北航电子电路设计训练模拟部分实验报告

电子电路设计训练模拟局部实验实验报告实验一：共射放大器分析与设计1. 目的：1进一步了解Multisim的各项功能，熟练掌握其使用方法，为后续课程打好根底。2通过使用Multisim来仿真电路，测试如图1所示的单管共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输出波形的影响。3加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响。4观察失真现象，了解其产生的原因。图 1实验一电路图2. 步骤：1请对该电路进展直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。2请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。3请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。4请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。5请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。6请分别在30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点利用示波器测出输入和输出的关系，并仔细观察放大倍数和相位差。提示：在上述实验步骤中，建议使用普通的2N2222A三极管，并请注意信号源幅度和频率的选取，否那么将得不到正确的结果。3. 实验结果与分析：1根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。由simulate-analyses-DC operating point,可测得该电路的静态工作点为：图 2直流工作点由V(5)V(4)V(2),可知，晶体管发射结导通，且发射结正偏，集电结反偏，晶体管工作在放大状态。2详细说明测量输入电阻的方法操作步骤，并给出其值。图 3输入电阻测量使用交流模式的电流表接在电路的输入端测量输入电压和输入电流，如下图，可得输入电阻：。3详细说明测量输出电阻的方法操作步骤，并给出其值。图 4输出电阻测量分别测量空载时的输出电压和带载时的输出电压，得到输出电阻：4详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法操作步骤。a.利用软件右侧栏的Bode Plotter测量幅频、相频特性曲线，将输入端连接仪器IN端，输出端连接仪器OUT端，共地后点击运行，得出幅频、相频特性曲线，如下列图。图 5幅频特性曲线图 6相频特性曲线b. 利用软件的交流分析功能测得电路的幅频、相频特性曲线。选择simulate-analyses-AC Analysis，添加仿真输出点后，选择simulate，可得幅频、相频特性曲线，与前面用仪表测量得到的频率特性曲线一样。图 7交流分析频率特性5根据得到的幅频特性曲线，利用作图器的标尺功能，指出该电路的fL和fH3dB。根据图 5可得幅频曲线最高点为17.794Hz，分别找两侧比最大值衰减3dB的频率值，如下列图所示，可以得到。图 8 fL测量图 9 fH测量6将得到的30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点的输入和输出关系和刚刚得到的幅频、相频特性曲线比照，你有何看法？图 10 30Hz图 11 1KHz图 12 100KHz图 13 4MHz图 14 100MHz输入频率不同时，输出的放大倍数和相位差：30Hz1000Hz100KHz4MHz100MHz放大倍数1.3207.56109.66.96相位差度37180180180221.7从上表中可以看出，测得的放大倍数与相位差与前面所测的幅频、相频特性曲线相符。7请分析并总结仿真结论与体会。这是我们电子电路设计训练的第一次实验，第一次接触Multisim，感受到了该软件在电路分析中的强大功能，也把模电课上所学的东西用于实践，因此对知识有了更深的理解。本次实验中，对于实验操作，收获最大的地方是要注意用仪表测量时哪些情况该用直流、哪些情况该用交流，选择错误就无法得到正确的实验结果。实验二：射级跟随器分析与设计1. 目的：通过使用Multisim来仿真电路，测试如图2所示的射随器电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输入输出特性的影响。图 15实验二电路图2. 步骤：1请对该电路进展直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。2请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。3请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。4请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。5请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。6用瞬态分析法分析其电压跟随器特性，随意改变负载电阻阻值，观察输出特性有何变化。3. 实验结果1请对该电路进展直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。用仿真-分析-直流工作点分析，得到的结果如下列图所示。V(5)V(4)V(2)，晶体管发射结导通，发射结正偏、集电结反偏，故晶体管工作在放大状态。图 16直流工作点2请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。图 17输入电阻测量如图，在输入端连接交流电表，得到输入电阻：3请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。分别用交流电压表测量空载时的输出电压和带载时的输出电压，如下列图所示。可以得到输出电阻可以看到，射极跟随器的输入电阻较大，输出电阻较小，因此在电路中常用于阻抗匹配。图 18输出电阻测量4请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。利用Bode Plotter仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线：图 19幅频特性曲线图 20相频特性曲线5请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。图 21交流分析频率特性用交流分析功能得到的频率特性曲线与上面仪表测量的结果一样。6用瞬态分析法分析其电压跟随器特性，随意改变负载电阻阻值，观察输出特性有何变化。负载电阻为4.7时，simulate-Analysis-Transient Analysis得到输入和输出的关系如图 22所示。可以看到，输入和输出根本一样，具有良好的电压跟随特性。图 22瞬态分析利用Simulate-Analysis-Parameter Sweep功能对负载电阻R4进展参数扫描分析，即改变负载电阻阻值，观察输出电压的变化。从结果中可以看到，当负载电阻较小，即与射随器的输出电阻接近时，负载电阻的变化对输出电压有较大影响，电压跟随性能下降。而当负载电阻较大时，负载的变化对输出电压根本没有影响，在图中表现为各条曲线互相重合。图 23负载电阻参数扫描小负载图 24负载电阻参数扫描大负载7请分析并总结仿真结论与体会。这次实验中，我们利用瞬态分析和参数扫描功能对射随器进展了分析，对Multisim的功能有了更多认识，巩固了根本操作。同时，也更加深刻的理解了射随器的性质，了解了其输入电阻大、输出电阻小的特性，对其驱动负载的能力也有了深入体会。实验三：差动放大器分析与设计1. 目的：1通过使用Multisim来仿真电路，测试如图3所示的差分放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。2加深对差分放大电路工作原理的理解。3通过仿真，体会差分放大电路对温漂的抑制作用。图 25实验三电路图2. 步骤：1请对该电路进展直流工作点分析,进而判断电路的工作状态。2请利用软件提供的电流表测出电流源提供应差放的静态工作电流。3请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入、输出电阻。4请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的单端出差模放大倍数。5请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。6请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。7请利用温度扫描功能给出工作温度从0变化到100时，输出波形的变化。8根据前面得到的静态工作点，请设计一单管共射电路，使其工作点和图3电路的静态工作点一样。利用温度扫描功能，给出单管共射电路工作温度从0变化到100时，输出波形的变化，比拟单管共射电路与共射差分电路的区别。3. 实验结果与分析：1根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。运用仿真-分析中的直流工作点分析功能，分析各点电压，得到的直流工作点如下列图所示：图 26直流工作点从上图可以看出，晶体管Q1、Q2均满足发射结导通、发射结正偏且集电结反偏，因此工作在放大区；而Q3、Q4均满足发射结导通、发射结和集电结都正偏，因此工作在饱和区。2请画出测量电流源提供应差放的静态工作电流时，电流表在电路中的接法，并说明电流表的各项参数设置。图 27静态工作电流测量如图参加直流电流表，测得静态工作电流为0.708mA。3详细说明测量输入、输出电阻的方法操作步骤，并给出其值。图 28输入电阻图 29输出电阻如上图搭建电路，得到电压和电流的测量结果，然后计算输入电阻和输出电阻，其中电压表和电流表都工作在交流测量状态。测量输出电阻时，要分别测量空载时的输出电压和带载时的输出电压。输入电阻：输出电阻：4详细说明测量差模放大倍数的方法操作步骤，并给出其值。图 30单端出差模放大倍数如图，用两个交流数字电压表分别测量输入和输出电压，得到单端出差模放大倍数倍。5详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法操作步骤，并分别画出幅频、相频特性曲线。a.用Bode Plotter仪器测量幅频、相频特性曲线，如图 31连接电路，调整坐标围至一适宜值，可以得到测量结果如图 32、图 33所示。图 31仪表测量频率特性曲线图 32幅频特性曲线图 33相频特性曲线b. 用仿真-分析-交流分析功能分析幅频、相频特性曲线，设置频率围，可以得到如下列图所示的曲线：图 34频率特性交流分析可以看到，交流分析得到的幅频、相频特性曲线与仪表测量结果是一致的。6比照实验步骤7和8的结果，你有何结论？图 35差分放大电路温度扫描图 36共射放大电路温度扫描可以看出，差分放大电路抑制温漂的性能要明显好于共射放大电路。7请分析并总结仿真结论与体会。这次实验的电路比前两次复杂，并且最后的实验还需要独立调整共射放大电路的工作点，因此对我分析、设计和调整电路的能力都有很大锻炼。通过各项实验，对差分放大电路的优越性也有了更深刻的认识。实验四：集成运算放大器应用1.目的：1. 了解集成运放的部结构与各局部功能、特点；2. 了解集成运放主要参数的定义，以与它们对运放性能的影响。3. 掌握集成运算放大器的正确使用方法；4. 掌握用集成运算放大器构成各种根本运算电路的方法；5. 掌握根据具体要求设计集成运算放大电路的方法，并会计算相应的元件参数；6. 学习使用示波器DC、AC输入方式观察波形的方法，掌握输出波形的测量绘制方法。2.步骤：图 37实验四电路图1按上图搭建运放电路，观测放大倍数，并通过调节反应电阻来实现改变放大器的增益。2调整运放的直流工作点，分析输出直流信号的幅度与参考电压的关系。3对电路进展温度扫描，分析其温度漂移特性如何。4应用AD817搭建积分器，微分器，射随器电路。5应用AD817搭建减法器，要求有两路信号输入，经过相减后输出，并写出减法器输出电压的表达公式。3.实验结果与分析：1观测放大倍数，并通过调节反应电阻来实现改变放大器的增益。时，输入和输出的关系如下列图：图 38输入输出关系放大1倍可见放大倍数为1倍，符合的理论值。如果让，那么放大倍数为3倍，如下列图所示：图 39输入输出关系放大3倍2调整运放的直流工作点，分析输出直流信号的幅度与参考电压的关系。如图 40所示，VDD较小的时候，运放工作在线性区，输出电压与输入电压成正比；而VDD较大时，运放达到饱和，输出电压保持为参考电压12V不变。图 40输入输出关系3对电路进展温度扫描，分析其温度漂移特性如何。图 41温度扫描对运放进展-100100C温度扫描，输出曲线根本完全重合，可见温漂很小。4应用AD817搭建积分器，微分器，射随器电路。电路图与仿真波形见图 42至图 47。注意运放是反向输入的。从波形可以看到，搭建的电路实现了积分器、微分器和射随器的功能。图 42积分器电路图 43积分器波形方波为输入，三角波为输出图 44微分器电路图 45微分器输出三角波为输入，方波为输出图 46射随器电路图 47射随器波形输入输出等大反向5应用AD817搭建减法器，要求有两路信号输入，经过相减后输出，并写出减法器输出电压的表达公式。图 48减法器电路如上图，输出电压。注意更改电阻值时需始终保持。如果输入为交流也有同样的放大作用，但注意使运放工作在线性区，如果达到饱和那么此关系不再成立，输出会有失真。4. 问题：1大信号放大的特性与小信号放大特性的区别？小信号放大时，运放工作在线性区，呈现出比例放大特性，即输入与输出成正比；而大信号输入时可能使运放达到饱和，输出保持为参考电压不变。2运放的重要指标有哪些？输入电阻、输出电阻、输入电平、电压电流放大倍数、失真度、带宽、效率、输入失调电压电流等。3运算放大器AD817本身的输入输出电阻是多少？对于整体运放电路，输入输出电阻如何估算？理想运算放大器的输入电阻为无穷大，输出电阻为0。而对于实际的运算放大器与整体的运放电路，输入输出电阻可用前面实验中的方法测量，即测量输入端电压和电流计算输入电阻，测量带载和不带载的输出电压来计算输出电阻。4运放的温度漂移特性如何，并试回答原因何在？从实验结果中可以看到，运放的温度漂移非常小。因为运放前端为差分输入，抑制共模信号的能力强。5请分析并总结仿真结论与体会。本次实验需要自己设计微分器、积分器、减法器等电路，是对我们模拟电子技术课程和电子电路设计课程上所学知识的复习巩固和应用，加深了我们对知识的理解。在设计中，需要选择合理的参数，经常还要加一些反应，才能使电路工作在良好的状态，对于简单的电路如此，复杂的也就更是如此。所以，在今后的学习中，我希望能多积累一些电路设计方面的经验，为今后进一步的学习和研究打好根底。25 / 26