CAD实验手册.docx
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CAD实验手册
集成电路CAD实验
实验一T-spice电路描述语句
一、实验目的
1、熟悉T-spice软件的使用
2、熟练用spice语言格式对电路图进行描述
二、学时分配4学时
三、实验项目
(1)电路的spice描述
带通滤波器电路如图1.0(a)所示,电阻电路如图1.0(b)所示。
标出两个电路的节点,写出两个电路的spice描述语句。
图1.0(a)带通滤波器
图1.1RLC电路
图1.0(b)电阻电路
(2)简单的RLC电路描述
一个简单RLC电路如1.1图所示。
其中,输入是一个幅度为10V,频率是1KHZ的正弦电压源,电阻R1为2欧姆,电感L1为1.5mH,电容C1为10uF,对该电路进行瞬态分析,查看节点1和节点3上的电压。
写出该电路的spice描述语句和命令分析语句,进行模拟仿真。
实验要求:
在实验报告中写出spice语言描述语句并画出节点1和节点3的电压波形。
(3)简单二极管电路
一个实际的二极管电路如图1.2所示。
其中:
Vs是一个10V的直流电压源,Vi是一个交流幅度为10mV,瞬时值是幅度为10mV,频率为10KHZ的正弦源
(其描述语句为:
Vi21ac10msin(010m10Khz);交流分析输入电压为10mV,瞬时分析输入正弦电压源)。
R1为50欧姆,R2为500欧姆,C1为10uF,RL为500欧姆,
二极管的模型为D,其模型参数如下:
is=100×10-15A,rs=16欧姆,cjo=2pF,bv=100V,ibv=100×10-15A。
写出该电路的spice描述语句和命令分析语句,进行模拟仿真。
求:
1)对该电路进行瞬态分析,查看电路的输入Vi和输Vo的波形。
2)对该电路进行静态工作点分析,在其out文件中查看分析结果。
3)对该电路进行交流小信号分析,在其out文件中查看分析结果。
图1.2二极管电路
实验要求:
在实验报告中写出上述三个实验要求的结果和波形。
(4)简单CMOS电路
一个简单的CMOS反相器电路如图1.3所示。
其中RL为100kΩ,电源电压为5V,输入源是一个直流值为5V,瞬时值为脉冲电压源,其描述语句为:
Vi10dc5pulse(05v01ns1ns20us40us);直流分析输入电压5V,瞬态分析
输入脉冲电压源
M1为PMOS管,L=1um,W=20um模型为PMOS,模型参数如下:
vto=-2v,kp=4.5×10-4,
M2为NMOS管,L=2um,W=20um模型NMOS,模型参数如下:
vto=2v,kp=4.5×10-4,
写出该电路的spice描述语句和命令分析语句,进行模拟仿真。
求:
1)对该电路进行瞬态分析,查看瞬态分析波形
2)对该电路进行静态工作点分析,在其out文件中查看分析结果
实验要求:
在实验报告中写出上述两个实验要求的结果和波形。
思考题:
1、T-spice语言对电阻、电容、电感、电压源、二极管、MOS管的描述语句的句法分别是什么?
2、二极管和MOS管的模型语句的作用?
实验二静态工作点对输出信号的影响
一、实验目的
1、熟悉T-spice软件的使用
2、观看实验仿真波形,对电路的功能进行验证
二、学时分配2学时
三、基本介绍
放大是模拟电路最重要的一种功能,放大电路是模拟电路的一种基本形式,其作用是将微弱电信号增强到(放大)所需的数值。
工程上常用的放大电路大多是由若干基本放大电路级联构成的。
基本放大电路又几乎是所有模拟电路与系统的基本单元。
这里将分析讨论主要的放大电路的工作原理、主要特性和分析计算方法。
三、实验要求
该实验以共射极放大电路为例分析讨论静态工作点对输出信号的影响,放大电路主要性能指标的计算,低频响应和高频响应特性分析。
四、实验描述
放大电路的动态指标,如电压增益、输入电阻、输出电阻、动态范围等均与静态工作点密切相关,所以,所设置的静态工作点不但要合适而且要稳定。
设计合适的静态工作点是电路设计的重要问题。
本实验用到的电路如图1.1所示。
其中:
晶体管的is=1×10-15A,βF=100,RBB’=80欧姆。
输入正弦信号,幅度为80mV,频率f=1kHz,电阻Rc和Rl的阻值都是4KΩ,电容C1和C2都是20uF,电源电压为12V。
求:
(1)调节RB使ICQ≈1mA,求此电路输出电压Vo和Vi的波形,此时的波形是否失真,如果失真属于什么失真。
(2)调节RB使ICQ≈2.5mA,求此电路输出电压Vo和Vi的波形。
此时的波形是否失真,如果失真属于什么失真。
要求:
写出该电路的spice网单文件,加入所要的模型文件,加入模拟命令,画出模拟波形图,并在实验报告中写出。
五、实验说明
其中电阻RB为阻值可变的电阻,其描述语句如下:
RBVdd2L*1
.dcL200K1.5MEG10K
.paramL=200K
这里,定义一个参数L,通过改变L的值来达到改变RB的阻值大小。
思考题:
1、在T-spice语言中通过什么样的设定方法,可以在模拟过程中改变一个电阻的阻值?
2、T-spice语言中晶体管的模型语句是什么?
其中的参数分别具有什么样的意义?
实验三放大电路的频率响应特性
一、实验目的
1、熟悉T-spice软件的使用
2、观看实验仿真波形,对电路的功能进行验证
二、学时分配4学时
三、基本介绍
电路中一般包含有电抗元件(如晶体管结电容、分布电容等),因而它对不同频率的信号具有不同的放大能力,即增益是频率的函数。
如果放大电路的频带不够宽,相频特性不理想,可能引起输出信号的失真。
因此频率响应是放大电路的一个十分重要的性能指标。
这里通过实验来计算共发射极放大电路的低频响应和高频响应特性,分析那些元件(参数)是影响电路响应特性的主要因素。
三、实验描述
(一)频率响应特性研究一
电流负反馈偏置的共发射极放大电路如图2所示,设晶体管IS=1E-16A,
βF=100,RBB’=100欧姆。
电源电压为12V,C1和C2的初始值为3.3uf,Ce的初始值50uf,Re=1kΩ,Rb1=100kΩ,Rb2=20kΩ,Rs=200Ω,Rc=3.3kΩ,
Rl=5.1KΩ。
其中Rs为信号源Vs的内阻。
求:
(1)计算电路的电压增益AVS=Vo/Vs,输入电阻Ri和输出电阻Ro;
(2)研究耦合电容、旁路电容对低频截止频率fL的影响,谁的影响最大?
1.令C2,CE为1000uF,计算C1为3.3uF时的低频截止频率fL1
2.令C1,CE为1000uF,计算C2为3.3uF时的低频截止频率fL2
3.令C1,C2为1000uF,计算CE为3.3uF时低频截止频率fL3
要求:
写出该电路的spice网单文件,加入所要的模型文件,加入模拟命令,画出模拟波形图。
实验说明:
1)把输入信号源设为一个幅度为电位1,相位为0的单位源,这样从输出端取出的电压或电流的幅度就代表了增益值,相位就是输出与输入之间的相位差。
2)输入阻抗就是输入信号源Vs的输出电压Vi与信号源Vs的输出电流Ii的比值。
3)计算输出阻抗可用外加电压法。
将负载电阻Rl开路,输入电压源短路(保留内阻),在输出端加一个电源源vout,则输出阻抗就等于vout/iout。
4)画出计算输出阻抗的变化电路图,写出其spice文件,模拟输出阻抗波形。
5)低频截止频率fL为电压增益在低频端下降到中频值的(1/2)1/2时的频率点。
(二)频率响应特性研究二
在图3所示的单管共射极放大电路的原理图中,设晶体管的参数为:
IS=1E-15A,βF=100,RBB’=80欧姆,Cjc0=2.5pF,fT=400MHZ。
其中,C1=10uF,Rb=20KΩ,Rs=200Ω,Rc=2KΩ,Rs为信号源Vs的内阻,电源电压为12V。
信号源Vs是一个幅度为1v相位为0度的交流源。
求:
(1)试调节偏置电压Vbb使ICQ≈1mA。
(2)计算电路的上限截止频率fH和增益-带宽积。
(3)将Rs改为1KΩ,其它参数不变,重复计算
(2)中的计算。
(4)将RBB’改为200Ω,其它参数不变,重复计算
(2)中的计算。
(5)将Cjc0改为9pF,其它参数不变,重复计算
(2)中的计算。
说明谁对高频特性的影响大。
要求:
写出该电路的spice网单文件,加入所要的模型文件,加入模拟命令,
画出模拟波形图,写出直流工作点分析结果。
实验说明:
1)带宽――电路的高频截止频率fH与低频截止频率fL的差。
2)电压增益在低频和高频端下降到中频值的(1/2)1/2时的频率点为fL和fH。
3)在晶体管参数中,理想正向度越时间tf=1/(2πfT)
思考题:
1、任何从spice仿真波形中查看电路的电压增益、上限截止频率和下限截止频率?
2、电路中那些元件的取值对电路的频率响应特性影响大?
实验四利用s-edit工具加入模拟命令
一、实验目的
1、熟悉S-edit和T-spice软件的使用
2、掌握在电路图中加入模拟命令语句的方法
二、学时分配6学时
三、实验描述
在实验二和实验三的的三个题目中,分别用S-edit工具加入所要的模拟命令,再进行spice模拟,与上述实验的结果相比较,说明S-edit和T-spice两个工具的区别和联系。
三、实验要求
把所需的命令模块分别加入到实验二和实验三的三个题目中,画出加入命令的电路图,在实验报告中列出所加的命令模块和制作过程。
从s-edit中直接生成spice文件,在实验报告中写出该sp文件,并画出模拟波形。
思考题:
1、如何在s-edit电路图中加入包含文件、模型文件、输入语句、输入语句、分析命令等spice命令语句?
2、对电路进行模拟仿真有几种方法?
各有什么优缺点?
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