搜索
《电子线路设计、测试与实验》实验报告实验名称：PSPICE仿真单级放大电路院（系）：电子信息与通信学院专业班级：姓名：学号：时间：地点：实验成绩：指导教师：2015年11月4日一、实验目的1、了解电子电路CAD技术的基础知识，熟悉仿真软件PSpice的主要功能。2、学习利用仿真手段，分析、设计电子电路。3、初步掌握用仿真软件PSpice分析、设计电路的的基本方法和技巧。二、实验要求1.利用PSPICE软件完成图4.5.1的单级共射放大电路；2.分析放大电路的静态工作点；3.仿真放大电路的电压增益的幅频响应和相频响应曲线；4.仿真电路的输入、输出电阻频率响应曲线。三、预习要求认真阅读书本附录A，详细了解PSpice软件的功能、仿真步骤及使用方法。熟悉单极共射放大电路的静态工作点，输入、输出电阻及幅频特性、相频等。四、实验内容与步骤1、在主页下创建一个新的工程项目文件启动Capture软件，执行菜单命令File|New|Project，弹出NewProject对话框，在Name下的编辑栏中输入项目名称，选中AnalogorMixedA/D。在Location编辑栏中输入设计项目文档的存放路径。单击OK键选中Createablankproject，单击OK键。2、绘制单极共射放大电路的原理图（1）调元器件在Capture主窗口中，单击Place|Port，弹出选择窗口，先调用三极管，在BIPOLAR库中的Port栏中，点击三极管Q2N2222，单击OK，左击放置三极管，单击右键选择菜单ENDMode可结束该器件的放置操作。如此放置电阻R、电阻C（ANALOG库）、电源VDC（SOURSE库）、模拟地0（SOURSE库）、信号源VISN等。移动、旋转和删除元器件首先激活元器件，左键选中器件，就可以移动器件；右键选中MirrorHorizontally、MirrorVertically或Rotate命令，来水平镜像翻转、垂直镜像翻转或旋转元器件；需要删除是右键然后Delete即可。（2）画连接线选择菜单命令Place|Wire或相应的便捷工具图标，此时数遍箭头变成十字，将十字移到元器件引脚端口，单击左键，在移到要连接的另一元器件引脚端，单击左键。单击右键，执行菜单命令EndWire，结束画线操作。修改元器件标号和参数用鼠标双击图中要修改的标号或参数，弹出DisplayProperties窗口，修改Value；编辑栏中的内容，单击OK完成。（3）对节点定义节点名选择菜单命令Place|NetAlias或相应的便捷工具图标，弹出PlaceNetAlias对话框，在Alias编辑栏中填写节点名，如“Vc”，单击OK键。到此为止，完成了绘制电路原理图的工作。3、设置仿真类型，创建仿真简要表（1）ＢiasPointDetai1(静态)①选择菜单PSpice/NewSimulationProfile，在NewSimulation对话框下，键入Ｂias，用鼠标单击Create，然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框；②在模拟类型和参数设置框下，见Analysistype拦目，用鼠标选中及单击ＢiasPointDetai1；并在OutputFileOptiongs拦目下，单击选中“includedetailedbiaspointinformationfornonlinearcontrolledsourcesandsemiconductors”。单击应用（A）及确定返回！（2）Transient(瞬态,即时域分析)①选择菜单PSpice/NewSimulationProfile，在NewSimulation对话框下，键入TRAN，用鼠标单击Create，然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框；②在模拟类型和参数设置框下，见Analysistype拦目，用鼠标选中及单击TimeDomain(Transient)→再键入下列数据：Runto4msStartsavingdata0msMaximumstep20us单击应用（A）及确定返回！（3）ACSweep（即频域分析）①选择菜单PSpice/NewSimulationProfile，在NewSimulation对话框下，键入AC，用鼠标单击Create，然后在屏幕上弹出模拟类型和参数设置框；②在模拟类型和参数设置框下，见Analysistype拦目，用鼠标选中及单击ACSweep/Noise→然后，在ACSweepType拦目下键入下列数据：Start10hzEnd100MegPoints/Decade=101对于Logarithmic项选中：·Decade(十倍频，取半对数坐标)单击应用（A）及确定返回！4、电路规则检查及生成电路连接网表（1）将建立或修改后的文件(exa1.sch)存盘。（2）建立电路连接规则检查和建立网表文件：单击PSpice/CreateNetlist（若有问题，屏幕会有指示，并由设计者予以解决）5仿真（1）电路的静态工作点在项目管理器窗口中，点击鼠标右键，单机命令MakeActive，激活Bias图标，执行菜单命令Pspice|Run,单击菜单下便捷工具V按钮，电路各节点对地电压会直接显示在电路图中。还可在Capture的项目管理器窗口中，右键单击Biaspoint分析类型的简要表，并执行右键菜单命令ViewOutputFile打开仿真结果输出文件，则该电路的静态工作点，如基极电流，集电极电流，集射集电压等，都会显示在屏幕上。（2）仿真放大电路的输入，输出波形在“项目管理器”窗口中，点击鼠标右键，单击命令MakeActive，激活TRAN图标，执行菜单命令Pspice|Run,屏幕上会出现一个空白坐标，选择菜单命令Trace|AddTrace,弹出如下图所示的“添加曲线”对话框，从窗口左侧的变量列表中单击V（Vo）,或在TraceExpression编辑框中输入V(Vo),单击ok按钮，完成添加，则波形显示框便会显示出Vo的电压波形。添加一个波形显示框，以便同时观察多个波形。选择菜单命令Plot|AddPlottoWindow，此时显示框中多出了一个显示框。用以上方法添加输入电压V（Vi：+）的波形，此时波形显示框中便显示出Vo和Vi两个电压波形。观察输入,输出波形，如有饱和失真和截止失真，则退出仿真，进入电路原理图中，修改有关参数，直至波形正常，仿真结束。（3）仿真放大电路电压增益的幅频响应曲线和相频响应曲线在“项目管理器”窗口中，单击鼠标右键，单击命令MakeActive，激活AC图标，选择菜单命令Trace|AddTrace,弹出AddTrace对话窗口。①幅频响应曲线键入：dB(V(Vo)/V(Vs:+)),单击ok按钮，返回，则幅频响应曲线显示在窗口中。单击菜单命令Trace|Cursor|Display，激活游标（十字交叉线），确定中频区Av（dB）,选择菜单命令Plot|Label|Mark，此时，游标的坐标值记在曲线附近。移动游标在中频电压增益下降约3dB处，横坐标频率值就是上（下）限截止频率。单击菜单命令Plot|Label|Mark，此时坐标值标记在曲线附近，则可算出通频带。②相频响应曲线键入：dB(Vp(Vo)-Vp(Vs:+)),单击ok按钮，返回，则相频响应曲线显示在窗口中。单击菜单命令Traee|Cursor|Display,激活图标，此时坐标值显示在曲线附近。6、插面包板做实验并记录数据。五、实验结果与分析1、已知条件+VCC=+12V，RL=2KΩ,Vi=10mV(有效值),RS=50Ω。2、主要技术指标|AV|30，Ri2KΩ,Ro3KΩ,fl30Hz,fh500KHz,电路稳定性好。3、实验仪器设备低频信号发生器：低频信号发生器（1台）、数字万用表（1块）、双踪示波器（1台）、实验面包板（1块）、直流稳压电源（双路输出）（1台）、元器件及工具（1盒）4、电路工作原理如图所示，电位器，Rb2，R1，Re组成电流负反馈偏置电路，RC为晶体管直流负载，RL为负载电阻。CB、CC用来隔直和交流耦合。5、电路设计与调试（1）电路设计三极管用9013三极管，测得β为300。其余原件参数如电路图所标示。（2）电路的装调按照设计的参数安装电路，接通电源，调整电路，用万用表测得静态工作点及输入输出电阻：放大器的测量数据表静态工作点VBQ/VVCQ/VVEQ/VβICQ/mAIBQ/uAVCEQ/V5.357.334.693004.6715.62.64电压增益(f=1kHz)ViVoAV=VO/VI=38.729.2mV1.13V输入电压Ri测试电阻R=2kViVsRI=[VI/(VS-VI)]R=3.93KΩ18.56mV28mV输出电阻Ro(负载电阻RL=2K)VoVolRO=[(VO/VOL)-1]RL=921Ω1.49V1.02V6、主要技术指标的测量（1）测量电压增益AV在放大器输入端加上f=1KHz,Vipp=28mV的正弦波，在输出波形不失真时，测得vi和vo的波形如图所示，由图知Time0s0.5ms1.0ms1.5ms2.0ms2.5ms3.0ms3.5ms4.0msV(VO)-1.0V0V1.0VTime0s0.5ms1.0ms1.5ms2.0ms2.5ms3.0ms3.5ms4.0msV(VI)-20mV0V20mVAV=Vopp/Vipp=1130/29.2=38.7(2)测量通频带BW如图所示，当放大器增益下降到中频增益的0.707倍时所对应的fL和fH故通频带为27Hz-1.564MHzFrequency10Hz100Hz1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz100MHzDB(V(VO)/V(VI))20253035通频带fL、fH的测量数据表输入VIPP=28mVfi/Hz202730401001k10k100k500k1M1.564MVOPP66479882491210901130114011201080936798AV22.727.328.231.237.338.73938.437.032.027.320lgAV27.128.72929.931.431.831.831.731.430.128.7通频带Fl=27HzFH=1.564MHz(3)测量输入电阻Ri取测试电阻为2KΩ分别测得R两端对地电压Vspp=28mV,Vipp=18.56mV,则，Ri=RVi/(Vs-Vi)=3.93K(4)测量输出电阻Ro输入一固定信号电压，分别测得RL断开和接通时的输出电压VO=1.49V,VOL=1.02V,则Ro=(VO/VOL-1)RL=921Ω7、误差分析（1）电压增益AV理论计算AV=38.7，实测值AV=38.7，相对误差为γ=0%（2）输入电阻理论值Ri≈rbe=3700Ω，实测3930Ω。相对误差γ=（3930-3700）/3700=6.2%（3）输出电阻RO理论值RO≈RC为1KΩ,实测921Ω。相对误差为γ=(1000-921)/1000=7.9%。误差产生的原因有：1.各计算公式为近似公式。2，元件的实际值与标称值不尽相同3.在频率不太高时，CE、CB的容抗不能忽视4，测量仪器仪表的读数误差8、实验分析与研究（1）、影响放大器电压增益的因素从求AV的公式知，β越大AV越大，RC越大，AV越大，而Ro≈RC,故RC不可太大。（2）影响放大器通频带的因素从求fL的公式知，CE变大fL变小，但CE增大，电容的体积和价格也增大，故应综合考虑。晶体管发射极增加负反馈电阻后，可使fL变小，AV减小。（3）、晶体管失真的研究当静态工作点太低时，会产生截止失真，过高时会产生饱和失真。改进办法：调整偏置电阻。截止失真时减小Rb1,提高VBQ以增大IBE,饱和失真时增大Rb1，以减小IEQ9、实验总结（1）通过这个实验，我学会了单级阻容BJT放大器的基本设计方法和调整静态工作点的方法，掌握了放大器的主要性能指标和测量方法。进一步熟悉了示波器和函数发生器的使用，学会了用万用表测静态工作点。（2）实验时要保