EDA设计（一）实验报告目 录实验一 单级放大电路的设计与仿真3一、实验目的3二、实验要求3三、实验原理图3四、实验过程及结果41、电路的饱和失真和截止失真分析42、三极管特性测试73电路基本参数测定10五、数据分析13六、实验感想13实验二 差动放大电路的设计与仿真15一、实验目的15二、实验要求15三、实验原理图15四、实验过程及结果161、电路的静态分析162.电路电压增益的测量22五、数据分析24六、实验感想25实验三 反馈放大电路的设计与仿真26一、实验目的26二、实验要求26三、实验原理图26四、实验过程及结果271.负反馈接入前后放大倍数、输入电阻、输出电阻的测定272负反馈对电路非线性失真的影响30五、实验结论33六、实验感想33实验四 阶梯波发生器电路的设计34一、实验目的34二、实验要求34三、电路原理框图34四、实验过程与仿真结果351.方波发生器352.微分电路363.限幅电路374.积分电路385.比较器及电子开关电路39五、实验思考题41六、实验感想42写在后面的话 对此次EDA设计的感想43问题与解决43收获与感受43期望与要求43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胆管电压放大电路，要求信号源频率10kHz（峰值110mV），负载电阻，电压增益大于80.2.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：电路静态工作点值三极管的输入、输出特性曲线和、的值电路的输入电阻、输出电阻和电压增益电路的频率响应特性曲线和、的值三、实验原理图如图1.1所示即为一个单机放大电路，电阻、和滑动变阻器组成分压偏置器，调节滑动变阻器的阻值就可以改变三极管的静态工作点。图1.1 单级放大电路原理图四、实验过程及结果1、电路的饱和失真和截止失真分析（1）饱和失真图1.2所示的是电路出现饱和失真时的波形。图1.3是所对应的静态工作点值，结合图1.1可以计算出静态工作点的各个参数：， ，图1.2 饱和失真波形图1.3 饱和失真时的静态工作点值（2）截止失真如图1.4所示的是电路出现截止失真时的输出波形，虽然从波形上并未看出明显的失真。但是注意到输出波形的幅值仅有左右，即此时电路不但没有放大输入信号，反而起到了缩小的作用，亦可以说明此时电路出现了截止失真。图1.5所示的是电路处在截止失真状态下的静态工作点的值。结合图1.1中的电路，可以计算出：， ，图1.4 截止失真波形图1.5 截止失真时的静态工作点值 （3）最大不失真波形调节滑动变阻器，并不断观察输出端示波器上的波形，在滑动变阻器划片位于53%的位置时可以得到最大不失真波形，如图1.6所示，观察到其幅值约为500mV。图1.7所示的即为所对应的静态工作点，计算得：， ，图1.6 最大不失真时的输出波形图1.7 出现最大不失真波形时的静态工作点2、三极管特性测试（1）输入特性曲线及的测量在绘制三极管输入特性曲线，会用到Multisim的直流扫描分析，软件要求物理量、为直流源，故需要重新连接电路。将处于最大不失真工作状态的三极管复制出来，按照其直流工作点赋予其、等效直流源电压值。最终电路如图1.8所示。图1.8 绘制三极管输入特性曲线的实验线路图将V1，V2均作为分析参数进行直流扫描，即可获得三极管在为不同取值时的输入特性曲线，如图1.9所示。图1.9 三极管的输入特性曲线再次利用直流扫描分析，画出三极管在最大不失真状态，即时的输入特性曲线（如图1.10所示）。由公式得，。图1.10 计算时所绘制的输入特性曲线（2）输出特性曲线及的测量与绘制输入特性曲线一样，绘制输出特性曲线时亦需要重新连接电路。此时的两个直流源代表的物理量为和。重新连接的电路图如下图1.11所示。图1.11 绘制三极管输出特性曲线的实验线路图将I1、V1均作为分析参数进行直流扫描，即可获得三极管在为不同取值时的输入特性曲线，如图1.12所示。图1.12 三极管的输出特性曲线再次利用直流扫描分析，画出三极管在最大不失真状态，即时的输出特性曲线（如图1.13所示）。由公式得，。由公式得，。图1.13 计算时所绘制的输出特性曲线3电路基本参数测定（1）电压放大倍数的测定图1.14所示的是电压放大倍数的测量电路。由数据计算得图1.14 电压放大倍数测量电路（2）输入电阻的测定图1.15所示的是输入电阻测量电路。由数据计算得图1.15 输入电阻测量电路（3）输出电阻的测定测量输出电阻时，需要将原输入信号置零，将原负载替换成一个交流电压源。测量其输入输出端的电压与电流，测量电路如图1.16所示。由数据计算得：图1.16 输出电阻的测量电路（4）频率特性仿真利用Multisim软件中的交流仿真分析，可以轻松的得到电路的幅频和相频特性曲线，如下图1.17所示。从特性图上可以看出的最大值，即max y为106.04。由通频带定义，将标尺置于幅频特性曲线两侧处，即得到上下限频率。由此可得，下限频率，上限频率，通频带为8348.04Hz。图1.17 幅频特性仿真五、数据分析对照上面实验原理图1.1，画出交流通路，进行理论分析，可得放大倍数输入电阻输出电阻误差分析放大倍数的相对误差输入电阻的相对误差输入电阻的相对误差由此可见，三个参数的误差均在4%以上，误差可以说是相当大。六、实验感想实验中主要存在的问题是最终的误差过大，个人认为原因在于我在连接电路时采用了大量的虚拟元件，导致模拟时最终结果失准。实验过程中我还在调饱和失真波形时遇到了问题，在请教了老师之后，我明白是我电路设计的问题，集电极电阻过大，导致失真波形无法调出，这也说明了实验前预习的重要性，只有预习充分了，实验才能顺利。这是我所做的第一个EDA设计实验，经过了一个暑假的休息，对于模电中的一些知识已经有点淡忘了。同时我对Muitisim软件也不是特别熟悉，所以这个实验可以说是我在摸索中前行，不过上面的所有结果毕竟都是自己做出来的，这位我后面的三个实验打下了坚实的基础。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.设计一个长尾式差动放大电路，要求空载时的大于202.测试电路每个三极管的静态工作点值和、值3.给电路输入小信号，在信号双端输入状态下分别测试电路的、值。三、实验原理图差分放大电路由左右两个对称的三极管放大电路组成，所选用的集电极电阻为，双端输入的信号源为10mV，而长尾上选用了的大电阻，以追求更高的共模抑制比。下图2.1即为实验线路图（此图为双端差模输入双端输出的电路）图2.1 实验线路图（双端差模输入双端输出）同时根据实验要求，此电路空载时的要大于20。故在实验前需要测量空载时差模输入双端输出的电压增益，测量电路如图2.2所示。由数据计算得：，符合要求，可以继续进行下面的实验。图2.2 空载时的测量电路四、实验过程及结果1、电路的静态分析差动放大电路的静态工作点仅由电路的直流通路决定，而输入信号均为10mV的交流信号，与电路的静态工作点无关。故电路静态工作点的求解需要分为两种情况，双端输出与单端输出。（1）双端输出的静态工作点值和、值测定由于差动放大电路左右完全对称，两个三极管的静态工作点完全相同，故进行静态分析时，只需要求解一个管子就可以了。以差模输入双端输出为例，如图2.3所示。使用Multisim软件的直流分析功能求解静态工作点。图2.3 差模输入双端输出的差动放大电路下图2.4所示为双端输出的静态工作点，由数据计算得：，图2.4 双端输出的静态工作点值测量双端输入时的，需要用到直流扫描分析功能，故仍需要重新连接电路，将和转变成直流源，如图2.5所示。图2.5 描绘双端输出时输入特性曲线的电路图通过对图2.5中的电路进行直流扫描分析，画出在时的三极管输入特性曲线，如图2.6所示。由公式得，图2.6 双端输出时的三极管输入特性曲线同理，在测定时，也需要重新连接电路，将和转化为直流源，电路如图2.7所示。图2.7 描绘双端输出时输出特性曲线的电路图对图2.7中的电路进行直流扫描分析，画出在时的三极管输出特性曲线，如图2.8所示。由公式得，。图2.8 双端输出时的三极管输出特性曲线（2）单端输出的静态工作点值和、值测定单端输出时，由于负载接在一个三极管的集电极和地之间，导致左右直流通路不对称，两三极管静态工作点不同。先只求负载一侧的三极管的静态工作点，不妨设负载接在左侧三极管的集电极与地之间，电路图如图2.9所示。图2.9 差模输入单端输出的实验线路图下图2.10所示为双端输出的静态工作点，由数据计算得：，图2.10 单端输出时一管的静态工作点与双端输出相同，测量仍需要重新连接电路，将和转变成直流源，如图2.11所示。图2.11 测量单端输出时输入特性曲线的线路图对图2.11中的电路进行直流扫描分析，画出在时的三极管输入特性曲线，如图2.12所示。由公式得，图2.12 单端输出时一管的输入特性曲线同理，在测定时，也需要重新连接电路，将和转化为直流源，电路如图2.13所示。图2.13 描绘单端输出时的输出特性曲线电路图对图2.13中的电路进行直流扫描分析，画出在时的三极管输出特性曲线，如图2.14所示。由公式得，。图2.14 单端输出一管的输出特性曲线2.电路电压增益的测量（1）差模输入双端输出的电压增益测量电路如下图2.15所示，由数据计算得图2.15 差模输入双端输出电压增益的测量电路（2）差模输入单端输出的电压增益测量电路如下图2.16所示，由数据计算得图2.16 差模输入单端输出电压增益的测量电路（3）共模输入单端输出的电压增益测量电路如下图2.17所示，