EDA实验(1)报告

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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10kHz(峰值1mV) ，负载电阻3.9kΩ，电压增益大于70。

2. 调节电路静态工作点(调节偏置电阻)，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(调节偏置电阻)，使电路输出信号不失真，并且幅度最大。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b 、 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、饱和失真：

分压偏置电路设计电路图如下，其中滑动变阻器、R1、R2为分压偏置电阻，NPN三极管采用射极形式输出，调节滑动变阻器至最大值的5%处左右，输入信号放大到3mv/10kHz可明显观察到失真波形。

EDA设计（Ⅰ）实验报告第 1 页共 55 页

饱和失真波形如下：

对电路进行静态直流分析，得到参数数值如下：

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Uc=4.32668V，Ub=4.92895V，Ue=4.26508V，则Ub>Uc>Ue，显然三极管的静态工作点在饱和区，输出波形为削底失真。

削底原理如图：

因为静态工作点在饱和区，饱和区的放大能力不如放大区好，放大倍数很小，所以在输入特性中输入波形产生削顶，而采用的是射极输出，输出波形与输入波形反向，

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故输出波形为削底。

2、截止失真

在饱和失真电路的基础上，将滑动变阻器换成200kΩ的电阻，调节滑动变阻器至65%就构成了截止失真电路如下图：

示波器波形如下：

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对电路进行静态直流分析，所得数据如下：

Uc=11.97077V，Ub=0.50520491V，Ue=0.01468728V，Ube=0.49051763V，则 Uc>Ub>Ue但Ube

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因为静态工作点在截止区，截止区的放大倍数很小，所以在输入特性中输入波形产生削底，而采用的是射极输出，输出波形与输入波形反向，故输出波形为削顶。

3、放大电路

在饱和失真电路中，调节滑动变阻器至10%，设计电路图参数如下：

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观察示波器波形如下：

两万用表示数如下：

Av?Uo108.801??1000?154?70 Ui707.08

理论上：

Av??(R3//R4//Rce)(R1?R6)//R2//Rbe?158.6（用到后面的计算值）

误差为

158.6?154?100%?2.9%

158.6EDA设计（Ⅰ）实验报告第 7 页共 55 页

对电路进行静态分析，所得参数数据如下：

Ub=4.18073V，Uc=4.98415V，Ue=3.52479V，Ube=0.65558V，则Uc>Ub>Ue且Ube>Uon,电路此时处在放大状态。

①求输入特性、Rbe

保持三极管Uce电压与静态时一致，扫描电压Ube，以Ib为输出，得到三级管的输入特性曲线，测试电路设计如下图：

得到输入特性曲线如下图：

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Rbe??Ube656.4263?655.1724??1000?1.76k?Ibe19.6086?18.8973

②求输出特性、β、Rce

保持三极管Ube电流与静态时一致，扫描电压Uce，以Ic为输出，得到三级管的输出特性曲线，测试电路设计如下图：

输出特性曲线：

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得到输出特性曲线如下图：

找到静态工作点，得到参数如下图：

则：

?Ic1.6374?1.3754??1000?131?Ib2

??EDA设计（Ⅰ）实验报告第 10 页共 55 页

在输出特性曲线上找到静态工作点附近的两点计算Rce：

Rce??Uce1.4626?1.4548?k?7.09kIce1.6377?1.6366

③求输入输出电阻： a.求输入电阻

在信号输入端接入万用表测电流，求输入电阻的电路图如下：

万用表测出电流值如下图：

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则：Ri?Ui707.08?k??1.3k? Ii545.787理论上：Ri?(R1?R6)//R2//Rbe?1.21k? 误差为：

1.3?1.21?100%?7.4% 1.21b.求输出电阻

将负载电阻断开，去掉交流小信号，在输出端接上测试小信号源，测其电压、电流计算出输出电阻。

万用表所测数值如下：

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则：Ro?Uo707.107?k??2.36k? Io299.6812.36?2.29?100%?3.05%

2.29

理论上：Ro?Rce//R3?2.29k? 误差为：

④求频响特性：

对放大电路进行交流分析得到电路的频响特性如下图：

从图上可知，20|lgAv|的峰值为43.8710，所以选取3db下降处所对应的频率值作为上下限频率，如图：

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则： fL=1.7088kHz fH=17.6202MHz

四、实验小结

本次试验让我又重新温习了一遍模电书，隔了一个暑假，我已经忘掉好多了，许多基本概念都搞混了，算是给自己一个重新捡回知识的机会，另外，Multisim10.0这款软件自从上次在电子电工综合实验后一直没用过，所以也是温习了一下这个，不过之前只是简单的运用了它的画图功能，这次则运用到它强大的模拟仿真功能。

这个实验是四个实验中最简单的，也是老师给我们提示最多的，加上之前预习过，所以做得还算顺利，主要是Multisim这款软件的仿真功能我不是很熟，所以处理起数据来比较不顺手，不过后来用多了就好多了。

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结论

本次试验让我对仿真实验的基本流程有了进一步的了解，收获了很多。首先是电路的一些常用的分析方法：直流静态工作点分析法、交流分析法、直流扫描法等，同时我对Multisim这款强大的软件有了深层次的认识，熟悉了它的一些常用分析功能，这对于我将来对于电路的分析有很大的帮助。

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]华成英、童诗白《模拟电子技术基础》（第四版）高等教育出版社 2006年 [3]郑步生、吴渭《Multisim 2001 电路设计及仿真入门与应用》 2002年

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实验二差动放大电路的设计与仿真

一、实验目的

1.掌握两种差动放大电路（长尾差动放大电路和带有恒流源的差动放大电路）的静态工作点的调试方法。

2.掌握两种差动放大电路的差模电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。了解差模电压放大倍数的频率特性，观察交流参数的特点；注意比较两种差动放大电路差模输入时的各自特点。

3.掌握两种差动放大电路的共模电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。了解共模电压放大倍数的频率特性，观察交流参数的特点；注意比较两种差动放大电路共模输入时的各自特点。

二、实验要求

1. 设计一个带射极恒流源(由三极管构成)的差动放大电路，要求空载时的AVD 大于20。

2. 测试电路每个三极管的静态工作点值和b 、 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。

三、实验步骤

1、求交流信号电压增益

差分放大电路是用两只参数特性完全相同的三极管，采用相同的连接方式、相同的电阻参数连接而成。因为两三极管的特性跟参数设置均相同，而都采用射极输出的方式，可知差放电路对共模信号两输出端电位时刻相同，就有效地克制了温度漂移。而差分电路需要技能采用较低的电源电压、又能有很大的等效电阻Re的发射极电路，电流源具备上述特点。

则差分电路设计图如下：

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两万用表示数如下图：

Av?Uo51.656??1000?73Ui707.08

采用直流静态分析而得电路的静态工作点如下图所示：

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2、各管参数的计算 ①Q1管的参数 a.求Rbe

保证三极管集电极与射极的电压之差Ube为静态值，扫描基极电压Ub，以ib为输出，得到Q1管的输入特性曲线，扫描电路如下：

Q1管的输入特性曲线如下图：

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输出参数如下图：

Rbe??Ube665.8915?664.3411?k?1.31k?Ibe26.0519?24.8693

b.求β、Rbc

要求输出特性则要求保证基极电流ib为静态值，扫描集电极与射极的电压差Uce，以ic为输出。求解电路图如下：

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得到输出特性曲线如下：

?Ic4.823?3.7799??1000?208.6?Ib5

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Rce??Uce7.0712?7.0484?k?3.4kIce4.823?4.8163

②Q2管略（与Q1管同） ③Q3的参数 a.求Rbe

求输入特性曲线方法同上，求Q3的输入特性曲线电路图如下：

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Q3的输入特性曲线如下：

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Rbe??Ube702.4762?700.9524?k?390.8?Ib79.2334?75.3342

b.求Q3的β、Rce

求Q3的输出特性方法同上，电路图如下：

Q3的输出特性曲线如下图：

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?Ic10.6022?9.9082??1000?138.8?Ib5

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Rce??Uce1.7564?1.7108?k?1.034k?Ic10.6242?10.5801

3、给电路输入1mv的直流小信号 ①输入直流差模小信号 a.双端输出设计电路图如下：

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万用表示数如下：

Avd?Uo146.122????73.06Ui2

理论上：

Avd????(R3//Rce)R1?Rbe??208.6?1?3.4/(1?3.4)??71.82

1?1.31

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b.单端输出设计电路图如下：

误差为：（73.06-71.82）/71.82=1.73%

因为输入信号为差模直流小信号，采用的是单端输出，故用万用表测出来的数据中包含静态工作点电压，求单端放大倍数时要将静态电压减掉才是放大电压值。

另外，因为采用的是直流小信号，故可采用直流工作点分析的方法测量电压值，这样所测结果可精确到小数点后5位。

由上面交流小信号时所测已知静态工作电压为6.99552V，直流分析结果如下：

Avd1??Uo16.92245?6.99552??1000??36.5Ui12

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理论上：

Avd1?Avd??35.91 2

误差为：（36.5-35.91）/35.91=1.64%

②输入直流共模小信号 a.双端输出

共模输入双端输出设计电路图如下：

万用表示数如下：

EDA设计（Ⅰ）实验报告第 28 页共 55 页

Avc?

Uo724.215??10?12?7.24215?10?10?0 Ui1因为差分放大电路对采用双端输出的共模小信号有很好的抑制作用，所以可以近似认为Avc=0。

b.单端输出

直流小信号共模输入单端输出的分析同差模输入单端输出，设计电路图如下：

测量单端输出电压：

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Avc1??Uo6.99551?6.99552??1000??0.01Ui1

理论上：

Ro?Rce(1???R5Rbe?R6//R7?R5)?1.034?(1?138.8?1)?63.437K?

1?100.3908??11?10

1?3.4?(R3//Rce)1?3.4Avc1??????0.00407 R1?Rbe?2(1??)Ro1?1.31?2?(1?206.8)?63.437138.8?此误差比较大，因为测量值Rce、Rbe、β均有误差，经公式计算放大后造成误差比较大。

四、实验小结

差分放大电路对共模信号由很好的抑制作用，而对差模信号却能正常放大。本次实验我没有遇到太大的问题，主要是在单端输出的时候，因为输入的是直流小信号，所以用万用表测出来的数值中包含有静态量值，必须减掉静态值才能求出单端输出的放大倍数。还有因为是小信号，所以放大电压不会很大，用电压表测电压的话误差会比较大，而用静态分析就能精确多了。

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结论

本次试验让我对差分放大电路设计、参数特性、输出特性更加熟悉了。差分放大电路的最大优点就是能很好的抑制零点漂移，这是因为它各种参数都很对称。在实际电路中差放电路常常作为高频放大级使用。本次试验极大地提升了我对Multisim10这款软件的认识，我对它的运用也更熟悉了，这为我在今后的工作中对仿真这一块的掌握打下基础。

参考文献

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实验三负反馈放大电路的设计与仿真

一、实验目的

1.掌握多级阻容耦合放大电路静态工作点的调试

2.掌握各种反馈（电压、电流、串联、并联）的区别与接入方法 3.了解反馈对电路电压增益、输入输出电阻以及非线性失真的影响

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20kHz(峰值1mv) ，

负载电阻3kΩ，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、求电压增益

①不接入电压串联负反馈

第一级采用NPN三级管的共射输出放大，第二级则用PNP三极管的共射输出放大。两级的基极均采用分压偏置的方法得到基极电压，两级之间采用阻容耦合的方式连接，电路图设计如下：

注：在设计电路的过程中，我先设计第二级放大电路，然后测量第二级放大电路的输入电阻的值，然后将所计算出的输入电阻作为第一级放大电路的负载接入，然后调节其参数，使电路的放大倍数满足预定要求，这样调节起来比较快。（实际上这样设计调节也不是完全准确，因为在测量第二级电路的输入电阻时，第一级放大电路的输出电阻同样作为第二级的输入电阻，对第二级放大电路的输入电阻同样有影响。）

EDA设计（Ⅰ）实验报告第 32 页共 55 页

示波器的波形如下：

Af?Uo159.5??1000?225.6 Ui707.08②接入电压串联负反馈

在第二级电路的输出端和第一级的NPN管的射极之间连上一个电阻构成了一个电压串联负反馈，如下图：

a、求电压增益

EDA设计（Ⅰ）实验报告第 33 页共 55 页

两万用表显示数值如下：

Af?Uo1.348??1000?1.91Ui707.08

很明显接入电压串联负反馈会很大程度上减小电压增益。 b、验证AF?1/F

接入电压串联负反馈后，R4上的电压为反馈电压，所以测量电路如下：

EDA设计（Ⅰ）实验报告第 34 页共 55 页

万用表示数如下：