eda设计实验报告

EDA设计（）实验报告 第 31 页 共 31 页实验一 单级放大电路的设计1、 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20kHz，峰值 5mV ，负载电阻1.8k，电压增益大于50。2. 调节电路静态工作点，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.在正常放大状态下测试： 电路静态工作点值 三极管的输入、输出特性曲线和、 rbe 、rce值 电路的输入电阻、输出电阻和电压增益 电路的频率响应曲线和fL、fH值2、 实验步骤（1） 单级放大电路原理图图1-1单级放大电路原理（2） 电路工作在失真状态 1.饱和失真 调节原理图中R1至0%，用示波器测得饱和失真波形如下图2-1。图2-1饱和失真输出电压波形图直流工作点分析，得饱和失真静态工作点，如图2-2。图2-2饱和失真静态工作点值 整理得饱和失真静态工作点： IB=19.33128A IC=2.52794mA VCE=4.87410V饱和失真原因分析：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。2. 截止失真 调节原理图中R1至50%，即5K，用示波器测得饱和失真波形如下图2-3。图2-3截止失真波形图 直流工作点分析，得截止失真静态工作点，如图2-4。图2-4 截止失真静态工作点值 整理得饱和失真静态工作点： IB=20.21862pA IC=0.58496798mA VCE=10.0V截止失真原因分析：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。（3） 电路工作在不失真状态1. 电路正常放大时的输出波形 调节原理图中R1至10%，用示波器测得正常放大时输出波形如下图3-1。图3-1 电路正常放大时的输出波形图 2.电路正常放大时的静态工作点 运用直流工作点分析，得正常放大时的静态工作点，如图3-2。图3-2 电路正常放大时的静态工作点 整理得电路正常放大时静态工作点： IBQ=12.78087A ICQ=1.7085mA VCEQ=3.144V 直流=133.7 3.测三极管输入特性曲线和rbe的值 取三极管，重新搭接电路，如下图3-3，其中Vce取上述测出的VCEQ 的值，Vbe任取。图3-3 测三极管输入特性曲线及rbe值的电路 运用直流扫描分析，得三极管输入特性曲线如下图3-4。并移动游标使 x1，x2，测得rbe。图3-4 三极管输入特性曲线rbe=Vbe/ib=dx/dy=1.52K4. 测三极管输出特性曲线和rce、的值 取三极管，重新搭接电路，如下图3-5，其中Ib取上述测出的IBQ的值， Vce任取。图3-5测三极管输出特性曲线及rce、值的电路 运用直流扫描分析，只使用源Vce，得ib=IBQ时三极管输出特性曲线如 下图3-6。并移动游标，测得rce。图3-6 ib=IBQ时三极管输出特性曲线rce=Vce/ic=dx/dy=5.56K 5.测电压增益、输入输出电阻测量电压增益在输入输出端分别接电压表，测电压增益，电路如下图3-8。图3-8 测电压增益实验图电压增益测量值AV=Uo/Ui=52.73电压增益理论值Av=-(Rc/RL)/rbe= E=(51-50.9)/ 50.9=4.4%测量输入电阻 在输入端接入电流表、电压表，测输入电阻，电路如下图3-9。图3-9 测输入电阻实验图输入电阻实验值：Ri=Ui/Ii= 0.7142输入电阻理论值：Ri=Rb1/Rb2/rbe=0.714E=(582-581.2)/ 582=0%测量输出电阻 移除负载RL，将电压源由输入端移至输出端，并在输出端接入电流表、 电 压表，测输出电阻，电路如下图3-10。图3-10 测输出电阻实验图输出电阻实验值：Ro=Uo/Io=849输出电阻理论值：Ro=Rc/rce=847E=(1.69K-1.689K)/ 1.689K=0.2%6.测电路频率特性运用交流分析，得到电路幅频、相频特性曲线，如下图3-11。在幅频曲线中，令y1，y2分别位于3dB点，测得fL、fH和通带宽度。图3-11 电路频率特性曲线整理结果得：fL=284.25Hz fH=1.49MHz 数据分析（一）误差来源 1.在计算电压增益理论值时采用公式Av=-(Rc/RL/rce)/rbe 此时若使用直 流则误差较大。若要使用直流，则应用公式Av=-(Rc/RL)/rbe （二）改进措施实验二 差动放大电路的设计1、 实验要求 1.设计一个带射极恒流源的差动放大电路，要求负载5.6k时的AVD 大于50。 2.测试电路每个三极管的静态工作点值和、 rbe 、rce值。3. 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AVD、 AVD1、 AVC、 AVC1值。2、 实验步骤（1） 差动放大电路原理图图1-1 差动放大电路原理图此电路AVD=52.520，满足设计要求。（2） 测试电路每个三极管的静态工作点值和、 rbe 、rce值 1.电路正常放大时的静态工作点 运用直流工作点分析，得正常放大时的静态工作点，如图2-1。图2-1 电路正常放大时的静态工作点整理得电路正常放大时静态工作点： 2. 测三极管rbe的值 取三极管，重新搭接电路，其中Vce取上述测出的VCEQ 的值，Vbe任取。 运用直流扫描分析，得三极管输入特性曲线如下图2-3。并移动游标使，测rbe。 图2-3 三极管输入特性曲线rbe1=Vbe/ib=dx/dy=3.94Krbe3=Vbe/ib=dx/dy=1.54k3. 测三极管rce的值 取三极管，重新搭接电路，如下图2-4，其中Ib取上述测出的IBQ的值，Vce 任取。 运用直流扫描分析，只使用源Vce，得ib=IBQ时三极管输出特性曲线如下 图2-5。并移动游标使x1，x2，测得rce1 同理可测得rce2 图2-5 ib=IBQ时三极管输出特性曲线rce1=Vce/ic=dx/dy=15.3Krce3=Vce/ic=dx/dy=5.48（三）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AVD、 AVD1、 AVC、 AVC1值。 1.双端输出差模增益AVD 双端接入差模直流小信号，测出4、5管脚间电压，求得AVD。电路如图 3-1。图3-1 双端差模增益测量图实验值AVD=（Vod1-Vod2）/(Vid1-Vid2)=52.52.单端输出差模增益AVD1 测量单端输出差模输入电路4、0管脚和没有小信号输入时4、3管脚间的电压， 求得AVD1。电路如下图3-2。图3-2 单端输出差模增益测量图实验值：AVD1=Vod1/(Vid1-Vid2)= 333.双端输出共模增益AVC 双端接入共模直流小信号，测出4、5管脚间电压。电路如下图3-3。图3-3 双端输出共模增益测量图实验值：AVC=0理论值：AVC=04.单端共模增益AVC1 测量单端输出共模输入电路24管脚和没有小信号输入时36脚间的电压，求得 AVC1。电路如下图3-4.图3-4 单端输出共模增益测量图实验值：AVC1=Voc1/Vic1=-409.633V/10mV=6.97910e（-3）三、数据分析实验三 负反馈放大电路的设计1、 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(峰值 1mv) ， 负载电阻3.9k，电压增益大于400。 2.给电路引入电压串联负反馈： 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。2、 实验步骤（1） 引入电压串联负反馈电路的实验接线图 图1-1 引入负反馈电路的实验接线图此电路电压放大倍数为487.8400，满足设计要求。（2） 测量负反馈接入前后电路各参数1. 电压放大倍数 断开开关J1，输入、输出端分别接电压表，由电表读数求得电压放大倍数。 如图2-1.闭合开开关J1，同理得闭环电压放大倍数如图2-2。图2-1 引入反馈前电压放大倍数实验图开环放大倍数：Av=487.8 图2-2 引入反馈后电压放大倍数实验图闭环放大倍数：Avf=28.92. 输入电阻 断开开关J1，输入端接入电压表和电流表，由电表读数求得输入电阻。 但是，如由于电流过小，电流表无法测出真实的电流大小，因此串联一个大 阻值的电阻测量其两端电压，可计算出算出电流。如图2-3。 闭合开开关J1，同理得引入负反馈后输入电阻。如图2-4。图2-3 引入反馈前输入电阻实验图 输入电阻Ri=11.1K图2-4 引入反馈后输入电阻实验图输入电阻Rif=45.0K3. 输出电阻 由公式Ro=(vo/vo)-1*RL ,vo不加负载时的电压，计算输出电阻 图2-5 引入反馈前输出电阻实验图图2-5 引入反馈后输出电阻实验图 4. 频率特性运用交流分析，得到电路幅频、相频特性曲线，如下图2-6。在幅频曲线中，令y1，y2分别位于3dB点，测得fL、fH和通带宽度。同理得图2-7。图2-6 测引入反馈前电路频率特性 图2-7 测引入反馈后电路频率特性 5. 出现失真时的输入信号 不断增大输入信号直到波形出现失真时引入反馈前电源电压为25mV引入反馈后电源电压为280mV6. 验证Af1/F 由图2-8，测得反馈电压VF。图2-8反馈电压测量电路 （三）实验结果总结引入反馈前电路引入反馈后电路电压放大倍数Av487.828.9输入电阻Ri11.1K45.0K输出电阻Ro 57628.8通带宽度570.237KHz5.5399686MHz输出开始出现失真时的输入信号幅度25mV280mV三、实验总结未引入电压串联负反馈时，电路的放大倍数不稳定；在引入深度负反馈后，在不改变反馈回路的情况下，电压放大倍数基本保持稳定。可知：电压串联负反馈的作用有：负反馈可以稳定电压放大倍数实验四 阶梯波发生器的设计与仿真1、 实验目的 1.依据参考电路，设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求生成的阶梯波周 期14ms，输出电压范围-9V，0V，阶梯个数6个。 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。2、 实验步骤（一）阶梯波发生器原理框图 （二）阶梯波发生器电路及分步工作原理1.方波发生器方波发生器周期T=2R3C1ln（1+2R1/R2），电路取R1=19.5K，C1=40nF， R3=29.7K，R2=33.5K，得到周期为1.834ms的周期方波。二极管D1、D2起到稳压的作用。电路如图2-1，方波波形如图2-2。图2-1 方波发生器电路图图2-2 方波波形2.微分电路在方波发生器的输出端接R5、C2组成微分电路，如图2-3。输出的尖脉冲波形如图2-4。图2-3 接入微分电路后电路图图2-4 微分电路输出的尖脉冲波形3.限幅电路在微分电路输出端接D3组成的限幅电路，如图2-5。利用二极管D1的单项导电性，滤除负半周的尖脉冲波形，得到波形图2-6。图2-5 接入限幅电路后电路图图2-6 限幅电路输出的单边尖脉冲波形4.积分电路在前面电路的基础上连接由运算放大器构成的积分累加电路，如图2-7。输出一直向下的阶梯波形，如图2-8。图2-7 接入积分电路后电路图图2-8 积分电路输出的单向下行阶梯波5.迟滞比较器和电子开关图2-9 阶梯波发生器电路图图2-10 阶梯波发生器输出波形梯形波的阶梯个数为6个，周期为14ms，电压范围在0-9V之间。3、 数据分析1. 调节电路中哪些元器件值可以改变阶梯波的周期？ 阶梯波的周期取决于方波发生器所发出的方波的周期。前面给出了方波周期的公式，因此，改变 、和的值均可以改变阶梯波的周期。2. 调节电路中哪些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围？输出电压的范围是由比较器控制的，取决于比较器U3正向输入端所输入的参考电压。过程如下：对U3的正向输入端应用KCL，其中为比较器U3的输出端电压。故 U3正向输入端输入的参考电压为： 不难看出，改变、的阻值均能改变阶梯波的输出电压范围。3. 调节电路中哪些元器件值可以改变阶梯波的阶梯个数？ 阶梯的高度是由积分电路决定的，由积分电路的公式： 可知，阶梯的高度与阶梯波的高度与和成反比，所以可以通过调节和，来实现对阶梯个数的调节。