1、理工大學EDA 設計（）實驗姓名：學號：912104210137學院：電子工程與光電技術學院專業：電子信息工程期：2014.9.10日實驗一 單級放大電路的設計與仿真一、實驗要求1、設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、調節電路靜態工作點，觀察電路出現飽和失真和截止失真的輸出信號波形，并測試對應的靜態工作點值。3、在正常放大狀態下測試：電路靜態工作點值；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；電路的頻率響應曲線和fL、fH 值。二、實驗步驟與數據整理（一）單級放

2、大電路原理圖圖 1-1 單級放大電路原理圖（二）電路工作在失真狀態1.飽和失真調節原理圖中 Rb1 至 5%，用示波器測得飽和失真波形如下圖 1-2。圖 1-2 飽和失真輸出電壓波形圖直流工作點分析，得飽和失真靜態工作點，如圖 1-3。圖 1-3 飽和失真靜態工作點值整理得飽和失真靜態工作點：IB=864.82723AIC=902.79854AVCE=0.0233V飽和失真原因分析：因為工作點設置不合理，沒有在放大區而處在飽和區中，下邊波形被削波，導致飽和失真。2.截止失真調節原理圖中R6 至 80%，用示波器測得截止失真波形如下圖 1-4。圖 1-4 截止失真波形圖直流工作點分析，得截止失真

3、靜態工作點，如圖 1-5。圖 1-5 截止失真靜態工作點值整理得截止失真靜態工作點：IB=1.13286AIC=244.31131AVCE=8.28538V截止失真原因分析：因為工作點設置不合理，沒有在放大區而處在截止區中，上邊波形被削波，導致截止失真。（三）電路工作在不失真狀態1.電路正常放大時的輸出波形調節原理圖中R6 至 10%，用示波器測得正常放大時輸出波形如下圖 1-6。圖 1-6 電路正常放大時的輸出波形圖2.電路正常放大時的靜態工作點運用直流工作點分析，得正常放大時的靜態工作點，如圖 1-7。圖 1-7 電路正常放大時的靜態工作點整理得電路正常放大時靜態工作點：IBQ=6.372

4、67AICQ=1.31087mAVCEQ=0.80231VVBEQ=0.63486V3.測三極管輸入特性曲線和 rbe 的值取三極管，重新搭接電路，如下圖 1-8，其中 Vce 取上述測出的VCEQ 的值，Vbe任取。圖 1-8 測三極管輸入特性曲線及 rbe 值的電路運用直流掃描分析，得三極管輸入特性曲線如下圖 1-9。并移動游標使 x1，x2分別位于VBEQ 值（0.63486V）左右兩邊，測得rbe。圖 1-9 三極管輸入特性曲線rbe=Vbe/ib=dx/dy=14778.3mV/3.2996A=44784.測三極管輸出特性曲線和 rce、 的值取三極管，重新搭接電路，如下圖 1-10

5、，其中 Ib 取上述測出的 IBQ 的值，Vce任取。圖 1-10 測三極管輸出特性曲線及 rce、 值的電路運用直流掃描分析，只使用源 Vce，得ib=IBQ時三極管輸出特性曲線如下圖1-11。并移動游標使 x1，x2 分別位于VCEQ 值左右兩邊，測得rce。圖 1-11ib=IBQ 時三極管輸出特性曲線rce=Vce/ic=dx/dy=44.8505mV/0.0009A=49.8K通過對直流靜態工作點分析，得出的測量值=ICQ / IBQ=1.31087mA / 6.37267A=205.74.測電壓增益、輸入輸出電阻測量電壓增益在輸入輸出端分別接電壓表，測電壓增益，電路如下圖 1-12

6、。圖 1-12 測電壓增益實驗圖電壓增益測量值AV=Uo/Ui=55電壓增益理論值Av=-(Rc/RL/rce)/rbe= 50.3E=|55-50.3|/50.3*100%=0.9%測量輸入電阻在輸入端接入電流表、電壓表，測輸入電阻，電路如下圖 1-13圖 1-13 測輸入電阻實驗圖輸入電阻實驗值：Ri=Ui/Ii= 528輸入電阻理論值：Ri=Rb1/Rb2/rbe=523E=|523-528|/523*100%=0.9%測量輸出電阻移除負載RL，將電壓源由輸入端移至輸出端，并在輸出端接入電流表、電壓表，測輸出電阻，電路如下圖 1-14。圖 1-14測輸出電阻實驗圖輸出電阻實驗值：Ro=U

7、o/Io=2888輸出電阻理論值：Ro=Rc/rce=3000E=|3000-2888|/3000*100%=3.7%5.測電路頻率特性運用交流分析，得到電路幅頻、相頻特性曲線，如下圖 1-15。在幅頻曲線中，令y1，y2 分別位于 3dB 點，測得 fL、fH。圖 1-15 電路頻率特性曲線整理結果得：fL=270Hz ， fH=18MHz三、分析與總結由相對誤差值來看，電壓增益、輸入電阻中實驗值與理論值符合較好。而輸出電阻實驗值與理論值差異較大，但都在誤差范圍之內，分析原因， 在本次實驗中，靜態工作點的選擇是通過調節滑動變阻器來實現的，所以靜態工作點本身就帶有一點點的誤差。 電容對于電路的

8、影響。在本次實驗中，認為電容起到阻直流通交流的作用，但在實際中電容對于交流并不是全通的，所以電容的存在也一定程度上對本次實驗造成了誤差。由于測量電阻rce 時，游標位置的選取直接決定了 rce 的值，可能會出現較大偏差，直至影響理論值的計算；此外，實際電壓表、電流表也存在內阻，所以實驗值與理論值有較大差異。通過本實驗，驗證了三極管的輸入、輸出特性曲線，并由此得出一些有關三極管的性能參數，用于之后的理論值計算。整個實驗中，測量三極管輸入、輸出特性曲線對我是一個難點。起初試圖通過單級放大電路直接測得特性曲線，經過與同學的和對特性曲線橫縱坐標含義的理解，明確需要重新搭接電路，并逐步確定各參數，直至完

9、成。這一過程讓我受益頗豐。本次實驗，是針對單級放大電路進行的。在此過程中，通過親自實踐，我對理論課上學習的三極管的小信號模型、性能參數，單級放大電路的各項性能指標有了感性的認識；特別是在測量 、rce、rbe 值時，新搭接的電路中各元件的選取和為何選此器件，讓我對三極管輸入、輸出特性曲線有了更深刻的理解。實驗二差動放大電路。一、實驗要求）的差動放大電路，要求 AVD 大于 400。1、設計一個帶射極恒流源（由三極管2、測試電路每個三極管的靜態工作點值和、Rbe、Rce 值。3、給電路輸入直流小信號，在信號雙端輸入狀態下分別測試電路的 AVD、AVD1、AVC、AVC1 的值。二、實驗步驟與數據

10、整理1、差動放大電路原理圖2、電路每個三極管的靜態工作點值和 、rbe 、rce 值。因為 Q1 和 Q2 完全對稱，所以其 、rbe 、rce 值完全相同測試 Q1、 Q2 靜態工作點值和、rbe、rce 值。其中 V(4)-V(8)是 VCE，其中 V(5)-V(8)是 VBE1=2=Ic/Ib=776.69117u/3.58418u=216.7測試 Q1、 Q2 的 rce 值rce1= rce2=dx/dy=1/64.7592u=15.44k測試 Q1、 Q2 的 rbe 值Rbe1= Rbe2=dx/dy=1/136.3388u=7.44kRbe2 理=200+1*26mA/Ic1=

11、7.25kRbe1 理=E=(7.44-7.25)/7.25=2.6%測試 Q3 靜態工作點值和 、rbe 、rce 值。其中 V(8)-V(10)是 VCE，其中 V(2)-V(10)是 VBE3=Ic/Ib=1.56054m/6.18252u=252.4測試 Q3 的 rce 值Rce3=dx/dy=1/112.7920u=8.866k測試 Q3 的 rbe 值Rbe3=dx/dy=1/232.5660u=4.23k理=200+3*26mA/Ic3=4.4 kRbe3E=(4.4-4.23)/4.4=3.9%3、測試雙端輸入直流小信號時電路的 AVD、AVD1、 AVC、AVC1，并和理論

12、計算值作比較。AVDAVD1=(2.436-1.76)/20m=33.8，AVD1 理=1（Rc/Rce/RL）/2Rbe=216.7*(10/15.44/5.6)/(2*7.44)=32.4E=（33.8-32.4）/32.4=4.3%AVCAVC=0，AVC 理=0AVC1斷開直流小信號后測得如下AVC1=（1.76004-1.75992）/0.02=0.006Avc1 理=R1/2Ro=0.013Ro=Rce31+3R5/(Rbe3+R3/R4+R5)=392.5k四、分析與總結差動放大電路提高電路抑制零漂的能力，在普通的放大電路會由于某些外界的變化比如溫度的變化，會使輸出的電壓發生微小

13、的變化，若是在多級放大電路中，這種微小的變化會被逐級放大，以至于在輸出端會出現很大的噪聲信號，使輸出端的信噪比嚴重下降。若采用差放電路無論是溫度的變化還是其他變化都會引起兩個三極管集電極電流及對應集電極電壓相同的變化，其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號，由于電路的對稱性和恒流源偏置，可以很好的抑制零漂，所以差放電合做多級直接耦合放大電路的輸出端，同時也可以提高電路的輸入電阻。實驗三一、實驗要求負反饋放大電路設計1、設計一個阻容耦合的二級電業放大電路，要求信號源頻率 10kHZ（峰值 1mV），負載電阻 3.9K，電壓增益大于 400。2、給出負反饋接入前后電路的放大倍數、輸入電阻、輸出電阻

14、，并驗證 AF1/F。3、給出負反饋接入前后電路的頻率特性和 fL、fH 值，以及輸出開始出現失真時的輸入信號幅度。二、實驗步驟與數據整理1、引入電壓串聯負反饋電路的原理電路圖；3、負反饋接入前后電路輸入電阻Ri 后=Ui 后/Ii 后=707.079u/173.413n=4.08k4、負反饋接入前后電路的輸出電阻Ro 后=Uo 后/Io 后=707.08u/17.493u=40.45、驗證 AF1/FF=UR10/UR5=705.455u/7.536m=0.0936 1/F=10.684，AF=Au 后=10.66故得：AF1/F，E=（1/F- AF）/AF=(10.684-10.66)/

15、10.66=0.23%6、給出負反饋接入前后電路的頻率特性和 fL、fH 值，以及輸出開始出現失真時的輸入信號幅度負反饋接入前后電路的頻率特性和 fL、fH 值負反饋接入前fL=231.0114HzfH=97.1872kHz負反饋接入后（電路圖上開關合上）fL=39.3850fH=4.3089MHz輸出開始出現失真時的輸入信號幅度輸入信號峰值為 109mv 時，輸出信號開始失真，波形如下三、分析與總結放大電路引入電壓串聯負反饋穩定放大電路的放大倍數，當引入的負反饋很深時，即|1 時，這時 AVF ，這時電路的放大倍數基本取決于反饋網絡而與基本的放大倍數，從而使電路的放大倍數穩定。同時改變輸入電

16、阻和輸出電阻，對于輸入電阻，串聯反饋增大輸入電阻，對于輸出電阻，電壓反饋減小輸出電阻。引入負反饋后電路的上限頻率FHF=FH(1+AMF)，式中 FHF 為負反饋引入電路的上限頻率，AM 為反饋引入之前的中頻電壓增益，由此可看出電路的上限頻率變大，增加的程度與負FLF=反饋的深度有關，同理可知，電路的下限頻率變低，電路的帶寬增大，展寬了頻帶。實驗四階梯波發生器的設計與仿真同組人：威一、實驗要求1、設計一個能產生周期性階梯波的電路，要求階梯波周期在 14ms 左右，輸出電壓范圍 9，階梯個數 6 個。2、對電路進行分段測試和調節，直至輸出合適的階梯波。3、改變電路元器件參數，觀察輸出波形的變化，

17、確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件。二、實驗原理階梯波發生器原理框圖為了設計一個負階梯波發生器，首先考慮由一個電路產生，其次，經過微分電路輸出得到上、下都有的尖脈沖，然后經過限幅電路，只留下所需的正脈沖，再通過積分電路后，因脈沖作用時間很短，積分器輸出就是一個負階梯。對應一個尖脈沖就是一個階梯，在沒有尖脈沖時，積分器的輸出不變，在下一個尖脈沖到來時，積分器在原來的基礎上進行積分，因此，積分器就起到了積分和累加的作用。當積分累加到比較器的比較電壓，比較器翻轉，比較器輸出正值電壓，使振蕩控制電路起作用，停振。同時，這正值電壓使電子開關導通，使積分電容放電，積分器輸出對地短路，恢復到起始狀態，完成

18、一次階梯波輸出。積分器輸出由負值向零跳變的過程，又使比較器發生翻轉，比較器輸出變為負值，這樣振蕩控制電路不起作用，輸出，同時使電子開關截止，積分器進行積分累加，如此循環往復，就形成了一系列階梯波。三、實驗步驟與數據整理1、設計發生器，電路，輸出波形。2、在發生器的輸出端接電阻和電容，組成微分電路，得到尖脈沖的波形圖3、設計限幅電路，將負半周的尖脈沖濾除掉。利用二極管單向導通性來進行限幅，電路，輸出地單邊尖脈沖。設計積分累加電路，用集成運放組成的積分電路實現積分累加，面電路的基礎上連接積分累加電路，打開仿真開關，得到積分累加電路的波形4、 確定影響階梯波電壓范圍和周期的元器件因為振蕩周期 T=2

19、R1C1ln(1+2R4/R3)，所以理論上說，階梯波的周期與 R1C1 成正比。對于微分電路，vo=-R5C2(dv/dt),積分電路 vo=-1/R8C3vdt,所以理論上階梯波的高度與 R5C2 成正比，與 R8C3 成反比。單獨改變 R4 的值，原來 R4=44k，現使其增加約一倍，R4=88k,輸出波形如圖所示，周期T28ms。單獨改變 C1 的值，使其增加一倍，輸出波形如入 12 所示，周期T28ms,從中可以看出，階梯波的周期與發生器的 R4C1 成正比 單獨改變 R5 的值，使其增加一倍，R5=3.6k,輸出波形單獨改變 C2 的值，使其增加一倍，C2=100nf,輸出波形從圖

20、可知,C2R5 的增加對輸出電壓范圍影響不大，主要影響還是使得階梯波的高度增加 單獨改變 R8 的值，R8=8.82k,輸出波形單獨改變 C3 的值，C3=0.2uf,輸出波形從圖可知,C3R8 的增加輸出電壓范圍影響不大，主要影響還是使得階梯波的高度的減小改變比較器的三個電阻值，如圖 17.18.19 分別為改變 R10=2k，R11=1k，R12=1.9k的值后的輸出波形。從輸出波形中可以看到，比較器的三個電阻 R10，R11，R12 對周期和電壓輸出范圍有影響，對階梯波高度無影響。圖 18四、回答問題1、影響周期的元器件：R1 C1R4 R32、影響階梯波電壓范圍的元器件：R10，R11，R12五、分析與總結為了獲得足夠高的電壓放大倍數，或