南京理工大学EDA设计(1)-优秀

南京理工大学EDA设计（Ⅰ）实验报告作者:学号：学院(系):专业:指导老师：实验日期：10.27-10.302014年11月吴少琴摘要本次EDA实验主要由四个实验组成，分别是单级放大电路的设计与仿真、差动放大电路的设计与仿真、负反馈放大电路的设计与仿真、阶梯波发生器电路的设计。通过电路的设计和仿真过程，进一步强化对模拟电子线路知识的理解和应用，增强实践能力和对仿真软件的运用能力。关键词EDA设计仿真目录实验一单级放大电路的设计与仿真………………………………………………1实验二差动放大电路的设计与仿真…………………………………………11实验三负反馈放大电路的设计与仿真………………………………………18实验四阶梯波发生器电路的设计………………………………………………29总结………………………………………………………………………………42参考文献…………………………………………………………………………42EDA设计（Ⅰ）实验报告第1页共45页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试方法。2、掌握方法电路在不失真状态下电路参数的计算方法。3、掌握放大电路饱和失真和截止失真时的波形状态并了解其形成原因。4、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5mV)，负载电阻8kΩ，直流供电电源为12V。要求设计指标为电压增益50至100倍之间，带宽大于1MHz。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。三、实验步骤（一）单级放大电路原理图EDA设计（Ⅰ）实验报告第2页共45页图1.1单级放大电路原理图（二）电路工作在失真状态（1）饱和失真调节偏置电阻得到电路饱和失真状态下的输出波形如下：图1.2饱和失真输出波形因为工作点设置不合理，没有在放大区而处在饱和区中，下边波形被削波，导致饱和失真。用直流工作点分析得到此状态下的静态工作点参数如下：EDA设计（Ⅰ）实验报告第3页共45页图1.3饱和失真时的静态工作点分析饱和失真的静态工作点为：Ib=7.90920uA，Ic=771.00174uA，VCEQ=V4-V7=4.29647-3.89129=0.40518V，VBEQ=V3-V7=4.51810-3.89129=0.62681V。此时VCEQVBEQ，所以满足三极管饱和失真条件，电路出现饱和失真，工作在饱和区。（2）截止失真调节偏置电阻得到电路截止失真状态下的输出波形如下：图1.4截止失真输出波形因为工作点设置不合理，没有在放大区而处在截止区中，上边波形被削波，导致截止失真。用直流工作点分析得到此状态下的静态工作点参数如下：EDA设计（Ⅰ）实验报告第4页共45页图1.5截止失真时的静态工作点分析截止失真的静态工作点为：Ib=789.13801uA，Ic=104.61178uA，VCEQ=V4-V7=10.95388-0.52700=10.42688V，VBEQ=V3-V7=1.07656-0.52700=0.54956V。此时VBEQVCEQ，截止区内集电结反偏，发射结反偏或正偏电压非常小，可知满足截止失真条件，三极管工作在截至区。（三）电路工作在不失真状态（1）调节偏置电阻得到电路在最大不失真状态下的输出波形如下：图1.6最大不失真状态下的输出波形用直流工作点分析得到此状态下的静态工作点参数如下：EDA设计（Ⅰ）实验报告第5页共45页图1.7最大不失真状态下的静态工作点分析不失真状态下的静态工作点为：IBQ=4.53658uA，IcQ=546.54625uA，VCEQ=V4-V7=6.53460-2.75538=3.77922V，VBEQ=V3-V7=3.36376-2.75538=0.60838V。（2）测试三极管在最大不失真状态下的β、rbe、rce值。1）求解β：β=IcQ/IBQ=546.54625/4.53658=120.482）输入特性曲线常数CEUBEBufi|)(及ber的测量将处于最大不失真工作状态的三极管复制出来，按照其直流工作点赋予其CEU等效直流源电压值，电路图如下：EDA设计（Ⅰ）实验报告第6页共45页图1.8三极管输入特性曲线电路测试图运用直流扫描分析，得三极管输入特性曲线如下图：图1.9三极管输入特性曲线由公式BBEbeiur得rbe=dx/dy=7.46kΩ。3）输出特性曲线常数BiCECufi|)(及cer的测量取三极管，重新搭接电路，其中Ib取上述测出的IbQ的值，电路图如下：EDA设计（Ⅰ）实验报告第7页共45页图1.10三极管输出特性曲线电路测试图将Ib、Vce均作为分析参数进行直流扫描，即可获得三极管在Bi为不同取值时的输入特性曲线：图1.11三极管输出特性曲线再次利用直流扫描分析，画出三极管在最大不失真状态，即Ib=4.53658uA时的输出特性曲线如下：EDA设计（Ⅰ）实验报告第8页共45页图1.12Ib=IBQ时三极管输出特性曲线由公式CCEceiur得，rce=dx/dy=23.99kΩ。（3）电路基本参数的测定1）电压放大倍数的测定电路图如下：图1.13电压放大倍数测定电路EDA设计（Ⅰ）实验报告第9页共45页电压增益测量值AV=Uo/Ui=247.15/3.535=69.9电压增益理论值Av=-(β(R3//RL//rce))/rbe=-71.78相对误差E=（71.78-69.9）/71.78=2..6%2）输入电阻的测定电路图如下：图1.14输入电阻测定电路输入电阻测量值：Ri=Ui/Ii=4.92kΩ输入电阻理论值：Ri=R4//R2//rbe=4.90kΩ相对误差E=（4.92-4.90）/4.90=0.4%3）输出电阻的测定电路图如下：图1.15输出电阻测定电路输出电阻实验值：Ro=Uo/Io=7.06kΩ输出电阻理论值：Ro=R3//rce=7.05ΩEDA设计（Ⅰ）实验报告第10页共45页相对误差E=（7.06-7.05）/7.05=0.1%4）电路的幅频和相频特性图：对设计的单极放大电路做交流分析，得到幅频和相频特性曲线：图1.16幅频相频特性曲线根据曲线可得：上下限频率fL=263.5429Hz、fH=2.8175MHz带宽BW=2.8173MHz四、实验小结通过本次单级放大电路的设计和仿真实验，我们掌握了multisim的基本操作，对单级放大电路有了更加深刻的理解，对三极管的小信号模型、性能参数，单级放大电路的各项性能指标有了感性的认识，这些都是在平时上课过程中学习不到的东西。在此过程中，我们掌握了放大电路静态工作点的分析、三极管输入输出曲线、放大电路幅频和相频特性曲线的绘制，以及电路参数的计算方法等等。由相对误差计算来看，本次实验基本成功。EDA设计（Ⅰ）实验报告第11页共45页实验二差动放大电路的设计与仿真一、实验目的1、掌握长尾式差动放大电路静态工作点的调试方法和电路参数测试。2、掌握长尾式差动放大电路差、共模增益的测试方法。二、实验要求1.设计一个长尾式差动放大电路，给定阻值为100kΩ的射极公共电阻，要求空载时的VDA大于20。2.测试电路两个三极管的静态工作点值和在该静态工作点下的、ber、cer值。3.空载下给电路分别输入差模和共模交流小信号，分别测试电路的双端输出的差模增益VDA、单端输出的差模增益1VDA、双端输出的共模增益VCA以及单端输出的共模增益1VCA值。三、实验步骤（一）差动放大电路原理图EDA设计（Ⅰ）实验报告第12页共45页图2.1差动放大电路原理图由数据计算得：Avd=284.762/10=28.5＞20，电路符合要求。（二）静态工作点值和、ber、cer值测定因为Q1和Q2完全对称，所以其、rbe、rce值完全相同，测试结果如下：图2.2静态工作点分析由数据计算得：IB1=IB2=451.06691nA,IC1=IC2=56.89644uAVCEQ1=VCEQ2=V1-V3=V5-V3=11.677VVBEQ1=VBEQ2=V2-V3=V4-V3=530.49880mV测试三极管在此静态工作点下的β、rbe、rce值。4）求解β：β=IcQ/IBQ=56.89644/0.45107=126.145）输入特性曲线常数CEUBEBufi|)(及ber的测量EDA设计（Ⅰ）实验报告第13页共45页将处于该静态工作点的三极管复制出来，按照其直流工作点赋予其CEU等效直流源电压值，电路图如下：图2.3三极管输入特性曲线电路测试图运用直流扫描分析，得三极管输入特性曲线如下图：图2.4三极管输入特性曲线EDA设计（Ⅰ）实验报告第14页共45页由公式BBEbeiur得rbe=dx/dy=75.7kΩ。6）输出特性曲线常数BiCECufi|)(及cer的测量取三极管，重新搭接电路，其中Ib取上述测出的IbQ的值，电路图如下：图2.5三极管输出特性曲线电路测试图将Ib、Vce均作为分析参数进行直流扫描，得出在Ib=IBQ时三极管的输出特性曲线：图2.6Ib=IBQ时三极管输出特性曲线EDA设计（Ⅰ）实验报告第15页共45页由公式CCEceiur得，rce=dx/dy=370.75kΩ。（三）电路电压增益的测量（1）双端输出差模增益益VDA图2.7双端输出差模增益测量电路测量值AVD=Uo/Ui=284.762/10=28.48理论值AVD=-（Rc//Rce）/Rbe=-24.99相对误差E=（28.48-24.99）/24.99=13.9%（2）单端输出的差模增益1VDAEDA设计（Ⅰ）实验报告第16页共45页图2.8单端输出差模增益测量电路测量值AVD1=Uo/Ui=142.383/10=14.24理论值AVD1=-（Rc//Rce）/2Rbe=-12.50相对误差E=（14.24-12.50）/12.50=13.9%（3）双端输出的共模增益VCA图2.9双端输出共模增益测量电路EDA设计（Ⅰ）实验报告第17页共45页测量值AVC=Uo/Ui≈0理论值AVC=0相对误差E=0%（4）单端输出的共模增益1VCA图2.10单端输出共模增益测量电路测量值AVC1=Uo/Ui=369.648/5000=0.0739理论值AVC1=-（Rc//Rce）/[Rbe+2(1+β)Ree]=0.0713相对误差E=（0.0739-0.0713）/0.0713=3.6%四、实验小结从上述计算结果可以看出，差模电压增益实测值与理论值的误差相对较大，而共模电压增益实际测量值与理论值的误差相对较小。实验误差产生的原因可能是在用斜率求解rbe、rce时取点不够精准，计算结果有所偏差。EDA设计（Ⅰ）实验报告第18页共45页实验三负反馈放大电路的设计与仿真一、实验目的1、掌握阻容耦合放大电路静态工作点的调试。2、了解负反馈对电路放大倍数、输入输出电阻和频率特性的影响。二、实验要求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(有效值1mv)，负载电阻10kΩ，电压增益在100-200倍之间。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。三、实验步骤（一）阻容耦合两级电压放大电路原理图（1）未引入反馈图3.1未引入负反馈原理图（2）引入电压串联负反馈EDA设计（Ⅰ）实验报告第19页共45页图3.2引入负反馈原理图（二）负反馈接入前后放大倍数AV、输入电阻iR、输出电阻oR的测定（1）电压放大倍数AV接入前：EDA设计（Ⅰ）实验报告第20页共45页图3.3未引入负反馈电压放