CAD 电子设计自动化作业

电子设计自动化院（部）电气信息工程学院姓名学号专业班级1．直流叠加定理仿真工作原理：在线性电路中，任一支路的电流（或电压）可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流（或电压）的代数和。这就是叠加定理。I11AV112VR1100ΩR2100ΩR3100Ω1320叠加定理验证电路R1100ΩR2100ΩR3100ΩV110VI11A41U1DC10MW36.666V+-20叠加定理验证电路1R1100ΩR2100ΩR3100ΩV110V4U1DC10MW3.333V+-201叠加定理验证电路2R1100ΩR2100ΩR3100ΩI11A1U1DC10MW33.333V+-20叠加定理验证电路3结果分析：从3种情况可以看出：V1和I1共同作用时时R3两端的电压为36.666V；V1和I1单独工作时R3两端的电压分别为3.333V和33.333V，这两个数值之和等于前者，符合叠加定理的描述。2．戴维南定理仿真工作原理：一个具有直流源的线性电路，不管它如何复杂，都可以用一个电压源UTH与电阻RTH串联的简单电路来代替，就它们的断点性能而言，两者是相同的。这就是戴维南定理。R1100ΩR2100ΩRL200ΩV110V13R3150Ω02戴维南定理仿真电路1这时两个万用表显示的电流和电压值如下图所示，IRL=16.667A，URL=3.333V戴维南定理仿真电路2在上图电路图中断开负载RL，用电压挡测量原来RL两端的电压，将该电压命名为UTH，如下图为测量电路，测量结果为UTH=6V。戴维南定理仿真电路3将直流电压源V1用导线替换掉，将万用表切换到欧姆档，测量原RL两端的电阻，将其命名为RTH，如下图所示，测量结果为RTH=160欧。戴维南定理仿真电路4这时测量RL流过的电流IRL’和RL两端的电压URL’分别为：IRL’=16.667mA,URL’=3.333V。结果分析：从上面的实验可以看出，步骤（1）、步骤（4）中测量的两组数字基本一致的，从而验证了戴维南定理的正确性。3．动态电路仿真V11VR110kΩC110uF120一阶动态电路一阶动态电路分析结果结果分析：上图是用了“瞬态分析”的方法来显示电路的电压与时间的变化关系，特别适合于观察瞬间变化的非周期信号。而用示波器来观察是不合适的。V110VR12kΩC11uF10L11H23二阶动态电路二阶动态电路分析：如上图所示二阶动态电路，设置R1分别为500欧、2千欧、4.7千欧时电容C1上的电压在稳定前的输出波形。下面是用瞬态分析的方法来实现观察输出的波形：二阶动态电路阻值变化对波形影响4．单管共射放大电路仿真工作原理：如下图为具有稳定工作点的电阻分压式共射放大器电路。电阻R6，R5与R4构成分压网络给晶体管的基极偏置电压；发射极接有电阻R1构成负反馈，起到稳定静态工作点的作用。单管共射放大电路下面是对电位器R6的阻值从60千欧—80千欧分21个点进行的参数扫描分析：参数扫描分析结果实际测量可以使用示波器和交流电压表，用示波器观测波形失真不是很严重后再测量其输出电压值。如下图为实际测量的电路图。单管放大器实际测量电路打开仿真开关按钮，这时会发现输出波形基本不失真，从上图可以读出输出电压为0.244V，输入电压为3.536mV。放大器的增益为：A=244/3.536=69。非线性的元件构成的放大器都存在一定的失真，衡量失真大小通常用失真度来显示。从上图可以看到，该电路的失真度为1.012％，所以在实际设计放大器时，失真度是一个必不可少的技术指标。下图为使用波特仪测量的电路及测量结果：失真度的测量C110uFC210uFC310uFR1510ΩR23.9kΩR33.9kΩR415kΩR54.7kΩR6100kΩKey=A66%V15mVpk1kHz0°VCC9VQ12N2222*1362VCC0XBP1INOUT450频率响应的测量结果5．负反馈放大器仿真工作原理：负反馈放大器是在放大电路中引入负反馈，通过降低电路的增益来达到改善电路性能的目的。负反馈可以提高电路的输入阻抗，增大电路的频带宽度，提高电路的稳定性等。下图所示为电压串联负反馈放大器电路。图中R10和C5构成负反馈通路，开关J1可以控制负反馈通路的通和断。V15mVpk1kHz0°VCC9VR168kΩR215kΩR33kΩR4510ΩR551kΩR627kΩR72.2kΩR81kΩR92.2kΩC110uFC210uFC310uFC44.7uFC54.7uFJ1Key=AQ12N22221Q22N2222R1010kΩ89VCC643021157负反馈放大器电路结果分析：R10和C5构成的反馈通路中R10的阻值大，则反馈深度小；反之，R10的阻值小，则反馈深度大。按动字母“A”使J1开关处于闭合状态，使用“参数扫描，观察R10分别为5千欧、10千欧和15千欧这三种情况时，节点8的输出瞬态波形如下图所示，由于输入幅度固定，输出幅度的变化同时也反映了增益的变化。反馈深度对输出幅度的影响按动字母“A”使J1处于闭合状态，使用“参数扫描”观察R10分别为5千欧、10千欧和15千欧这三种情况时，交流分析的波形结果如下图所示：负反馈深度对幅频特性曲线的影响6.串联谐振电路仿真RLC串联谐振电路工作原理:在正弦电压的作用下，电阻器R1两端的电压幅度随着频率变化，其幅度与频率的关系是一个单峰的形状，由计算知当频率为503.3HZ时幅度最大；当R1的阻值变化时，单峰的封值不变，但单峰的平坦度会发生变化，R1的阻值越大，则波峰越平坦。RLC串联谐振电路是分析电路中某元件上电压随频率的变化，因此，使用“交流分析”方法进行分析：RLC谐振电路的幅频和相频特性曲线分析结果：从原理分析可知，电阻R1对电路的谐振频率不产生影响，但R1的阻值会影响电路的品质因数Q的大小，从而影响频率特性曲线的平坦度。为了分析R1对特性曲线的影响，需用“参数扫描分析”来进行，设R1分别为10欧，51欧，100欧，下面分析显示3个不同阻值的特性曲线:RLC串联谐振电路R1对频率特性的影响7.低频功率放大器仿真V12Vpk1kHz0°C1100uFC210uFC310uFR116ΩR22kΩR32kΩQ12N3019Q22N2907D11N4148D21N4148D31N4148J1Key=AVCC12VXSC1ABExtTrig++__+_124VCC5630870OTL低频功率放大器电路工作原理：对于功率放大器，要求放大器的输出功率较大，这时晶体管一般工作在异类或甲乙类工作状态，放大器的主要技术指标是输出功率和电路的效率。下图为功率放大器工作在乙类工作状态时的波形：交越失真的波形下图为功率放大器工作在甲乙类工作状态时的波形：8．LC正弦振荡器仿真电路起振分析过程：1.断开上图所示电路中集电极与L2之间的连线，这时振荡器不起振，用万用表测量这时的晶体管发射极直流电压为0.6V；2.恢复原所示电路，用示波器观察振荡器输出波形的变化过程，用万用表测量振荡器输出稳定时晶体管的基极直流电压为1.117V;3.对比这两个数据会发现，振荡器振荡时的工作电流大于没有振荡时的工作电流，在实际电路检测时常根据这个原理来检查电路是否振荡LC正弦正荡器电路下面是使用瞬态分析的方法观察到振荡器起振时的波形情况：振荡器的起振波形电容器C3容量对频率的影响9.编码器电路仿真工作原理：编码器一般都是优先编码器，即一个或多个端状态有效时，将级别高的输入端对应的码在输出呈现出来。编码器功能仿真电路将输入I0—I7对应的开关拨到左边和右边，这时会发现O2O1O0状态对应的十进制数与输入端数码一致，如下图所示：VCC5VJ1R11kΩRPACK10U14532BD_5VO09O17O26GS14I313I41I52I212I111I010I74I63EIN5EOUT15X12.5VX22.5VX32.5VX42.5VX52.5VVCC12345678901011121314优先编码器仿真在上图所示电路中，输入的开关用传感器来代替，当这根线断开时表示有异常，可以用来实现报警功能，但在输出时由于是多个输出指示，不好对报警的位置进行定位，可以将输出显示用译码显示电路来代替，如下图所示为8路数码报警电路。R1180ΩRPACK8R2100ΩU14511BD_5VBCD/7SEGDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~EL5~BI4~LT3U24532BD_5VO09O17O26GS14I313I41I52I212I111I010I74I63EIN5EOUT15U3ABCDEFGCKJ11011VDD5V012131487123456VDD091516171819208路数码报警仿真10.计数器仿真工作原理：计数器是一种对时钟脉冲的个数进行计数的时序电路。下图为74161反馈清零构成的十进制计数器。反馈清零构成的十进制计数器仿真分析:按上图所示电路，打开仿真按钮，数码显示的数值从0-9之间变化，，当QD=1,QB=1时，-CLR为低电平，强制将计数器清零，所以9以后就显示0。下图为74161反馈置数构成的十进制计数器:反馈置数构成的十进制计数器下图为30s倒计数计时器。图中信号源是采用了100Hz的时钟信号，实际使用时采用的是1Hz的时钟信号30s倒计数计时器11．振荡器电路仿真555定时器设计向导产生的震荡器电路（1）：将555定时器电路向导产生的如上图所示的电路输出端接上示波器，双击示波器图标。（2）：打开仿真按钮，这时得到下图所示振荡器的输出波形。从图中可以用游标读取：周期为118微妙，脉冲宽度为80微妙，不难看出这与设计的参数要求存在一定的差距。555定时器振荡器的输出波形从图中可以利用游标读取：周期为118us,脉冲宽度为80us。不难看出这与设计的参数要求存在一定的差距。