实验一 单级放大电路的设计与仿真

实验一 单级放大电路的设计与仿真

一、实验目的

1、掌握放大电路的静态工作点的调整和测试方法。 2、掌握放大电路的动态参数的测试方法。

3 、观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。

二、实验内容和步骤

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5kHz(峰值10mV) ，负载电阻5.1kΩ，电压增益大于50。

2. 调节电路静态工作点(调节电位计)，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. 调节电路静态工作点(调节电位计)，使电路输出信号不失真，并且幅度尽可能大。在此状态下测试：

1电路静态工作点值；

2三极管的输入、输出特性曲线和? 、 rbe 、rce值； 3电路的输入电阻、输出电阻和电压增益； 4电路的频率响应曲线和fL、fH值。

三、实验步骤

1.设计分压偏置的单管电压放大电路（电路图入图1所示）

1

图1

2．测定饱和失真和截止失真 1）饱和失真

调节滑动变阻器，当滑动变阻器的值为15kΩ时，示波器中输出电压的波形底部被削平，出现了饱和失真。如图2所示

2

图2

对电路进行直流分析，得到如下静态工作点的值：

Ib=2.28mA,Ic=11uA,Vce=0.63V

3

2) 截止失真

由于输入的信号过小，因此很难观察到截止失真的现象，因此将小信号的峰值调至50mV，调节滑动变阻器，当滑动变阻器的值为50kΩ时，示波器中输出电压的波形顶部被削平，出现截止失真。如图3所示。

图3

对电路进行直流分析，得到如下静态工作点的值：

4

Ib=5.27uA,Ic=1.14uA.Vce=6.28V

3)观察不失真并测定参数

调节滑动变阻器，当滑动变阻器的值为30kΩ时，波形基本对称且幅度最大，如图5所示

图5

再通过对电路图进行直流分析，得到如下静态工作点的值：

5

Ib=7.64uA,Ic=1.62mA.Vce=3.88V

4.测试三极管的输入、输出特性曲线和? 、 rbe 、rce值 1)当电路不失真时，可根据Ib与Ic的值测得?=Ic/Ib=212 2) 三极管的输入特性曲线：

图6为测试三极管输入的实验图，使用直流扫描，可得输入特性曲线如图7所示：

图6

6

图7

静态时Ib=7.64uA,在图7中找到静态工作点Q, 在Q点附近取两个点，斜率的倒数即为rbe, rbe=dx/dy=5.25KΩ 3）三极管的输出特性曲线：

图8为测试三极管输出的实验图，使用直流扫描，可得输出特性曲线如图9所示：

图8

7

图9

Ib=7.64uA

通过静态时的Ic找到Q点，在Q点附近取两个点，斜率的倒数即为

rce=dx/dy=68k

4.测量电路的输入电阻、输出电阻和电压增益 1)测量输入电阻

输入电阻的测试电路如图10所示。将万用表XMM2设置为交流电流表，万用表XMM1设置为交流电压表。从这两个表中读出电流和电压的值，如图11所示。

Ri=Vi/Ii=3.8kΩ

8

图10 测量输入电阻电路图

图11 电流表与电压表读数

2)测量输出电阻

输出电阻的测试电路如图12所示。将万用表XMM2设置为交流电流表，万用表XMM1设置为交流电压表。从这两个表中读出电流和电压的值，如图13所示。

Ro=Vo/Io=2.9kΩ

9

图12 测量输出电阻电路图

图13 电流表与电压表读数

3）测量电压增益

测量电压增益的电路图如图14所示，XMM1测量输入电压，XMM2测量输出电压，示数如图15所示。Av=Vo/Vi=78.56

10

图14测电压增益实验图

图15

4. 电路的频率响应曲线和fL、fH值

对电路进行交流分析，得到频率响应曲线如图16所示，由最大分贝减3分贝得到fl和fh的值，fl=78.43HZ,fh=23.02MHZ：

11

图16

5误差分析 三极管的?

真=220，实际测得的

?=212，误差E=|?真-?|/?真=3.6%

Ri=R1//(R2+R5)//rbe=3.77k,实验测得Ri=3.8k,误差E=|Ri真-Ri|/Ri真=0.88% Ro=R3=3k,实验测得Ro=2.9k E=|Ro真-Ro|/Ro真=3.3% |Av|=?*Rl//R3/rbe=79.15, 实验测得Av=78.56,误差E=0.75%

存在误差，一方面是选不失真的静态工作点时，存在一定的偏差，在输入输出曲线中，选两点求斜率也会导致有误差，但是所有误差在可接受范围之内。

四、实验小结

当三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中的三级管提供合适的静态工作点才能保证三极管工作在放大区，如果静态工作点不适合，输出波形则会产生非线性失真。实验中，采用峰值为10mV的信号源，由于输入的信号过小，因此很难观察到截止失真的现象，找到原因后，我测截止失真时将信号源的峰值调到了50mV，出现了截止失真。所以可以看出，放大器的信号源对截止失真的观察有影响。

当静态工作点设置在合适的位置时，即保证三极管在交流信号的整个周期均

12

工作在放大区时，三极管有电流放大特性，通过适当的外接电路，可实现电压放大。表征放大电路放大特性的交流参数有电压放大倍数，输入电阻，输出电阻。

由于电路中有电抗元件电容，另外三极管中的PN结有等效电容存在，因此，对于不同频率的输入交流信号，电路的电压放大倍数不同，电压放大倍数与频率的关系定义为频率特性，频率特性包括：幅频特性——即电压放大倍数的幅度与频率的关系；相频特性——即电压放大倍数的相位与频率的关系。

结 论

这个实验是我EDA设计的第一个实验，由于是刚刚开始，所以花了比较多的时间去做，做完后回想起来，感觉这个实验不管是原理还是设计的复杂度，都是相对简单的，花费比较的时间一方面是对软件不太熟悉，另一个原因是我比较马虎。当做截止失真的部分时，我无论怎么调节电路，都不出现截止失真，我当时太关注各个电阻和电容，忽视了信号源的问题，所以我分析了很久无果。浪费了很多时间后才发现是信号源的问题。这次试验是我熟悉可multisim这个软件，同时，教会我学习中除了要抓重点，细节也不可以忽视。

参考文献

[1] 付文红、花汉兵 《 EDA技术与实验》机械工业出版社 2007年 [2] 王建新、姜萍 《电子线路实践教程》科学技术出版社 2003年 [3] 郑步生、吴渭 《Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用》 2002年

[4] 周淑阁,付文红, 等. 模拟电子技术基础[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.

[5] 温平平，贾新章．模拟乘法器的建模及其应用[J]．电子科技，2004，3 .

13

实验二 负反馈放大电路的设计与仿真

一 实验目的

1研究负反馈对放大电路输出信号的影响。

2掌握负反馈对放大电路输入电阻Ri、输出电阻Ro以及电压增益的影响，并且验证AF≈1/F.

3了解负反馈对放大电路通频带的影响和非线性失真的影响。

二 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1kΩ，电压增益大于100。 2. 给电路引入电压串联负反馈：

1）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。 2）改变输入信号幅度，观察负反馈对电路非线性失真的影响。

三 实验步骤

1. 设计一个阻容耦合两级电压放大电路（电路如图1所示），用示波器连接输入端和输出端，波形如图2所示，从中可以计算出不接负载时电路放大倍数。Av=Vo/Vi=714.08

14

图1

图2

15

2.电路引入电压串联负反馈，电路如图3所示，用电压表测输入端和输出端的电压，如图4示，从中可以计算出接负载时电路放大倍数。Af=Vo/Vi=56.17 电压串联负反馈电路中，F=Vf/Vo,电压表连接后，如图5所示，测得F=0.017

图3

图4

16

图5

3.负反馈接入前后的输入输出电阻 1)接入前

测输入电阻的电路图如图6所示，其中XMM1为电压表，XMM2为电流表，示数如图7所示Ri=1.4k

图6

17

图7

测输入电阻的电路图如图8所示，其中XMM1为电压表，XMM2为电流表，示数如图9所示,Ro=3.7k

图8

图9

18

2)接入后

测输入电阻的电路图如图10所示，其中XMM1为电压表，XMM2为电流表，示数如图11所示Ri=5.04k

图10

图11

19

测输出电阻的电路图如图12所示，其中XMM1为电压表，XMM2为电流表，示数如图13所示Ro=52Ω

图12

图13

20

4.负反馈接入前后的频率特性

1）负反馈接入前，频率特性如图14所示

图14 fl=806HZ,fh=32kHZ

2）负反馈接入后，频率特性如图15所示

图15 Fl=104HZ,fh=1.43MHZ

通过比较可以发现，加入负反馈后，同频带明显增宽。

21

5.改变输入信号的幅度，当输入型号为15mV时，出现失真，如图16所示

图16

四 实验小结

下表为接入反馈前后，相关数据的值： 电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 fl - fh 未接入反馈 714.08 1.4k 3.7k 808HZ-32KHZ 接入反馈 56.11 5.04k 52Ω 104HZ-1.43MHZ 从数据中分析可以证明，电压串联负反馈增加输入电阻，减少输出电阻，展宽通频带，实验中还测得F=0.017,1/F=58.82,证明Af≈1/F。

22

结 论

这个实验在第一个实验的基础上略增加难度，但是由于有了做第一个实验的

基础，所以这个实验做的还是相当快的，唯一有障碍的地方是我测反馈系数F的过程中，走了几次弯路，后来我又翻了一遍模电书中的相关内容，知道了反馈系数就是Vf/Vo,原理知道了，测起来就方便了。总之，这个实验还是较为顺利的，最后的实验结论也与理论的相吻合。以前学习模电的时候只知道很理论的记住加入电压串联负反馈后，能稳定电压，输入电阻增加，输出电阻减小，能展宽同频带，减小非线性失真，经过这次的实验，通过自己设计电路，我对这些理论的东西有了更深入更具体的认识。

参考文献

[1] 付文红、花汉兵 《 EDA技术与实验》机械工业出版社 2007年 [2] 王建新、姜萍 《电子线路实践教程》科学技术出版社 2003年 [3] 郑步生、吴渭 《Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用》 2002年

[4] 周淑阁,付文红, 等. 模拟电子技术基础[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.

[5] 温平平，贾新章．模拟乘法器的建模及其应用[J]．电子科技，2004，3 .

23

实验三 阶梯波发生器的设计与仿真

一 实验目的

1）掌握阶梯波发生器电路的结构特点 2）掌握阶梯波发生器电路的工作原理 3）学习复杂的集成运算放大电路的设计

二 实验要求

1） 设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求阶梯波周期在20ms左右，输出电压范围10V，阶梯个数5个。(注意：电路中均采用模拟、真实器件，不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用虚拟器件。)

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。

三．实验步骤

1）设计方波发生器，电路如图1所示，输出波形如图2所示。

24

图1

图2

2）在方波发生器的输出端接电阻和电容，组成微分电路如图3所示，得到尖脉

25

冲的波形图如图4所示

图3

图4

3）设计限幅电路，将负半周的尖脉冲滤除掉。利用二极管单向导通性来进行

26

限幅，电路如图5所示，输出地单边尖脉冲如图6所示。

图5

图6

4）设计积分累加电路，用集成运放组成的积分电路实现积分累加，在前面电

27

路的基础上连接积分累加电路，如图7所示，打开仿真开关，得到积分累加电路的波形如图8所示

图7

图8

5）设计周期阶梯波，在（4）的基础上加上电压比较器和开关控制电路，就组

28

成了完整的阶梯波发生器，如图9所示，电路的输出波形如图10所示

图9

图10

从图10可以看出，电压的周期约为20ms，输出电压范围约10V，阶梯个数为5

29

个，符合设计要求。

5）确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件

因为振荡周期T=2R8C2ln(1+2R4/R2),所以理论上说，阶梯波的周期与R8C2成正比。对于微分电路，vo=-R7C3(dv/dt),积分电路vo=-1/R5C4∫vdt,所以理论上阶梯波的高度与R7C3成正比，与R5C4成反比。

a. 单独改变R8的值，原来R8=71.5k,现使其增加约一倍，R8=143k,输出波形如图11所示，周期T≈40ms。

单独改变C2的值，使其增加一倍，输出波形如入12所示，周期T≈40ms,从中可以看出，阶梯波的周期与方波发生器的R8C2成正比

图11

30

图12

b. 单独改变R7的值，使其增加一倍，R7=1.64k,输出波形如图13所示 单独改变C3的值，使其增加一倍，C3=0.1uf,输出波形如图14所示 从图可知,C3R7的增加对输出电压范围影响不大，主要影响还是使得阶梯波的高度增加

31

图13

图14

32

c. 单独改变R5的值，R5=1.2k,输出波形如图15所示 单独改变C4的值，C4=0.2uf,输出波形如图16所示

从图可知,C4R5的增加输出电压范围影响不大，主要影响还是使得阶梯波的高度的减小

图15

16

33

图

c. 改变比较器的三个电阻值，如图17.18.19分别为改变R3=10k，R12=10k，R13=35k的值后的输出波形。

从输出波形中可以看到，比较器的三个电阻R3，R12，R13对周期和电压输出范围有影响，对阶梯波高度无影响。

图17

34

图18

图19

35

四 实验小结

为了获得足够高的电压放大倍数，或者为了获得满足要求的输入输出电阻，实际的放大电路通常由多个基本放大电路级联而成，构成多级放大电路，在组成多级放大电路时，通常将三种基本组态的放大电路进行适当的排列组合，充分发挥各自电路的特点，从而获得多级放大电路最佳的电路性能。引入负反馈会使得电路各参数受到影响。

为了设计一个负阶梯波发生器，首先考虑产生一个方波，其次，经过微分电路输出得到上下都有的尖脉冲，然后经过限幅电路，只留下所需的正脉冲，再经过积分电路，实现累加而输出一个负阶梯。对应一个尖脉冲就是一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变，在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上积分，因此，积分器就起到了积分和累加的作用。当积分器累加的比较器的比较电压时，比较器翻转，比较器输出正电压，时振荡控制电路起作用，方波停振。同时，这个正电压使电子开关导通，积分电容放电，积分器输出对地短路，恢复到起始状态，完成一次阶梯波输出。积分器输出由负值到零跳变的过程，又使比较器发生翻转，比较器输出变为负值，这样振荡控制电路不起作用，方波输出，同时使电子开关断开，积分器进行积分累加，如此循环往复，就形成了一系列阶梯波。

影响阶梯波电压范围的元器件：R3，R12，R13 影响周期的元器件：R8 C2 R4 R2

影响阶梯波高度的元器件：R7，C3，R5，C4 （以上均对照图9电路）

结 论

这个实验是我做的EDA设计三个实验中最难的一个，一开始看着ppt上“庞大”的参考电路，我有些摸不着头绪。但当我慢慢的看书，一步一步的上手，发现其实这个电路还是很好理解的，把电路拆分了，就是我模电课上学过的各种功能电路，把各个功能配合起来，就是实验的结果。了解清楚了原理，设计起电路来就简单多了，后面只用了很少的时间就把电路完成了。可见，做好实验的关键是把原理弄懂，这样可以事半功倍。

36

参考文献

[1] 付文红、花汉兵 《 EDA技术与实验》机械工业出版社 2007年 [2] 王建新、姜萍 《电子线路实践教程》科学技术出版社 2003年 [3] 郑步生、吴渭 《Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用》 2002年

[4] 周淑阁,付文红, 等. 模拟电子技术基础[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.

[5] 温平平，贾新章．模拟乘法器的建模及其应用[J]．电子科技，

2004，3 . 37

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3hu3.html