1、第 39 頁 共 40 頁 EDA設(shè)計（I）實驗報告南 京 理 工 大 學EDA設(shè)計（） 實驗報告 姓名： 學號： 院系： 電光學院 專業(yè)： 電子信息工程 指導(dǎo)老師： 宗志園 實驗日期： 摘 要EDA 技術(shù)的發(fā)展, 大大縮短了電子系統(tǒng)開發(fā)的周期, 且已成為開發(fā)技術(shù)的主流,EDA 綜合實驗開發(fā), 為培養(yǎng)學生掌握EDA 技術(shù)的設(shè)計方法和微機控制技術(shù)在EDA 設(shè)計中的應(yīng)用提供幫助,EDA 技術(shù)作為電子設(shè)計領(lǐng)域中的新興技術(shù),具有傳統(tǒng)電子設(shè)計方法不可替代的高效、實用優(yōu)勢, 對于理工科, 尤其是電類相關(guān)專業(yè)學生及設(shè)計人員是必不可少的設(shè)計工具的熟練掌握這門技術(shù)尤為重要,EDA 綜合實驗的開發(fā)充實了專業(yè)課程的

2、實驗內(nèi)容, 改進了實驗方法與手段, 為學生創(chuàng)建了一個開放式、綜合性的實驗教學環(huán)境, 有利于培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力。EDA技術(shù)是指以計算機為工作平臺，利用EDA仿真軟件從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)，將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到IC版圖或PCB版圖的設(shè)計等大量工作都通過計算機完成。 EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計的效率和可操作性，減輕了設(shè)計者的勞動強度。目前EDA的概念已滲透到機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領(lǐng)域。本次的EDA實驗是利用multisim11.0軟件進行電路仿真，通過對實驗的設(shè)計、仿真、分析，真正的了解電路的工作原理以及各種電路

3、特性等。關(guān)鍵詞：EDA技術(shù) multisim11.0仿真 電路設(shè)計目 錄實驗一 單級放大電路的設(shè)計與仿真41、 實驗?zāi)康? 二、實驗原理4三、實驗要求4四、實驗步驟5 五、數(shù)據(jù)分析11 六、實驗小結(jié)11實驗二 差動放大電路的設(shè)計與仿真121、 實驗?zāi)康?2 二、實驗要求12三、實驗步驟12 四、數(shù)據(jù)分析205、 實驗小結(jié)20實驗三 負反饋放大電路的設(shè)計與仿真211、 實驗?zāi)康?1二、實驗要求21三、實驗步驟21 四、實驗小結(jié)29實驗四 階梯波發(fā)生器電路的設(shè)計301、 實驗?zāi)康?0 二、實驗要求30三、實驗原理30四、電路步驟31 五、實驗小結(jié)39 參考文獻39實驗一單級放大電路設(shè)計1、 實驗?zāi)?/p>

4、的1.掌握放大電路靜態(tài)工作點的調(diào)整和測試方法；2.掌握放大電路的動態(tài)參數(shù)的測試方法；3.觀察靜態(tài)工作點的選擇對輸出波形及電壓放大倍數(shù)的影響。2、 實驗原理三極管在工作正常放大區(qū)時，可以起到放大的作用。但三極管工作在放大區(qū) 的前提是直流電源為三極管提供合適的靜態(tài)工作點。如果三極管的靜態(tài)工作點不合適，則會導(dǎo)致放大出現(xiàn)飽和或截至失真，而不能正常放大。 當三極管工作在合適的靜態(tài)點時，三極管有電壓放大的作用。此時表征放大電路的交流參數(shù)為輸入電阻，輸出電阻以及電壓放大倍數(shù)。 由于電路中有電抗元件電容，另外三極管PN結(jié)也有等效電容的作用，所以，對于不同頻率的交流輸入信號，電路的電壓放大倍數(shù)是不同的。電壓放大

5、倍數(shù)與頻率的關(guān)系定義為頻率特性。3、 實驗要求1.設(shè)計一個分壓偏置的單管電壓放大電路，要求信號源頻率20kHz，峰值5mV, 負載電阻1.8k，電壓增益大于50。2.調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點，觀察電路出現(xiàn)飽和失真和截止失真的輸出信號波形，并 測試對應(yīng)的靜態(tài)工作點值。3.在正常放大狀態(tài)下測試： 電路靜態(tài)工作點值； 三極管的輸入、輸出特性曲線和、 rbe 、rce值； 電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓增益； 電路的頻率響應(yīng)曲線和fL、fH值。4、 實驗步驟1、 單級放大電路原理圖 圖1-1 單級放大電路原理圖2、 電路飽和失真輸出電壓波形圖圖1-2 飽和失真電壓波形圖 圖1-3 飽和失真的靜態(tài)工作點值 3

6、、 截止失真輸出電壓波形圖 圖1-4 截止失真電壓波形圖 圖1-5 截止失真的靜態(tài)工作點值 4、最大不失真輸出電壓波形圖 5、 三極管特性測試（1）輸入特性曲線 （2）輸出特性曲線 6、在最大不失真情況下電路基本參數(shù)測定（1）電壓增益測定 （2）輸入電阻的測定（3）輸出電阻的測定（4） 頻率特性仿真 5、 數(shù)據(jù)分析1、 誤差分析 2、 實驗改進 在實驗前對靜態(tài)工作點的設(shè)置進行改進，可使IC 在0.5到2mA之間，VB在3到5V之間，且Uce大于3V，處于這種工作狀態(tài)的二極管會具有較好的放大效果。6、 實驗小結(jié) 實驗結(jié)果有的與理論值有差異，可能是實驗儀器與理論不符，導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)。根據(jù)上面的誤差

7、分析可知，在計算輸出電阻時，理論值與測量值誤差較大，一者可能是人為誤差，或者是由于靜態(tài)工作點未設(shè)置正確所導(dǎo)致。而整個電路的電壓增益，其理論值和實際測量值基本吻合，誤差較小。而根據(jù)輸出特性的曲線簇可測得整個放大電路的交流，而通過Ic/Ib得到的直流，兩值相差不大。 由于本實驗是第一個實驗，而且不熟悉multisim11.0軟件，所以第一個實驗難度是相當大的，其中失真波形以及輸入輸出電阻都涉及到了上學期的模電知識，因此再做實驗的同時也把模電知識回憶了一遍。實驗二 差動放大電路設(shè)計一、實驗?zāi)康?.掌握兩種差動放大電路（長尾差動放大電路和帶有恒流源的差動放大電路）的靜態(tài)工作點的調(diào)試方法；2.掌握兩種差

8、動放大電路的差模電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的測試方法。了解差模電壓放大倍數(shù)的頻率特性，觀察交流參數(shù)的特點；注意比較兩種差動放大電路差模輸入時的各自特點；3.掌握兩種差動放大電路的共模電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的測試方法。了解共模電壓放大倍數(shù)的頻率特性，觀察交流參數(shù)的特點；注意比較兩種差動放大電路共模輸入時的各自特點。二、實驗要求1.給出差動放大電路原理圖。2.給出電路每個三極管的靜態(tài)工作點值和、值。3.給出雙端輸入直流小信號時電路的、 、 ，并和理論計算值作比較。4.分析實驗結(jié)果。三、實驗步驟 1、差動放大電路原理圖此電路=1.07261/(0.01+0.01)=53.63>

9、50滿足要求2、各三極管的靜態(tài)工作點分析（1）Q1、Q2的靜態(tài)工作點值和、值測定。由于差動放大電路左右完全對稱，兩個三極管的靜態(tài)工作點完全相同，故進行靜態(tài)分析時，只需要求解一個管子即可 測量輸入時的，需要用到直流掃描分析功能，故仍需要重新連接電路，將和轉(zhuǎn)變成直流源由公式得： 同理，在測定時，也需要重新連接電路，將和轉(zhuǎn)化為直流源由公式得：（2） Q3的靜態(tài)工作點值和、值 測量輸入時的，需要用到直流掃描分析功能，故仍需要重新連接電路，將和轉(zhuǎn)變成直流源由公式得，同理，在測定時，也需要重新連接電路，將和轉(zhuǎn)化為直流源由公式得：3、差模輸入雙端輸出的電壓增益4、差模輸入單端輸出的電壓增益5、共模輸入雙端輸

10、出的電壓增益6、共模輸入單端輸出的電壓增益四、數(shù)據(jù)分析1、誤差分析 2、 實驗改進 在計算單端輸出時的電壓增益時要扣除靜態(tài)本體，這樣會使結(jié)果更加準確。同時在計算等效電阻時可以用小信號等效模型。五、實驗小結(jié) 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)會發(fā)現(xiàn)，差模輸入雙端輸出和共模輸入雙端輸出的誤差較小。而差模輸入單端輸出的誤差較大，可能和實際測量所產(chǎn)生的偏差有關(guān)。雖然共模輸入單端輸出的誤差也很大，但是0.0051的測量值已經(jīng)達到了10-3到10-5的精度要求，因此是可以接受的。實驗三 負反饋放大電路的設(shè)計一、實驗?zāi)康?.掌握多級阻容耦合放大電路靜態(tài)工作點的調(diào)試；2.掌握各種反饋（電壓、電流、串聯(lián)、并聯(lián)）的區(qū)別與接入方法；3

11、.了解反饋對電路電壓增益、輸入輸出電阻以及非線性失真的影響。二、實驗要求1.給出引入電壓串聯(lián)負反饋電路的原理電路圖；2.給出負反饋接入前后電路的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻，并驗證AF»1/F。3.給出負反饋接入前后電路的頻率特性和、值，以及輸出開始出現(xiàn)失真時的輸入信號幅度。4.分析實驗結(jié)果。三、實驗步驟1、引入電壓串聯(lián)負反饋電路的原理電路圖2、 負反饋接入前電路的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻（1）測放大倍數(shù)：（2）測輸入電阻:（3） 測輸出電阻4、 負反饋接入后電路的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻（1）測放大倍數(shù)：（2）測輸入電阻:（3） 測輸出電阻： 5、負反饋接入前后的頻率特性曲

12、線 （1）負反饋接入前電路的頻率特性和、值 （2） 負反饋接入后電路的頻率特性和、值 6、負反饋對電路非線性失真的影響（1）負反饋接入前輸出開始出現(xiàn)失真時的輸入信號幅度為3mv（2） 負反饋接入后輸出開始出現(xiàn)失真時的輸入信號幅度為75mv四、實驗小結(jié) 誤差分析：結(jié)果分析：1、多級放大電路的耦合可以得到更大的電路放大倍數(shù) 2、本實驗引入了電壓串聯(lián)負反饋，從反饋前后的對比中很容易發(fā)現(xiàn)負反饋對電路所起到的作用：（1）負反饋可以擴展通頻帶。通過反饋前后頻率特性的分析，可知通頻帶有明顯擴大。（2）減少非線性失真。由于負反饋的接入，電路輸出開始出現(xiàn)非線性失真的信號源幅度明顯提升，使反饋接入前失真的信號不再

13、失真。（3）負反饋可以提高增益的穩(wěn)定性。未引入負反饋時，由于電路中的基極電阻、集電極電阻以及三極管參數(shù)等多方面因素影響，電路的放大倍數(shù)不穩(wěn)定。（4）負反饋可以改變電路的輸入和輸出電阻。將負反饋接入前后的測量數(shù)據(jù)易知，電壓串聯(lián)負反饋可以增大輸入電阻，提高電路的最大不失真電壓；減小輸出電阻，提供更大的輸出電流。（5）負反饋的接入使閉環(huán)增益比開環(huán)增益在幅度上減小。實驗四 階梯波發(fā)生器電路的設(shè)計 合作人：孫旭耀（912104210237）一、實驗?zāi)康?.掌握階梯波發(fā)生器電路的結(jié)構(gòu)特點2.掌握階梯波發(fā)生器電路的工作原理3.學習復(fù)雜的集成運算放大電路的設(shè)計二、實驗要求1、給出階梯波發(fā)生器實驗原理圖，圖中器

14、件均要有型號和參數(shù)值標注。2、介紹電路的工作原理。3、給出電路的分段測試波形和最終輸出的階梯波，并回答以下問題： (a)調(diào)節(jié)電路中哪些元器件值可以改變階梯波的周期？(b)調(diào)節(jié)電路中哪些元器件值可以改變階梯波的輸出電壓范圍？三、實驗原理 本實驗要設(shè)計一個階梯波發(fā)生器，首先利用方波發(fā)生器產(chǎn)生方波，經(jīng)過微分電路得到上、下都有的尖脈沖，然后經(jīng)過限幅電路留下所需的正脈沖，再經(jīng)過積分電路實現(xiàn)累加而輸出一個負階梯。一個尖脈沖對應(yīng)一個階梯，在沒有尖脈沖時，積分器保持輸出不變，在下一個尖脈沖到來時積分器在原來的基礎(chǔ)上進行積分，因此積分器就起到了累加的作用。當積分累加到比較器的比較電壓時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出正電壓，

15、使震蕩控制電路起作用，方波停振。同時，這個正電壓使電子開關(guān)導(dǎo)通，積分電容放電，積分器輸出對地短路，恢復(fù)到起始狀態(tài)，完成一次階梯輸出。積分器輸出由負值向零跳變的過程，又使比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，比較器輸出負值，這樣震蕩控制電路不起作用，方波輸出，同時使電子開關(guān)斷開積分器進行積分累加，依次循環(huán)，就形成一系列階梯波。其原理框圖如下所示：圖4.1 階梯波發(fā)生器原理框圖4、 實驗步驟（一）階梯波發(fā)生器電路及工作原理1、 方波發(fā)生器原理圖及波形圖先使用一個運放構(gòu)成滯回比較器，其上下門限電壓為，周期的表達式為。通過調(diào)整C1和R3的大小來改變方波的周期，根據(jù)實驗要求，應(yīng)將方波的周期調(diào)至2ms。圖4.3 方波發(fā)生器電路

16、圖圖4.4 方波發(fā)生器輸出波形由圖可容易得到方波的周期接近2ms2、 方波發(fā)生器+微分電路圖方波發(fā)生器產(chǎn)生的信號經(jīng)過微分電路，變成了周期性向上向下的脈沖波形。3、 方波發(fā)生器+微分+限幅電路圖及波形圖利用二極管的單向?qū)щ娦?，?gòu)成一個限幅電路。圖4.8 限幅電路產(chǎn)生的半邊脈沖波形4、 方波發(fā)生器+微分+限幅+積分累加電路圖及波形圖積分累加電路可將前面所得尖脈沖信號進行積分，得到逐級下降的階梯波。積分電路原理公式為，可以通過調(diào)節(jié)R7和C3的參數(shù)來調(diào)整每一級的高度，使每一級的高度為1.5V。圖4.9 方波+微分+限幅+積分累加電路圖圖4.10 積分累加產(chǎn)生的階梯波形5、 階梯波發(fā)生電路圖及波形圖 運

17、放741的輸出電壓約為-14V，調(diào)整電阻R9的值即可調(diào)整運放U3正向輸入端的電位。計算過程如下：對U3的正向輸入端應(yīng)用KCL： 整理可得： 結(jié)合調(diào)節(jié)微分電路的R7和C3的值（調(diào)節(jié)每節(jié)階梯高度），便可使階梯波的輸出電壓范圍為0V-9V，階梯個數(shù)為6個。圖4.12.1 階梯波波形圖（測電壓差）圖4.12.2 階梯波波形圖（測周期） 由此可得，輸出電壓范圍為-9V,0V,最高點與最低點電壓差為Um-Umin=8.991V，階梯波周期為T=14.030ms。（二）誤差分析周 期：電壓范圍：產(chǎn)生誤差的主要原因是：由于軟件所定參數(shù)無法準確使T達到2ms，因此會產(chǎn)生誤差。另外，因為回零時無法回到準確的零值，

18、在調(diào)節(jié)U3正向輸入端的電位時，其值比-9V稍微小一點以起到緩沖的作用，這也是誤差產(chǎn)生的主要因素。（3） 回答問題（a）調(diào)節(jié)電路中哪些元器件值可以改變階梯波的周期？I.因為方波周期公式為：，因此周期與R3、C1成正比，和R1正相關(guān)，R2負相關(guān)。調(diào)節(jié)R1、R2、R3、C1的參數(shù)值可以改變階梯波的周期。 II.在其他電路中，電容C3的增大以及電阻R6的增大都會改變階梯波的周期，但同時也會改變每節(jié)階梯高度。(b)調(diào)節(jié)電路中哪些元器件值可以改變階梯波的輸出電壓范圍？ 由公式，整理得。輸出電壓主要受滯回比較器的影響，改變滯回比較器中的電阻R8、R9及R10，即可調(diào)節(jié)輸出電阻，以及改變比較器的閾值電壓可以控制輸出電壓的范圍。（4） 改進措施在分布完成各電路后，第一次觀察波形使，發(fā)現(xiàn)第一條水平線相較于其它水平線較短，如圖4.14所示：圖4.14 問題波形分析問題后，在D5支路上添加了一個電阻R12，而它對電容放點時間的影響較小，因此既不會影響回零速度，又能延長回零后第一條水平線長度，改善后的波形如圖4.16。圖4.15 增加電阻R12圖4.16 改善后波形5、 實驗小結(jié)本次實驗我們應(yīng)用幾個基