出波形:12kO3i S1VEM-1&VD3虫NK4WJltT?53A1-LDSiDht 牌3-吁皿演. .l.OJcObT.孙 ，内 R9 从波形图可以看出，输出地阶梯波周期为 21.803ms输出电压为9.832V，阶梯个 数为5,基本达到实验要求。四.实验结果分析1 .调节电路中的哪些元器件值可以改变阶梯波的周期(1)首先改变R3,将R3阻值变大，波形图如下:通过波形图可看到周期变为30ms得到结论在改变R3后T增大(2)改变C1,将C1容值变大，波形图如下:通过波形图可看到周期变为43MS得到结论