EDA设计I.docx

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EDA设计I

EDA设计（Ⅰ）

实验报告

学院：

电光学院

班级：

通信二班

姓名：

张家庆

学号：

1004220247

实验一单级放大电路的设计与仿真

一、实验目的

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。

二、实验要求

1.给出单级放大电路原理图。

2.给出电路饱和失真、截止失真和不失真且信号幅度尽可能大时的输出信号波形图，并给出三种状态下电路静态工作点值。

3.给出测量输入电阻、输出电阻和电压增益的实验图，给出测试结果并和理论计算值进行比较。

4.给出电路的幅频和相频特性曲线，并给出电路的fL、fH值。

5.分析实验结果。

三、实验步骤

如下图所示为单级放大电路的实验连接图，电阻

、

和滑动变阻器R组成分压偏置器，调节滑动变阻器R的阻值就可以改变三极管的静态工作点。

1、饱和失真

调节信号源幅度为40mV，当电位器阻值为90%，显示饱和失真波形如下图:

饱和失真时波形：

此时静态工作点为：

I（BQ）=2.74177uAI（CQ）=367.08562uAβ=I（CQ）/I（BQ）=133.88

U（CEQ）=U（6）—U

（2）=7.68221VU（CBQ）=U（3）-U

（2）=0.55524V

2、截止失真

信号源幅度为20mV，当电位器阻值为5%时，示波器显示截止失真波形如下图:

截止失真时波形：

此时静态工作点为：

I（BQ）=512.6002uAI（CQ）=1.06981mAβ=I（CQ）/I（BQ）=2.087

U（CEQ）=U（6）—U

（2）=0.02468VU（CBQ）=U（3）-U

（2）=0.65383V

3、不失真输出

、观察波形测试此时的静态工作点值

加入信号源频率5kHz（幅度1mV），调节电路使输出不失真，当电位器阻值为50%时，示波器显示波形如下图：

此时静态工作点为：

I（BQ）=4.64505uAI（CQ）=609.01778uAβ=I（CQ）/I（BQ）=131.11

U（CEQ）=U（6）—U

（2）=5.84683VU（CBQ）=U（3）-U

（2）=0.61256V

电路的输入电阻Ri

r（be）=200+（1+β）（0.026mV/I（CQ））=5840.000Ω

所以Ri（理）=R7//（R9+R8）//r（be）=5354.44Ω

而测量理论值如下图：

Ri（测）=V/I=5605.60Ω

相对误差E=（5605.60—5354.44）*100%/5354.44=4.7%

电路的输出电阻

Ro（理）=R10=5.1KΩ

而测量理论值电路图如下图：

所以Ro（测）=V/I=4.56KΩ

相对误差E=|4.56—5.1|*100%/5.1=10.6%

实验误差较大主要是因为Ro（理）=R（C）*r（ce），计算理论值过程中忽略了r（ce）的影响，使理论值偏大，导致误差较大。

最大不失真时测电压增益:

Av（理）=-β（R1//R10）/r（be）=-56.24

而测量理论值电路图如下图：

所以Av（测）=U1/U2=58.48

相对误差E=（58.48—56.24）*100%/56.24=3.9%

4、测电路的频率响应曲线和fL、fH值

通过仿真得幅频和相频特性曲线如下图

对数据分析可得，y的最大值为58.8396，将其除以

，得41.6059，将两边拉至41.6059处即可得：

，f（L）=383.6890Hzf（H）=11.6730MHz

四、实验小结

由上面实验仿真可以看出，所有测量结果与理论值误差分析，可以认为本次实验是基本成功的。

在做本实验过程中，刚开始对软件还不是很熟悉，模电知识也有些模糊了，所以花了一定的时间来熟悉软件与回顾模电知识，之后电路不是很难搭，但是要实验结果符合要求的话却耗费不少时间，将来在实验的过程中，要先看清楚要求，然后在逐步设计，这样效率会提高。

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，问题成功解决，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，这为我后面的两个实验打下了坚实的基础。

实验二负反馈放大电路的设计与仿真

一、实验目的

1.熟悉Multisim软件的使用，包括电路图编辑、虚拟仪器仪表的使用和掌握常

用电路分析方法。

2.能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握EDA设计的基本方法和步骤。

3.熟练掌握有关负反馈放大电路有关知识，并应用相关知识来分析电路，深刻体会使用负反馈在放大电路中的作用，做到理论实际相结合，加深对知识的理解。

二、实验要求

①、设计一个阻容耦合的二级电业放大电路，要求信号源频率10kHZ（幅值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，并分别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。

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

实验所用电路原理图下图所示，当开关合上后电路引入负反馈

1．未引入电压串联负反馈前的电路频率特性

将电路中的开关J1打开，则此时电路为未引入电压串联负反馈的情况，

当信号源幅度为1mV时，输出波形不失真，示波器输出的波形如下图所示：

经过计算可知放大倍数AV=V0/Vi=179.823/0.707

=179.38；符合未接入负反馈是电压增益大于100的要求。

对电路进行频率仿真，得到如下图所示的电路频率特性图：

由上可得，最大放大倍数为根据上限频率和下限频率的定义——当放大倍数下降到中频的1/

倍对应的频率时，即将读数指针移到幅度为中频的0.707倍处，如上图读出指针的示数，即下限频率fL=224.0436Hz,上限频率fH=428.2545KHz,因此通频带为（428.2545×

—224.0436）Hz。

2、引入电压串联负反馈后的电路频率特性

将电路中的开关J1闭合，则此时电路引入电压串联负反馈的情况，

当信号源幅度为1mV时，输出波形不失真。

对电路进行频率仿真，得到如下图所示的引入电压串联负反馈后的电路频率特性图：

将读数指针移到幅度为中频的0.707倍处，如图5，读出指针的示数，即下限频率fL=134.4631Hz,上限频率fH=751.3313KHz,因此通频带为（4.3619×

—181.5973）Hz，明显比未引入负反馈前放宽。

！

3、负反馈对非线性失真的影响

将电路中的开关J1闭合，观察引入电压串联负反馈后，整个电路的最大不失真电压值。

当信号源幅度为1mV时，可以被不失真放大，调节信号源幅度至13mV时，输出波形仍未失真，继续增大至14mV时，输出波形开始出现了饱和失真，如下图：

4、负反馈接入前后输入电阻

、输出电阻

、放大倍数

的测定

、输入电阻的测定

A）未引入负反馈的输入电阻

测量理论值电路图如下图：

Ri=V/I=7.05KΩ

b）引入负反馈的输入电阻

测量理论值电路图如下图：

Ri=V/I=7.36KΩ

可见，接入电压串联负反馈与接入之前相比使输入电阻增大，而理论是接入串联负反馈是输入电阻增大，与理论相符合。

、输出电阻的测定

a）未引入负反馈的输入电阻

Ro=V/I=3.78KΩ

b）引入负反馈的输入电阻

测量理论值电路图如下图：

Ro（测）=V/I=0.94KΩ

可见，接入电压串联负反馈与接入之前相比使输出电阻减小，而理论是接入电压负反馈是输出电阻减小，与理论相符合。

、测量放大倍数

a）未引入负反馈的放大倍数

测量理论值电路图如下图：

Av=Uo/Ui=109.917/0.707=155.47

b）引入负反馈的放大倍数

测量理论值电路图如下图：

Av=Uo/Ui=79.299/0.707=112.16

可见电压串联负反馈的引入，使得电压放大倍数明显减小。

、AF1/F的验证

按下图所示连接电路，闭合J1。

由于电压串联负反馈电路的AF=Uo/Ui、F=Uƒ/Uo，因此，需要测量输出电压Uo、输入电压Ui、反馈电压Uƒ。

测得Ui=707。

08mV，Uo=17.94mV，Uƒ=661.726uV，则AF=Uo/Ui=25.4，1/F=Uo/Uf=27.1，误差E=∣27.1-25.4∣/27.1×100%=6%,因此AF1/F得到验证。

四、实验小结

本实验通过对二级阻容耦合放大电路引入电压串联负反馈前后进行电路仿真，由实验结果可以得出这样的结论：

对电路引入电压串联负反馈，会减小其下限频率，增大其上限频率，从而使其通频带变宽；引入电压串联负反馈，会减小电路的电压放大倍数，减小非线性失真；最后通过测量计算验证了AF1/F的结果.本次实验完成地比较成功。

实验三阶梯波发生器的设计与仿真

一、实验目的

1.熟悉Multisim软件的使用，包括电路图编辑、虚拟仪器仪表的使用方法掌握常用电路分析方法。

2.能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握EDA设计的基本方法和步骤。

3.熟练掌握有关阶梯波电路设计的方法，并应用相关知识来分析电路，掌握组

成阶梯波电路的各个部分的电路的在阶梯波电路中的作用，深刻体会阶梯波的调节方法，做到理论和实践相结合，加深对知识的理解。

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、电路原理框图

为了设计一个负阶梯波发生器，首先考虑由一个方波电路产生方波，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，再通过积分电路后，因脉冲作用时间很短，积分器输出就是一个负阶梯。

对应一个尖脉冲就是一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器的输出不变，在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上进行积分，因此，积分器就起到了积分和累加的作用。

当积分累加到比较器的比较电压，比较器翻转，比较器输出正值电压，使振荡控制电路起作用，方波停振。

同时，这正值电压使电子开关导通，使积分电容放电，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。

积分器输出由负值向零跳变的过程，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，同时使电子开关截止，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，如上图4.1所示，即为阶梯波发生器原理框图。

四、实验步骤

1、方波发生器原理图

采用运放电路实现方波发生器的设计。

图中R2，R1组成正反馈电路，R3和C组成负反馈电路，实际上运放起着比较器作用，稳压管D1，D2起着输出限幅作用。

通过电容C充放电，使运放输出发生翻转，从而输出电压发生翻转。

输出波形为：

2、方波发生器+微分电路原理图

由于电容两端电压不能发生突变，当方波发生器电压发生突变时，负载电阻两端也发生突变，当方波电压在下一段时间不发生突变时，电容开始放电，负载电阻两端电压开始减小，最终变为0，下一个阶段仍是方波发生器电压突变，电容充电，电阻两端电压增多，然后方波发生器持续，电容放电，电阻两端电压降低，如此往复。

输出波形为：

3．方波电路+微分电路+限幅电路

利用二极管的单向导电性来对波形进行限幅，只留下正向部分电压。

输出波形为：

4．方波发生电路+微分电路+限幅电路+积分电路

积分电路可将前一步所得到的尖脉冲信号进行积分，得到一级级下降的阶梯信号。

可以说积分电路是阶梯波发生器的核心组成部分。

输出波形为：

5．阶梯波发生器

在累加积分电路基础上加上电压比较器和控制开关就组成了完整的阶梯波发生电路。

输出波形为：

从波形图可以看出，输出地阶梯波周期为50.765ms,输出电压范围-461.687mV到-8.342V，阶梯个数为5。

五.实验结果分析

1．调节电路中的哪些元器件值可以改变阶梯波的周期

a）、首先改变R3，将R3阻值从10KΩ变为20KΩ，波形图如下：

通过波形图可看到周期变为110.795ms，得到结论在改变R3后T增大。

b）、改变C1，将C1容值从1uF变大到1.5uF，波形图如下：

通过波形图可看到周期变为83.333mS，得到结论在改变C1后T增大。

同样，改变R1与R2的比值，一样可以得到T的变化。

综上：

改变R10、C1的值或R8与R9的比值能够改变阶梯波的周期，并且阶梯波的周期与R10、C1的值或R8与R9的比值成正比，具体关系式为T=R10*C1*ln（1+2*R8/R9）。

2．调节电路中的哪些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围

a）、首先改变R11，将R11阻值变大，波形图如下：

可以看到，输出电压范围变为-3.719V到-8.463V之间，所以可得R11增大，输出电压范围减小。

b）、再改变，将C3容值变大，波形图如下

从输出波形看到，输出电压范围变为-1.698V到-8.019V之间，可得到结论输出电压范围变小。

综上：

R11和

可以改变阶梯波每个阶梯的高度，也即可以改变两次输出电压跳变之间阶梯的个数，但周期跟幅度不变。

且R11*

与每个阶梯波的高度成反比。

六、实验小结

阶梯波发生器电路比较复杂，在设计时采用了模块化、结构化的设计思想，使得我在设计电路时思路比较清晰，设计出的电路也便于理解。

同时在电路调试过程中，出现了问题也便于对电路进行检查。

实验总结与收获

这次实验使我对上学期学过的《模拟电路》书本上的知识有了更深一层的了解，学会了如何利用给定的要求来设计放大电路，如何求放大倍数，也学会了如何给电路引入负反馈，还学会了如何设计阶梯波发生器电路。

这次是我第一次做EDA实验，对于EDA和Multisim软件的某些功能还是有点生疏。

因此在实验过程中，时常会遇到一些技术上的问题.不过，最终在老师和同学的帮助下我的问题都得到了很好的解决

在实验过程中，我学会了MULTISIM这一电路软件的使用方法，并能运用它来进行电路仿真。

在仿真的过程中还锻炼了动手动脑能力，开拓了视野，培养了创新思维。

经过了此次实验，我不但重新掌握了这些知识，而且印象还更加深刻了。

这次的EDA设计时对以前所学知识的一次升华。

我更明白了理论与实践的结合是多么重要，只有将理论应用到实践中，我们才能真正的掌握知识，利用知识。

最后，在这里诚挚地感谢EDA实验室的老师在本次实验中对学生的悉心帮助与