北航电子电路设计训练模拟部分实验报告Word文档格式.docx
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(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出该电路的幅频、相频特性曲线。
(6)请分别在30Hz、1KHz、100KHz、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.实验结果及分析:
(1)根据直流工作点分析的结果,说明该电路的工作状态。
由simulate->
analyses->
DCoperatingpoint,可测得该电路的静态工作点为:
图2直流工作点
由V(5)>
V(4)>
V
(2),可知,晶体管发射结导通,且发射结正偏,集电结反偏,晶体管工作在放大状态。
(2)详细说明测量输入电阻的方法(操作步骤),并给出其值。
图3输入电阻测量
使用交流模式的电流表接在电路的输入端测量输入电压和输入电流,如图所示,可得输入电阻:
。
(3)详细说明测量输出电阻的方法(操作步骤),并给出其值。
图4输出电阻测量
分别测量空载时的输出电压
和带载时的输出电压
,得到输出电阻:
(4)详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法(操作步骤)。
a.利用软件右侧栏的BodePlotter测量幅频、相频特性曲线,将输入端连接仪器IN端,输出端连接仪器OUT端,共地后点击运行,得出幅频、相频特性曲线,如下图。
图5幅频特性曲线
图6相频特性曲线
b.利用软件的交流分析功能测得电路的幅频、相频特性曲线。
选择simulate->
ACAnalysis,添加仿真输出点后,选择simulate,可得幅频、相频特性曲线,与前面用仪表测量得到的频率特性曲线相同。
图7交流分析频率特性
(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fL和fH(3dB)。
根据图5可得幅频曲线最高点为17.794Hz,分别找两侧比最大值衰减3dB的频率值,如下图所示,可以得到
图8fL测量
图9fH测量
(6)将得到的30Hz、1KHz、100KHz、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?
图1030Hz
图111KHz
图12100KHz
图134MHz
图14100MHz
输入频率不同时,输出的放大倍数和相位差:
30Hz
1000Hz
100KHz
4MHz
100MHz
放大倍数
1.320
7.56
10
9.6
6.96
相位差(度)
37
180
221.7
从上表中可以看出,测得的放大倍数与相位差与前面所测的幅频、相频特性曲线相符。
(7)请分析并总结仿真结论与体会。
这是我们电子电路设计训练的第一次实验,第一次接触Multisim,感受到了该软件在电路分析中的强大功能,也把模电课上所学的东西用于实践,因此对知识有了更深的理解。
本次实验中,对于实验操作,收获最大的地方是要注意用仪表测量时哪些情况该用直流、哪些情况该用交流,选择错误就无法得到正确的实验结果。
实验二:
射级跟随器分析与设计
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15实验二电路图
(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。
3.实验结果
用仿真-分析-直流工作点分析,得到的结果如下图所示。
V(5)>
V
(2),晶体管发射结导通,发射结正偏、集电结反偏,故晶体管工作在放大状态。
图16直流工作点
图17输入电阻测量
如图,在输入端连接交流电表,得到输入电阻:
分别用交流电压表测量空载时的输出电压
,如下图所示。
可以得到输出电阻
可以看到,射极跟随器的输入电阻较大,输出电阻较小,因此在电路中常用于阻抗匹配。
图18输出电阻测量
利用BodePlotter仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线:
图19幅频特性曲线
图20相频特性曲线
图21交流分析频率特性
用交流分析功能得到的频率特性曲线与上面仪表测量的结果相同。
负载电阻为4.7
时,simulate->
Analysis->
TransientAnalysis得到输入和输出的关系如图22所示。
可以看到,输入和输出基本相同,具有良好的电压跟随特性。
图22瞬态分析
利用Simulate->
ParameterSweep功能对负载电阻R4进行参数扫描分析,即改变负载电阻阻值,观察输出电压的变化。
从结果中可以看到,当负载电阻较小,即与射随器的输出电阻接近时,负载电阻的变化对输出电压有较大影响,电压跟随性能下降。
而当负载电阻较大时,负载的变化对输出电压基本没有影响,在图中表现为各条曲线互相重合。
图23负载电阻参数扫描(小负载)
图24负载电阻参数扫描(大负载)
这次实验中,我们利用瞬态分析和参数扫描功能对射随器进行了分析,对Multisim的功能有了更多认识,巩固了基本操作。
同时,也更加深刻的理解了射随器的性质,了解了其输入电阻大、输出电阻小的特性,对其驱动负载的能力也有了深入体会。
实验三:
差动放大器分析与设计
(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25实验三电路图
(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出该电路的幅频、相频特性曲线。
(6)请利用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℃变化到100℃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℃变化到100℃时,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。
运用仿真-分析中的直流工作点分析功能,分析各点电压,得到的直流工作点如下图所示:
图26直流工作点
从上图可以看出,晶体管Q1、Q2均满足发射结导通、发射结正偏且集电结反偏,因此工作在放大区;
而Q3、Q4均满足发射结导通、发射结和集电结都正偏,因此工作在饱和区。
(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,并说明电流表的各项参数设置。
图27静态工作电流测量
如图加入直流电流表,测得静态工作电流为0.708mA。
(3)详细说明测量输入、输出电阻的方法(操作步骤),并给出其值。
图28输入电阻
图29输出电阻
如上图搭建电路,得到电压和电流的测量结果,然后计算输入电阻和输出电阻,其中电压表和电流表都工作在交流测量状态。
测量输出电阻时,要分别测量空载时的输出电压
输入电阻:
输出电阻:
(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。
图30单端出差模放大倍数
如图,用两个交流数字电压表分别测量输入和输出电压,得到单端出差模放大倍数
倍。
(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。
a.用BodePlotter仪器测量幅频、相频特性曲线,如图31连接电路,调整坐标范围至一合适值,可以得到测量结果如图32、图33所示。
图31仪表测量频率特性曲线
图32幅频特性曲线
图33相频特性曲线
b.用仿真-分析-交流分析功能分析幅频、相频特性曲线,设置频率范围,可以得到如下图所示的曲线:
图34频率特性交流分析
可以看到,交流分析得到的幅频、相频特性曲线与仪表测量结果是一致的。
(6)对比实验步骤(7)和(8)的结果,你有何结论?
图35差分放大电路温度扫描
图36共射放大电路温度扫描
可以看出,差分放大电路抑制温漂的性能要明显好于共射放大电路。
这次实验的电路比前两次复杂,并且最后的实验还需要独立调整共射放大电路的工作点,因此对我分析、设计和调整电路的能力都有很大锻炼。
通过各项实验,对差分放大电路的优越性也有了更深刻的认识。
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,掌握输出波形的测量绘制方法。
2.步骤:
图37实验四电路图
(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来实现改变放大器的增益。
(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
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