EDA课程设计南理工

EDA设计课程实验报告姓名：班级：学号：1004220241指导老师：付文红2012年9月8号实验一单级放大电路的设计与仿真实验要求：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5kHz(幅度1mV)，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.加入信号源频率5kHz(幅度1mV)，调节电路使输出不失真，测试此时的静态工作点值。测电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；4.测电路的频率响应曲线和fL、fH值。实验原理：1.BJT管有三个工作区，分别是饱和区，截止区，放大区。三极管只有工作在放大区才能起到信号的放大作用，而在其他工作区会出现失真情况。2.三极管工作区域与其静态工作点有关，选取不同静态工作点可以使BJT管工作在不同工作区。为保持电路的放大功用，需选取合适的静态工作点。3.对不同频率的交流信号，三极管的放大倍数不同，据此可以得出其频率特性。实验过程：1.单级放大电路原理图：2.三种状态的测试：其测试电路如下：调节方法：调节电位计（即偏置电阻），从而调节电路静态工作点。同时用示波器观察电路的输出信号，分别使信号出现饱和失真、截止失真和不失真波形，并测试对应的静态工作点值。（1）截止失真按上述方法，当电位计在100%的时候,即100KΩ时,得到出现截止失真的输出波形，其输出波形截图以及静态工作点截图如下：可以从图中读出输出波形出现明显不对称，为截止失真。上图截止失真时的静态工作点：基极电流bI=2.21253uA，集电极电流cI=268.69444uA，ceV=9.31306-1.21908=8.094V。因为此时beUceV，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。（2）饱和失真按上述方法，当电位计在20%的时候,即20KΩ时,得到出现饱和失真的输出波形，其输出波形截图以及静态工作点截图如下：从上图可以看到，输出波形下部被削平，波形出现饱和失真。上图截止失真时的静态工作点：基极电流bI=31.29278uA，集电极电流cI=811.47895uA，ceV=3.88349-3.79251=0.091V。因为ceVbeU，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。（3）不失真按上述方法，当电位计在20%的时候,即20KΩ时,得到出现饱和失真的输出波形，其输出波形截图以及静态工作点截图如下：此时波形不失真。上图不失真时的静态工作点：基极电流bI=7.54498uA，集电极电流cI=719.89068uA，ceV=4.80109-3.27346=1.53V，满足不失真条件。3.输入电阻、输出电阻和电压增益：（1）测量输入电阻由图中电表数据可以求得输入电阻为R=2.809KΩ。进行直流分析得到电路的Ie=0.720uA,由不失真测试得到的放大倍数=cI/bI=95.4。由模拟电子线路的相关知识,可以计算得到理论值R=2.73KΩ，误差为2.89%，结果在误差允许范围内。（2）测量输出电阻据上图数据可知，输出电阻为R=5.52KΩ。（3）测量电压增益：因为输入信号的电压为1mv，由上图电表数据可知，电压增益Av=79.5。\4.幅频和相频特性曲线对设计的单极放大电路做交流分析，得到如下图形：由交流分析得到的数据可知：y1的最大值为79.7378，除以2，得到56.3917；分别向走向右拉动拉杆，得到如下截图：FL=383HzFH=6.4286MHz由上图以及计算可以得到，此单极放大的FL=383Hz，FH=6.4286MHz。实验分析：1.合理调节静态工作点是实验成功的关键。静态工作点决定了BJT管的工作区，决定电路的具体作用，所以静态工作点的选取在本次实验中极为重要。2.电路放大倍数的选择也至关重要。放大倍数要大于50，要合理调节才能满足是要要求。3.本实验费时较多，因为在操作Multisim上未能熟练，导致速度较慢，效率较低，以后应加强软件的使用。4.实验得到的数据虽然都在误差允许范围内，但与理论值有着明显的差距，需要进一步改进和完善。实验二负反馈放大电路的设计与仿真实验内容：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(幅度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，并分别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。改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。实验要求：1.给出两级放大电路的电路原理图。2.对电压串联负反馈电路，还需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。3.对电压串联负反馈电路，给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入和输出电阻，并验证AF1/F（选作）。4.分析实验结果。实验过程：1.两级放大电路的电路原理图（1）不接负反馈电路图（2）接入负反馈电路图2、测试负反馈接入前后电路的电压增益、输入电阻、输出电阻以及频率特性引入负反馈前：电压增益，输入电阻：由上图数据计算得到：电压增益为Av=297.0，输入电阻为R=4.167KΩ。输出电阻：由上图数据经计算得到：输出电阻R=14.395KΩ。频率特性：由交流分析得到的图形，可以得到最大y1=325.5379。除以2，得到230.2224，左右移动摇杆，得到图形如下：由上面两图可可以得出：不接负反馈的电路FL=261Hz，FH=442kMHz。引入负反馈后：电压增益，输入电阻：计算可知：电压增益Av=77.881，输入电阻R=5.58KΩ输出电阻：输出电阻计算得到R=774.9Ω频率特性：由交流分析得到的数据可知：y1的最大值为78.8460，除以2，得到55.76；分别向走向右拉动拉杆，得到如下截图：由上面两图可知：接入负反馈之后电路的FL=1.369kHz，FH=3.399MHz。实验分析：1.由实验得到的数据可以看出，对阻容耦合两级电压放大电路，接入串联负反馈后，可以增大输入电阻，减小输出电阻。2.从实验得到的两组频率特性，可以看出接入串联负反馈之后，放大电路的通频带得到了扩展。3.在接入负反馈使得通频带扩展的同时，放大电路的电压增益减小了。因为电压增益与通频带的乘积为一常数，保证了增益与通频带的反比关系，使得放大电路在获得较大通频带的时候缩小了增益，在获得较大增益的时候缩窄了通频带。4.可以看到，电路在接入串联负反馈之后，减少了非线性失真，即电路比原来变得更加稳定了。实验三阶梯波发生器的设计与仿真实验要求：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。实验原理：阶梯波发生器原理框图：实验报告要求：1.给出阶梯波发生器实验原理图；2.分步骤设计阶梯波发生电路的原理；3.得到最终输出波形，通过改变电路中元件的参数实现（1）改变阶梯波的周期；（2）改变阶梯波的输出电压范围；（3）分析元器件参数与阶梯波周期及输出电压范围的关系4.对实验结果进行分析。振荡控制电路方波发生微分电路限幅电路积分累加电路比较器电子开关电路电源实验步骤：1.方波发生电路输出波形：2.方波发生电路+微分电路输出波形：3、方波发生电路+微分电路+限幅电路：输出波形：4、方波发生电路+微分电路+限幅电路+积分累加电路：输出波形：5．阶梯波发生器在上图的电路基础上加上电压比较器和控制开关可以组成了如下完整的阶梯波发生电路。对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。(此时的参数：Rf=1MΩ,C1=10nF)6．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。（1）改变参数至：Rf=100kΩ,C1=10nF，得到波形：由结果可知，阶梯波周期大小与Rf成正比。（2）改变参数至：Rf=1MΩ，C1=1nF，得到波形：由上图可知，阶梯波的周期与C1成正比。（3）保持Rf=1MΩ,C1=10nF不变，改变参数至：R8=50kΩ可以看到随着R8的阻值增大，输出波形的阶梯个数变少，即输出电压范围缩小。（3）保持Rf=1MΩ,C1=10nF不变，改变参数至：C3=20nF，得到波形如下：保持Rf=1MΩ,C1=10nF不变，改变参数至：C3=60nF。从上图图形可以看出随着C3容值的变大，阶梯波的阶梯变多，即电压输出范围变大。从上述四个参数的改变得到的波形可以看出：阶梯波的周期与Rf，C1的乘积成正比；阶梯波的电压范围随着R8阻值的增大而缩小，随着C3容值的增大而增大。实验分析：1.阶梯波发生器的设计是分步骤逐渐设计完成的，因此在设计过程中保证已完成的部分的正确性对对实验效率的提高尤为重要。本次试验中因为前面方波发生器的错误致使实验又回到起点，增加了实验耗时。2.本次实验中只选择改变了Rf,C1，R8，C3四个参数的数值得到上述的结论，在阶梯波电路中应该可以改变其他电路元件来实现阶梯波的周期以及电压范围的改变，限于时间，本次试验中进行并未一一尝试。3.查阅资料以及计算得到阶梯波周期表达式为T=2RfC1Ln(1+2R3/R2),故此试验中刻意取值，使得1+2R3/R2的值为e，以简化实验中繁琐的计算。EDA设计课程总结本次EDA课程设计共进行了三个实验，均是使用Multisim软件进行设计仿真。三个实验分别是单级放大电路的设计与仿真，负反馈放大电路的设计与仿真，阶梯波发生器的设计与仿真。通过本次可是课程设计，加深了对上学期课程《模拟电子线路》的理解，在实验中学习巩固知识。在本次课程设计中又重新温习了单极放大电路，多级放大电路，负反馈，周期方波产生等知识点，加深了对知识应用于实践的理解。并且继电工电子综合实验后，又一次使用到了Multisim软件，在此次实验中更加熟练地操作使用了软件，并学会了直流分析，交流分析等一些软件功能。另外特别感谢在本次课程设计中，EDA辅导老师的细心指导和同学的热情帮助。参考文献[1]周淑阁,付文红,等.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社2004年[2]付文红、花汉兵《EDA技术与实验》机械工业出版社2007年[3]王建新、姜萍《电子线路实践教程》科学技术出版社2003年[4]郑步生、吴渭《Multisim2001电路设计及仿真入门与应用》2002年