最新版南京理工大学EDA设计实验报告.docx
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最新版南京理工大学EDA设计实验报告
摘要
通过实验学习和训练,掌握基于计算机和信息技术的电路系统设计和仿真方法。
要求:
1.熟悉Multisim软件的使用,包括电路图编辑、虚拟仪器仪表的使用和掌握常见电路分析方法。
2.能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析,掌握EDA设计的基本方法和步骤。
Multisim常用分析方法:
直流工作点分析、直流扫描分析、交流分析。
掌握设计电路参数的方法。
复习巩固单级放大电路的工作原理,掌握静态工作点的选择对电路的影响。
了解负反馈对两级放大电路的影响,掌握阶梯波的产生原理及产生过程。
关键字:
电路仿真Multisim负反馈阶梯波
目次
实验一…………………………………………………………………………………………1
实验二…………………………………………………………………………………11
实验三………………………………………………………………………………17
实验一单级放大电路的设计与仿真
一、实验目的
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,并且幅度尽可能大。
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。
二、实验要求
1.给出单级放大电路原理图。
2.给出电路饱和失真、截止失真和不失真且信号幅度尽可能大时的输出信号波形图,并给出三种状态下电路静态工作点值。
3.给出测试三极管输入、输出特性曲线和、rbe、rce值的实验图,并给出测试结果。
4.给出正常放大时测量输入电阻、输出电阻和电压增益的实验图,给出测试结果并和理论计算值进行比较。
5.给出电路的幅频和相频特性曲线,并给出电路的fL、fH值。
6.分析实验结果。
三、实验步骤
实验原理图:
饱和失真时波形:
此时静态工作点为:
所以,I(BQ)=4.76685uAI(CQ)=958.06700uA
U(BEQ)=0.62676VU(CEQ)=0.31402V
截止失真时波形:
此时静态工作点为:
所以,I(BQ)=2.07543uAI(CQ)=440.85400uA
U(BEQ)=0.60519VU(CEQ)=5.54322V
最大不失真时波形:
此时静态工作点为:
所以,I(BQ)=4.33186uAI(CQ)=889.49500uA
U(BEQ)=0.62464VU(CEQ)=1.00749V
测试三极管输入特性曲线实验图:
三极管输入特性曲线:
拉杆数据:
由以上数据可得r(be)=dx/dy=6.1kΩ
测试三极管输出特性曲线的实验图:
直流分析参数设置:
三极管输出特性曲线:
测β的数据:
所以,β=(2.0589-1.0238)mA/5uA=207.02
测r(ce)的数据:
所以,r(ce)=981.8496mV/9.9231uA=98.9458kΩ
最大不失真时测输入电阻:
万用表显示值:
所以,Ri(测)=4.53kΩRi(理)=R1//R5//r(be)=4.69kΩ(R5=150*54%=81kΩ)
相对误差E=(4.69-4.53)*100%/4.69=3.4%
最大不失真时测输出电阻:
万用表显示值:
所以,Ro(测)=8.24kΩRo(理)=R3=8.1kΩ
相对误差E=1.7%
最大不失真时测电压增益:
万用表显示值:
所以,Av(测)=-119Av(理)=-β(R2//R3)/r(be)=-125
相对误差E=4.8%
幅频和相频特性曲线:
拉杆数据:
所以,f(L)=69.4587Hzf(H)=3.8898MHz
四、实验小结
复习巩固了射级放大器的工作原理,熟悉了Multisim仿真软件的大致用法,掌握了三种电路分析方法,分别是直流工作点分析、直流扫描分析、交流分析。
可以运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析,掌握了EDA设计的基本方法和步骤。
不过实验结果不是很理想,数据的误差较大,希望在以后的实验中能有所改进。
实验二负反馈放大电路的设计与仿真
一、实验目的
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。
二、实验要求
1.给出引入电压串联负反馈电路的实验接线图。
2.给出两级放大电路的电路原理图。
3.给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻,并验证是否满足AF1/F,并分析原因。
4.给出负反馈接入前后电路的频率特性和fL、fH值,以及输出开始出现失真时的输入信号幅度。
5.分析实验结果。
三、实验步骤
实验原理图:
引入负反馈后实验原理图:
引入负反馈前测输入电阻:
Ri=916.4Ω
引入负反馈后测输入电阻:
Ri=7.2kΩ
引入负反馈前测输出电阻:
Ro=2.5kΩ
引入负反馈后测输出电阻:
Ro=0.26kΩ
引入负反馈前测电压增益:
Av=222
引入负反馈后测电压增益:
Av=1
引入负反馈后测得反馈电压为:
所以,输入电压约等于反馈电压,而Af=Xo/XiF=Xf/Xo,因此,AfF,达到深度负反馈。
引入负反馈前频率特性:
所以,fL=97.8155HzfH=210.7371kHz
引入负反馈后频率特性:
所以,fL=15.8140HzfH=73.4019MHz
引入负反馈前输出开始出现失真时的输入信号幅度:
当输入信号约为3mV的时候输出开始失真
引入负反馈后输出开始出现失真时的输入信号幅度:
当输入信号约为90mV的时候输出开始失真
四、实验小结
本实验中采用了电压串联负反馈,能够稳定输出电压,减小了输出电阻,提高了输入电阻,展宽了通频带,减小了电路的非线性失真。
实验三阶梯波发生器的设计与仿真
一、实验目的
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。
二、实验要求
1.给出阶梯波发生器实验原理图,图中器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)调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的周期?
(b)调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围?
三、实验步骤
阶梯波发生器实验原理图:
波形:
阶梯波周期约为20.126ms,电压变化范围在0-10V内,阶梯个数为5个,符合实验要求
方波发生器原理图:
波形:
方波发生器+微分电路原理图:
波形:
方波发生器+微分+限幅电路原理图:
波形:
方波发生器+微分+限幅+积分累加电路原理图:
波形:
四、实验小结
实验原理:
在方波发生器中,稳压二极管D1、D2和电阻R1使运算放大器的输出电压限幅。
当运算放大器输出端电压为正值(vo=Vomax)时,运算放大器的同相输入端的电压为:
v+=R1*Vomax/(R1+R2)
此时输出电压通过R4向电容充电,当电容上的电压等于运算放大器的同相输入端的电压v+时,运算放大器翻转,此时运算放大器的输出电压变为负值(vo=Vomax)。
运算放大器的同相输入端的电压为:
v+=R1*Vomin/(R1+R2)
这是电容通过R4放电,当电容上的电压等于放大器的同相端电压时,运算放大器又翻转,输出电压又变成了正值,这时又给电容充电。
如此不断地循环下去,运算放大器输出端的电压就是一个方波。
然后接一个由电阻和电容组成的微分电路使方波变成尖脉冲,再接一个二极管限幅,只输出正值脉冲波形。
接下来接一个积分累加电路,其积分时间很短,使vo几乎是发生了突变,尖脉冲过后,积分器输出端电压保持不变,下一个尖脉冲到来时vo再有一个突变,则使积分电路的输出电压vo为阶梯波。
要生成周期性变化的阶梯波需要再加一个比较器和控制开关,比较器由一个运算放大器A3和三个电阻组成,控制开关由一个场效应管和两个二极管D4、D5组成。
A3的同相输入端接一个负的参考电压,在阶梯波产生过程中使比较器的输出电压为负值,此时二极管D5导通,是场效应管栅极电压为负值,而且这个负电压是场效应管处于截断状态。
这时N沟道结型场效应管不能导通,对积分电路没有影响。
于此同时,二极管D4截止,比较器对方波发生器无影响。
当积分器的输出电压不断降低时,即阶梯的个数不断增加,一旦A3的反相输入端和同相输入端的电位相同时,A3发生翻转,A3的输出端电压变为正值。
这是二极管D5截止,场效应管的栅极电位为零电位,使场效应管导通,电容C3很快通过场效应管放电,同时二极管D4也由原来的截止变为导通,使A1的输出值为负值。
即每次A3发生翻转时,A1的输出都为负值,使阶梯波的起始波形相同。
调节C1、R4可以改变阶梯波的周期,T=2R4C1ln(1+2R2/R3),阶梯波周期与R4C1成正比。
调节电路中的R7C3可以改变阶梯波的电压,且成反比。
结论
熟悉了Multisim仿真软件的大致用法,掌握了三种电路分析方法,分别是直流工作点分析、直流扫描分析、交流分析。
可以运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析,掌握了EDA设计的基本方法和步骤。
掌握了不同类型负反馈的接法以及对电路的影响,在实验二中采用了电压串联负反馈,能够稳定输出电压,减小了输出电阻,提高了输入电阻,展宽了通频带,减小了电路的非线性失真。
了解了阶梯波的产生原理以及过程。
参考文献
[1]周淑阁,付文红,等.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2004
[2]温平平,贾新章.模拟乘法器的建模及其应用[J].电子科技,2004.3
[3]付文红、花汉兵《EDA技术与实验》机械工业出版社2007年
[4]王建新、姜萍《电子线路实践教程》科学技术出版社2003年
[5]郑步生、吴渭《Multisim2001电路设计及仿真入门与应用》2002年
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