EDA实验报告.docx

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EDA实验报告

EDA实验报告

姓名小红帽

实验一单级放大电路的设计与仿真

一．实验目的

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

二．实验内容

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5.1kΩ，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；

2三极管的输入、输出特性曲线和b、rbe、ree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。

三．实验电路图

四．实验过程

1.饱和失真和截止失真

a.饱和失真

调节滑动变阻器，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0%的位置时可以观察到饱和失真的波形，如下图所示：

对应的静态工作点为：

Uce=0.65V,Ube=0.15V

b.截止失真

调节滑动变阻器，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100%的位置时可以

观察到截止失真的波形，如下图所示：

如图所示的是电路出现截止失真时的输出波形，可以看出波形的正半周明显比负半周要扁平且幅度要小，可以认为波形出现了截止失真。

由于此次试验的信号源的峰值较低，所以并没有预期的明显，经试验，只要加大峰值就可以获得非常明显的失真波形。

对应的静态工作点为：

Uce=7.58V,Ube=0.62mV

C．最大不失真波形

调节滑动变阻器，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13%的位置时可以得到最大不失真波形，如下图所示。

此时的静态工作点测试结果如下所示，其中Vbe=V5-V8,Vce=V2-V8：

对应的静态工作点为：

Uce=1.24V,Ube=0.65V

2.三极管测试

1.输入特性曲线

及

的测量

实验电路图如下图所示：

将V1，V2均作为分析参数进行直流扫描，即可获得三极管在

为不同取值时的输入特性曲线，如图所示：

再次利用直流扫描分析，画出三极管在最大不失真状态，即Uce=1.24V时的输入特性曲线，如下图所示：

由公式rbe=ube/ib得，rbe=623.6Ω

2.输出特性曲线

及

的测量

实验电路图如下图所示：

将I1、V1均作为分析参数进行直流扫描，即可获得三极管在

为不同取值时的输入特性曲线，如下图所示：

再次利用直流扫描分析，画出三极管在最大不失真状态，即ibq=14.38uA时的输出特性曲线，如下图所示：

由公式

=255。

由公式

=28140Ω

3.电路基本参数测定

（1）电压放大倍数的测定

下图所示的是电压放大倍数的测量电路。

由测量结果计算得Af=100.6

（2）输入电阻的测定

图1.15所示的是输入电阻测量电路。

由测量结果计算得Ri=2047Ω

（3）输出电阻的测定

测量输出电阻时，需要将原输入信号置零，将原负载替换成一个交流电压源。

测量其入输出端的电压与电流，测量电路如下图所示。

由数据计算得：

Ro=2838Ω

（4）频率特性仿真

利用Multisim软件中的交流仿真分析，可以直观地得到电路的幅频和相频特性曲线，如下图所示。

从特性图上可以看出

的最大值，即maxy为102.35。

由通频带定义，将标尺置于幅频特性曲线两侧处，即得到上下限频率。

由此可得，下限频率fL=666.7Hz，上限频率fH=4.9MHz，通频带为4.9MHz。

五．实验结果分析

对照上面实验原理图，画出交流通路，进行理论分析，可得：

放大倍数Av=102.2

输入电阻Ri=2088Ω

输出电阻Ro=2853Ω

误差分析

放大倍数的相对误差:

（102.2-100.6）/102.2=1.5%

输入电阻的相对误差:

（2088-2047）/2088=2.0%

输入电阻的相对误差:

（2853-2838）/2853=0.53%

六．实验感想

从实验结果看除了放大倍数的误差较大以外其余的误差都在允许的范围之内，基本达到了实验目的，本次实验最大的遗憾是截止失真的波形不明显，为此我另外试验了峰值电压为20mV的电路，结果得到了明显的失真波形，我想这可能还是由于我的静态工作点还是调的过高导致的，这也说明了实验前预习的重要性，只有预习充分了，实验才能顺利。

二.实验负反馈放大电路的设计与仿真

一．实验目的：

1.掌握阻容耦合放大电路的静态工作点的调试方法。

2.掌握多级放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。

3.掌握负反馈对电路的影响

二.实验要求：

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1kΩ，电压增益大于100。

2.给电路引入电压串联负反馈：

1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。

2改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。

三．实验步骤

实验电路图及电路波形

通过信号波形图看出信号没有失真。

电压串联负反馈电路的实验接线图

两级放大电路的电路原理图

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。

输入电阻

未接入反馈时测量输入电阻电路图

如图，Rb=707.08uV/160.273nA=4.4KΩ

接入反馈后测量输入电阻电路图

如图，Rb=707.08uV/141.779nA=4.99KΩ

测量输出电阻

未接反馈时测量输出电阻电路图

如图，Rc=707.08uV/83.052nA=8.5KΩ

接入反馈后测量输出电阻电路图

如图，Rc=707.08uV/405.383nA=1.7KΩ

频率特性

未接入反馈的频率特性

Fl=192.0243Hz为Fh=464.6492kHz

接入反馈后的频率特性

反馈条件下Fl=224.9739HzFh=796.0913kHz

改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。

未接入反馈时10mV下信号图输出信号是失真的

接入反馈后信号图

输出信号是不失真的，当输入信号电流过大时，放大信号可能失真，从放大后的输出端反馈给输入端一个负反馈信号，从而降低输入信号，进而有可能将失真电路变为不失真电路，本次实验就是根据这个原理来设计的

。

变化输入信号，当输入信号为5mV时，开始出现失真

四．实验分析及体会：

两级电路构造比较简单，但是在满足要求的前提下，选择其中的参数却是一个难点，需要耗费不少精力。

两级放大电路应该一级一级的验证，这样可以减少实验过程中修改的盲目性。

其次，器件的选取也很重要，先从影响大的器件入手可以提高效率。

调节参数的时候要细心地观察图像的变化，丝毫的马虎不得，这都是对我们的考验之处。

实验三阶梯波发生器电路的设计

一、实验目的

掌握阶梯波发生器的结构特点；

掌握阶梯波发生器的工作原理；

学习复杂集成运算放大电路的设计。

二、实验要求

1.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。

）

2.对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。

3.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。

为了设计一个负阶梯波，需要首先产生一个方波，经过微分电路输出得到上、下两部分的尖脉冲，然后经过二极管限幅电路，滤去负方向脉冲，只留下所需的正脉冲，再经过积分电路，实现累加而输出阶梯。

一个尖脉冲对应一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器会保持输出不变，在下一个尖脉冲到来时积分器将在原来的基础上进行积分。

当积分累加到比较器的门限电压时，电压比较器翻转输出正电压，通过二极管产生单向电流，使矩形波发生器电容放电，从而停止产生矩形波。

同时，这个正电压使电子开关导通，使积分电容放电，积分器输出对地短路，恢复到零状态，完成一次阶梯波输出。

积分器输出为零，又一次达到门限电压，比较器发生翻转。

电压比较器输出负电压，则使振荡控制电路断开，矩形波发生电路正常工作；同时使电子开关断开，积分器正常工作进行积分累加，如此就形成了周期阶梯波。

实验要求产生周期在20ms左右、输出电压范围10V、阶梯个数为5个的周期性阶梯波的电路，在设计时，采用分段调节测试的方法。

首先将阶梯波的产生分为几个阶段，对每个阶段应产生的波形做预测并验证，直至最终产生所要求的阶梯波。

对产生阶梯波个阶段的划分，和个阶段应输出的波形如图1所示。

实验电路中均采用模拟、真实器件。

三、实验步骤

⑴方波发生器：

方波发生电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。

运算放大器输出端电压为正值时，输出电压向电容充电，当电容上的电压等于预算放大器的同相输入端的电压时，运算放大器翻转，此时运算放大器的输出电压变为负值。

产生一个周期方波，并用两个稳压管控制输出的最大幅度。

这里利用741集成运放与电阻以及1N750A型稳压管构成方波发生器（矩形波发生器），电路连接如图

得到的波形为：

⑵微分电路

在方波发生器的基础上，加入微分电路，可以得到尖脉冲发生电路。

通过电容与一个电阻即可构成微分电路，产生尖脉冲信号。

（注：

图中的并不是必须的，在此处是用于分段测试的辅助电阻，其大小将会影响微分波形的幅度和宽度，若保留此电阻在之后还会影响输出阶梯波的个数）。

电路如图所示：

得到的波形为：

⑶限幅电路

由于只需要微分波形的上半周，因此下半周需要被滤除，加入限幅电路即可得到只有正半周的脉冲电路。

电路如图所示：

得到的波形为：

⑷积分累加电路

对正半周尖脉冲因脉冲进行积分可得阶梯信号。

将经整流限幅后的信号接入用741集成运放构成的积分电路，积分器就起到了积分和累加的作用，经积分运算会产生非周期阶梯波，阶梯会一直向下延生直至电容上电压增大使集成运放不再工作在线性区为止。

电路如图所示：

得到的波形为：

⑸比较器与电子开关电路

在前面电路的基础上加上电压比较器和开关控制电路和振荡控制电路，可组成完整的周期性阶梯波发生电路。

调整电压比较器门限电压至-10V，当积分电路输出电压幅值达到10V，比较器翻转，输出正值电压，这时使振荡控制电路中的二极管导通，振荡控制电路发生作用，矩形波发生电路停止工作。

与此同时，比较器输出的正值电压使开关控制电路中的场效应管导通，积分电路中的电容放电，积分器的输出跳变到零，使比较器再次翻转，输出负值电压，振荡控制电路停止工作，矩形波发生电路正常工作，电路即将产生一个新的阶梯周期。

用741集成运放结合电阻构成比较器，用2N3370型结型场效应管与1N4148二极管构成电子开关电路，此时就可以产生所要求的阶梯波。

电路如图所示：

输出波形为：

周期为约为20ms,幅度约为10V，阶梯波为5个，符合实验要求。

四．实验小结

阶梯波的设计是一个较为综合的设计性题目，涉及到微分电路、积分电路、限幅电路等。

通过改变C1或者R1,R2,R4的大小即可改变阶梯波的周期。

其中，R1，R2的增大，会使周期增大，R4的减小也会使得周期增大。

阶梯波的输出电压与电压比较器的门限电压相关，即通过调节R7、R8、R9、即可改变阶梯波的输出电压范围。

阶梯波的个数与电路的中的R5和C3有关。

在试验中也遇到了各种各样的问题，这个实验对知识的理解、以及耐心和细心，都是一个很大的考验。

因为经常会遇到前面的波形都比较正确，可是最后输出的波形错误的情况。

需要我们认认真真的检查，校对，调节每一个元件。

同时，对于每一种类型的电路以及他们的作用，都有了更加深刻的理解。

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

）