南理工EDA1实验报告

南京理工大学EDA设计（Ⅰ）实验报告作者:学号：学院(系):电子工程与光电技术学院专业:电子信息工程指导老师：实验日期：2013年8.26—8.30摘要本报告主要概述了有关模电方面的4个实验：单级放大电路的设计以及电路各参数的计算和分析差动放大电路的设计以及电路各参数的计算和分析多级放大电路的设计以及引入负反馈对电路各参数的影响阶梯波发生器电路的设计文中对电路中各个参数对电路性能的影响做了详细的实验和数据分析，并和理论数据进行对比，帮助我们更深刻的理解模拟电路中理论与实验的关系，指导我们更好的学习。关键词模拟电路设计实验分析理论对比AbstractThisreportmainlydescribes4experimentsofanalogelectroniccircuit：CalculationandanalysisofsinglestageamplifiercircuitdesignandcircuitparametersCalculationandanalysisofthedifferentialamplifiercircuitdesignandcircuitparametersDesignofmultistageamplifiercircuitandnegativefeedbackeffectsonvariousparametersofthecircuit.ThedesignofwavegeneratorcircuitladderThearticleonthevariouscircuitparametersoncircuitperformanceindetailtheexperimentsanddataanalysis,andcomparedataandtheorytohelpusgainadeeperunderstandingofanalogcircuitsintherelationshipbetweentheoryandexperiment,toguideustobetterlearning.KeywordsAnalogCircuitDesignExperimentalanalysisTheoreticalcomparison目录实验一……………………………………………………………………………………1实验二……………………………………………………………………………………14实验三……………………………………………………………………………………21实验四……………………………………………………………………………………291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与测试方法。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、实验要求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10KHZ，（峰值1mV），负载电阻20KΩ，电压增益大于100。2.调节电路静态工作点（调节偏置电阻），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（调节偏置电阻），使电路输出信号不失真，并且幅度最大。在此状态测试：1)电路静态工作点；2)三极管的输入电阻、输出电阻和电压增益；3)电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；4)电路的频率响应和Lf、Hf值。三、实验原理当给放大电路的静态工作点太高时，会发生饱和失真；当静态工作点设置的太低时，容易发生截止失真；只有静态工作点设置得合适，使三极管工作在放大区，才能保证三极管具有电流放大作用。当静态工作设计得合适时，三极管具有电流放大作用。通过适当的外接电路，可实现电压放大。表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。由于电路中有电抗性元件存在，另外三极管的PN结中存在结电容，所以对于不同频率的输入交流信号，电路的电流放大倍数不同。电路的放大倍数与频率的关系称为频率特性，包括幅频特性和相频特性。四、实验步骤21、单级放大电路的实验原理图VCC12VR22.4kΩR320kΩR420kΩR51.5kΩC110µFIC=0VC210µFIC=0VC310µFIC=0VV11mVpk10kHz0DegR6100kΩKey=A50%Q12N2222AXSC1ABGT6131411VCC20图1.1单级放大电路的实验原理图元器件列表：V1V2R2R3R4R5R6C1C2C31mV10kHz12V2.4KΩ20KΩ20KΩ1.5KΩ变阻器10uF10uF10uF图1.2元器件列表2、各种工作状态下的输出波形和静态工作点值：1）当滑动变阻器接入阻值为24kΩ的时候，输出波形出现饱和失真：3图1.3输出电压饱和失真波形此时的静态工作点为：图1.4饱和失真时静态工作点即：4.56343eVV4.74996cVV5.22064bVV21.4647bIuA3.02081cImA0.65721beVV0.18653ceVV42）当滑动变阻器接入值为435kΩ的时候，输出波形出现截止失真：图1.5截止失真时输出波形此时，失真现象不是很明显，但由输出波形可以看出oiVV，并且此时11.955ceVV，接近12V，所以可以断定电路出现截止失真。图1.6测ceU5图1.7截止失真测静态工作点即：17.35671eVmV11.97236cVV526.39175bVmV56.5224bInA11.5027cIuA509.03505beVV11.955ceVV3）当滑动变阻器输入电阻为27kΩ时，此时的输出波形为满足实验要求的不失真且信号幅度尽可能大时的输出信号波形图。图1.8不失真且信号幅度尽可能大时的输出波形6图1.9不失真且信号幅度尽可能大时静态工作点此时静态工作点：即：3.21864eVV6.87433cVV3.86578bVV10.1129bIuA2.14564cImA0.64714beVV3.65569ceVV3、三极管的测量（均为在原电路的静态工作点下）：1)三极管的输入特性曲线Q12N2222A*V13.656mVrms10kHz0°4V21mVrms10kHz0°01图1.10电路图图1.11输入特性曲线2）求beR的实验图和测试结果局部放大图1.12求beR图表713.70622.12156.4606bedxRKdy3）三极管的输出特性曲线实验电路图:：Q12N2222A*V13.656mVrms10kHz0°4I110.1129uA10kHz0°10图1.13作输出特性曲线电路图图1.14输出特性曲线4）β的计算：8图1.15求β8.67684.3521100216.1352cbii5）Rce的计算参照3）电路，将直流电流源读数设置成10.1129uA。采用直流扫描分析得;图1.16求Rce5864.7R35.71164.21cedxKdy94、测图量输入、输出电阻和电压增益：1）输入电阻测量：实验电路图：图1.17测输入电阻由实验数据得:707.081.66425.992iRK理论计算得:63////1.69beiRRRrk误差为：|1.661.69|1.775%1.692）输出电阻测量：图1.17测输出电阻10由实验数据得：o1414R2.3586599.513k理论计算得：o2ceRR//R2.2489k误差为：|2.35862.2489|4.88%2.24893)电压增益测量有实验数据得：150681213.1707.08A理论计算得：2////206LcebeRRRAR误差为：|213.1206|3.45%2065、电路的幅频和相频特性曲线：1）幅频和相频特性曲线11从幅频特性上可看出，最大电压增益43.6dB，通频带为增益下降3dB时对应的频率之差，所以对应两个标尺所示的下限频率为1.5956kHz，上限频率为9.8325MHz所以，1.5956LfkHz9.8325MHfHz五、实验数据分析和结论1.所求电路参数理论值和实验值总结为下表：参数测量值理论值误差/%beR/k2.1215____________ceR/k35.71______________216.3152201.757iR/k1.661.691.775oR/k2.35862.24894.88A231.12063.45注：“————”表示未知2.对静态工作点的分析1）出现饱和失真的原因：120.1865CEQV过小，过于靠近三极管饱和区。当输入的信号过大时，会使波形的下半部分被削平，从而出现了饱和失真。2）出现截止失真的原因：11.955CEQV过大，过于靠近三极管的截止区。当输入的信号过大时，会使波形的上半部分被削平，从而出现截止失真。而3.565CEQV时，当输入信号达到极值时，波形的顶端任然没有到饱和区和截止区，为合适的静态工作点。实际上,最佳静态工作点满足//2CEQCQcLCESCEQVIRRVV，而ecCEQCCCQRRVVI（由直流负载线得），将CQI代入前式，得eCLCeCCESLCCCCEQRRRRRRVRRVV////，而LCCLCCQCEQCEQRRiRRIVv////（由交流负载线得到静态工作点在交流负载线上），所以，最大不失真输出的静态工作点为eCLCeCCESLCCCCEQRRRRRRVRRVV////（2CCV只是利用直流负载线计算的一个估计值）。3.输入输出电阻和电压增益的分析：本实验中输入电阻的误差为1.775%，输出电阻的误差为4.88%,电压增益的误差为3.45%，原因是：计算时使用的是三极管的中频段的小信号模型，而这个模型本来就是近似的模型，必然有误差。电源本身存在内阻，还有电阻的阻值的不稳定性。误差的值较小都在可以接受的范围之内，是因为本次实验使用的信号频率为10kHz，由频率特性曲线可知，是在通频段，与使用的模型吻合较好。4.相频曲线和幅频曲线的分析：相频特性曲线和我们通常画的相频特性曲线不太一样，但当我们仔细观察后不难发现实际上是一样的，在相频特性曲线跳跃处的从接近-180一下子跳到了13+180，实际上由于周期性-180和+180相位实际上是重合的，也就是说将后半部分向下平移360就和我们通常画的相频特性一样。从相频特性可看出，低频段由于旁路电容和耦合电容的影响，输出为超前相位，而高频段由于晶体管极间电容的影响，输出相位是滞后的。将旁路电容变大，重复交流分析。比较两个频率特性可知，当旁路电容增加时，幅频特性的下限截止频率降低，而上限截止频率几乎没变，通频带变宽了。14实验二差动放大电路的设计与仿真一、实验目的1.掌握差动放大电路（有恒流源的差动放大电路）的静态工作点的调试方法；2.掌握差动放大电路的差模电压放大倍数的测试方法；3.掌握差动放大电路的共模电压放大倍数的测试方法；二、实验要求1.设计一个带恒流源的差动放大电路，要求空载时的VDA大于20；2.给电路输入直流小信号，在信号双端输入状态下分别测试电路的VDA，1VDA，VCA，1VCA的值；三、实验原理差动放大电路是模拟集成电路中的重要的单元电路，它是直接耦合多级放大电路中的第一级电路，它具有放大差模信号、抑制共模信号的良好特性，差模输入时，其输入电阻等于半边电路输入电阻的两倍。差动放大电路分为两种：长尾差动放大电路和带有恒流源的差动放大电路，长尾电路的仿真结果简单，但是当单端输出时，对共模信号的抑制能力较差，共模抑制比低；带有恒流源的差动放大电路则有极高的共模抑制比，单端输出时采用这种差动放大电路。四、实验步骤1．差动放大电路实验原理图空载时的放大倍数：220011020VDA恒流源采用了比例电流源图2.1图2.2万用表读数15Q12SC945Q22SC945R110kΩR210kΩV110mVrms60Hz0DegV210mVrms60Hz0D