2022年EDA设计实验报告.docx

精品学习资源南 京 理 工 大 学EDA 设计（） 试验报告自动化自动化作者 :张梦甜学号 ：1010200217学 院 系 :专业 :指导老师：吴少琴试验日期：2021 年 10 月 22 日2021 年 10 月欢迎下载精品学习资源摘 要本文包括了三个设计试验：单级放大电路、负反馈放大电路和阶梯波发生电路.通过对这些模拟电路地设计与仿真，给出了试验原理图，并将试验结果与理论值进行了比较，得出相对误差.试验一设计了一个分压偏置地单管电压放大电路，通过调剂电路静态工作点，观看电路出现饱和失真和截止失真地输出信号波形，并测试了对应地静态工作点值.在最大不失真条件下测欢迎下载精品学习资源试了电路地静态工作点，三极管地输入输出特性曲线和，rbe ， rce 地值，电路地输入输出电阻欢迎下载精品学习资源和电压增益，电路地频率响应曲线.试验二设计了一个阻容耦合两级电压放大电路，第一级为差分放大电路，其次级是射级输出放大器 . 并给电路引入了电压串联负反馈，测试了负反馈接入前后电路放大倍数、输入、输出电阻和频率特性 .通过转变输入信号幅度，观看并记录了负反馈对电路非线性失真地影响.试验三设计了一个周期性下降阶梯波电路，对电路进行了分段测试和调剂，直至输出合适地阶梯波 . 通过转变电路元器件参数，观看输出波形地变化，确定了影响阶梯波电压范畴和周期地元件 .最终针对该试验作进一步探究，设计出了上升阶梯波.关键词 单级放大电路负反馈电路阶梯波仿真欢迎下载精品学习资源目次摘要错误！未定义书签；试验一单极放大电路地设计和仿真错误！未定义书签；一 试验目地 定义书签；错误！未二 试验要求 错误！未定义书签；三 试验步骤 5四 试验小结 16试验二负反馈放大电路地设计与仿真错误！未定义书签；一试验目地17二试验要求17三试验步骤18四试验小结26试验三 阶梯波发生器电路地设计错误！未定义书签；一 试验目地 28二 试验要求 28三 试验步骤 28四 试验小结 48试验心得49参考文献50欢迎下载精品学习资源试验一 单级放大电路地设计与仿真一、试验目地1. 设计一个分压偏置地单管电压放大电路，要求信号源频率10kHz 峰值 1mV，负载电阻10k ，电压增益大于 100.2. 调剂电路静态工作点调剂偏置电阻，观看电路显现饱和失真和截止失真地输出信号波形，并测试对应地静态工作点值.3. 调剂电路静态工作点调剂偏置电阻 ，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：欢迎下载精品学习资源 电路静态工作点值； 三极管地输入、输出特性曲线和、 rbe、 rce 值；欢迎下载精品学习资源 电路地输入电阻、输出电阻和电压增益；欢迎下载精品学习资源 电路地频率响应曲线和fL 、f H 值.欢迎下载精品学习资源二、试验要求1. 给出单级放大电路原理图.2. 给出电路饱和失真和截止失真时输出电压地波形图.并给出两种状态下三极管地静态工作点值.分析显现失真缘由 .3. 电路工作在不失真状态下：（ 1）给出测试三极管静态工作点地测量值；（ 2）给出测试三极管输入、输出特性曲线和、 rbe 、 rce 值地试验图，并给出测试结果.（ 3）给出输出波形图，求出放大倍数，并与理论运算值进行比较；（ 4）给出测量输入电阻和输出电阻地试验图，求出测试结果，并和理论运算值进行比较.欢迎下载精品学习资源（ 5）给出电路地幅频和相频特性图，并给出电路地fL 、f H 值.欢迎下载精品学习资源三、试验步骤3.1 单级放大电路欢迎下载精品学习资源试验原理图：3.1.1 饱和失真当电位器阻值为 95% ，显示饱和失真波形如下图：欢迎下载精品学习资源此时静态工作点为：所以， I（BQ ） =92.5443uAICQ=3.38521mA UBEQ=0.67218VUCEQ=0.10573V3.1.2 截止失真当电位器阻值为 5%时，显示截止失真波形如下图：欢迎下载精品学习资源此时静态工作点为：所以， IBQ=61.29678nAICQ=5.11877uA UBEQ=461.65213mVUCEQ=11.97782V3.1.3 最大不失真输出当电位器阻值为 85% 时，显示最大不失真波形如下图：此时静态工作点为：欢迎下载精品学习资源所以， IBQ=16.01874uAICQ=2.32789mA UBEQ=0.7008VUCEQ=3.483V3.2 动态分析3.2.1 测试输入特性测试三极管输入特性曲线试验图：三极管输入特性曲线：欢迎下载精品学习资源拉杆数据：欢迎下载精品学习资源由以上数据可得rbedx8.2237mV1.939k欢迎下载精品学习资源dy4.2406A3.2.2 测试输出特性测试三极管输出特性曲线地试验图：欢迎下载精品学习资源三极管输出特性曲线：测：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源2.89961.3270 mA10A157.26欢迎下载精品学习资源拉杆数据：欢迎下载精品学习资源所以，rce522.5080 mV5.64 k欢迎下载精品学习资源92.6600A欢迎下载精品学习资源3.2.3 测试电压增益测试放大电路在保持最大不失真输出时电压增益地电路如图：万用表显示值：欢迎下载精品学习资源依据电压增益地定义，AV测Vi92.042mV130.17欢迎下载精品学习资源V0707.08 V欢迎下载精品学习资源AV 理 地理论值为：AV 理 R1 / R3 / rce157.2610k/ 3k/ 5.64k132.82欢迎下载精品学习资源rbe1.939k欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源相对误差 EAV 测AV理AV 理130.17132.82132.82100%1.99%欢迎下载精品学习资源3.2.4 测试输入电阻最大不失真时测输入电阻：欢迎下载精品学习资源万用表显示值：欢迎下载精品学习资源依据输入电阻地定义得RVi707.08V1.84 k欢迎下载精品学习资源Ii 测i384.257 nA欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Ri 地理论值为：Ri 理15%R5R6 / R2 / rbe欢迎下载精品学习资源0.15500k 1.74k20k / 20k/1.939k欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Ri 测 Ri 理1.84k1.74k欢迎下载精品学习资源相对误差 ERi理=100%5.7%1.74k欢迎下载精品学习资源3.2.5 测试输出电阻最大不失真时测输出电阻：欢迎下载精品学习资源万用表显示值：欢迎下载精品学习资源R0依据输出电阻定义得V0 I 01.491kV706.883mA2.109k欢迎下载精品学习资源R0 地理论值为：欢迎下载精品学习资源R0理=R3 / rce3k/ 5.64k1.958k欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源R0测-R0理2.109k1.958k欢迎下载精品学习资源相对误差 ER0理=100%7.7%1.958k欢迎下载精品学习资源3.2.6 测试频率特性对试验电路进行沟通分析，可得到如以下图地频率特性曲线:欢迎下载精品学习资源拉杆数据：可得此电路地通带为102.2251Hz 到 15.1889MHz ，带宽为 15.1888MHz.即 f L =102.2251Hz, fH = 15.1889MHz.四、试验小结4.1 试验结论当三极管工作在放大区时具有电流放大作用，只有给放大电路中地三极管供应合适地静态工作点才能保证三极管工作在放大区，假如静态工作点不合适，输出波形就会产生非线性失 真，即饱和失真和截止失真，从而无法正常放大.欢迎下载精品学习资源当静态工作点设置在合适位置置时，即保证三极管在沟通信号地整个周期均工作在放大区时，三极管具有电流放大特性，通过合适地外接电路，可实现电压放大.表征放大电路放大性能地沟通参数有电压放大倍数，输入电阻，输出电阻.由于电路中存在电抗性元件，因此，对于不同频率地输入沟通信号，电路地电压放大倍数不同，电压放大倍数和频率地关系定义为频率特性.频率特性包括幅频特性和相频特性，前者指电压放大倍数地幅度与频率地关系，后者指电压放大倍数地相位和频率地关系.4.2 试验中遇到地问题和解决地方法（ 1）遇到问题：设计地元器件参数在仿真之后，发觉电路始终存在失真，所得地静态工作点不合适；解决方法：仔细复习了模拟电子线路地其次章，调剂了参数，重新依据新地参数进行设计，这次放大器可以很好地实现放大成效.（2） 遇到问题：试验结果有地与理论值有差异；解决方法：其缘由可能是实际器件与理论不是特别符合，存在确定差异.在电路特性地争论欢迎下载精品学习资源中，特别是在电路非线性失真部分，可以将化电路调剂中繁琐地替换操作.4.3 试验体会Rc ， Re 处添加相应大小地滑动变阻器，这样可以简欢迎下载精品学习资源本次试验让我更进一步巩固了射级放大器地工作原理，熟识了Multisim 仿真软件地用法，把握了三种电路分析方法，分别是直流工作点分析、直流扫描分析、沟通分析.可以运用 Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，把握了EDA 设计地基本方法和步骤.试验二 负反馈放大电路地设计与仿真一、试验目地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 5mv ，负载电阻10k ，电压增益大于 100.2. 给电路引入电压串联负反馈： 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. 转变输入信号幅度，观看负反馈对电路非线性失真地影响.二、试验要求1. 给出引入电压串联负反馈电路地试验接线图.Af2. 给出负反馈接入前后电路地放大倍数、输入电阻、输出电阻，并验证1.K f欢迎下载精品学习资源3. 给出负反馈接入前后电路地频率特性和f L 、f H 值，以及输出开头显现失真时地输入信欢迎下载精品学习资源号幅度 .4. 分析试验结果 .三、试验步骤 ）负反馈接入前1）阻容耦合地两级放大电路地原理图2） 动态参数地运算求输入电阻欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源0.707mVRi54.385k欢迎下载精品学习资源0.13 A求输出电阻欢迎下载精品学习资源R0.707mV01.932k欢迎下载精品学习资源0.366A求电压增益欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源A0.350VV0.707mV495欢迎下载精品学习资源3） 频率特性通频带范畴欢迎下载精品学习资源f L =21.0258HzfH =144.7730kHz输出开头失真时地情形a、未失真时地输入输出波形图：b、调剂输入信号幅度而开头失真地输入输出波形：欢迎下载精品学习资源此时地输入信号为8mV）负反馈接入后（接入电压串联负反馈）1）引入负反馈后地试验接线图2）动态参数地运算求输入电阻欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源0.707mVRi1.110nA636.937 k欢迎下载精品学习资源求输出电阻欢迎下载精品学习资源0.707 mVR037.793欢迎下载精品学习资源18.707A求电压增益欢迎下载精品学习资源AV0.014V0.707mV19.83）频率特性通频带范畴欢迎下载精品学习资源f L =2.4335HzfH =2.8072MHz输出开头失真时地情形a、未失真时地输入输出波形图：b、调剂输入信号幅度而开头失真地输入输出波形：欢迎下载精品学习资源此时输入信号幅度为160mV3. 试验小结4.1 试验结论1） 引入反馈前后各参数地比较接入反馈前接入反馈后R i54.385k636.937kR o1.932k37.793A u49519.8f L21.0258Hz2.4335Hzf H144.7730kHz2.8072MHz由表格可以清楚地看出，加入电压串联负反馈后输入电阻增大，输出电阻减小，电压增益显著减小，而通频带变宽 .2） 电压增益显著减小地缘由分析欢迎下载精品学习资源由模电中所学学问可知，AAf1AK f，其中，Af 是负反馈放大电路地放大倍数，A 是电欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源路断开反馈时地放大倍数，K f 是反馈网络地反馈系数.所以，当 1K f1，就有 Af1.欢迎下载精品学习资源13） 验证 AfK f欢迎下载精品学习资源由上图， Vi0.707mV,V f0.681mV ,ViVf欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Vf可以求出 K fV00.681mV0.14 V0.04864欢迎下载精品学习资源120.56K f欢迎下载精品学习资源而 AfV019.8Vi， 可 以 知 道 当 引 入 地 负 反 馈 更 深 时 ， 两 者 地 值 就 越 接 近 . 这 是 由 于欢迎下载精品学习资源AAf1AK f，当 1K f11时， Af.K f欢迎下载精品学习资源4） 比较引入反馈前后输出失真地情形由上面地分析可知，引入负反馈前，输出开头失真时地输入信号幅度为8mV ；引入反馈后， 输出开头失真时地输入信号幅度为160mV ，可见，失真在引入负反馈后变得更难了，引入地负反馈改善了电路地性能，但这是以牺牲电压增益来实现地.4.2 试验中遇到地问题和解决地方法欢迎下载精品学习资源遇到问题：引入电压串联负反馈后，不能达到ViVf ；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源解决方法：调剂Rf 地值，使得两级放大器可以实现深度负反馈.欢迎下载精品学习资源4.3 试验体会欢迎下载精品学习资源通过本试验中对于无反馈与带反馈电路地设计与分析比较，我深刻体会到负反馈电路在模拟电路地分析与设计中地作用，并重温存巩固了负反馈方面地学问.知道了负反馈所起到地作用， 即用电压地增益来换电路地非线性失真地减小.试验四 阶梯波发生电路地设计一、试验目地1. 设计一个能产生周期性阶梯波地电路，要求阶梯波周期在40ms 左右，输出电压范畴10V ，阶梯个数 4 个.留意：电路中均接受模拟、真实器件，不行以选用计数器、555 定时器、 D/A 转换器等数字器件，也不行选用虚拟器件.2. 对电路进行分段测试和调剂，直至输出合适地阶梯波.3. 转变电路元器件参数，观看输出波形地变化，确定影响阶梯波电压范畴和周期地元器件.二、试验要求1. 给出阶梯波发生器试验原理图.2. 介绍电路地工作原理 .3. 给出电路地分段测试波形和最终输出地阶梯波，并回答以下问题：(a) 调剂电路中那些元器件值可以转变阶梯波地周期？(b) 调剂电路中那些元器件值可以转变阶梯波地输出电压范畴？（ c） 调剂电路中那些元器件值可以转变阶梯波地阶梯个数？4. 说明设计和调试过程中显现地问题与解决方法.三、试验步骤1. 电路工作原理设计负阶梯波发生器，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地尖脉冲，然后经过限幅电路，只留下所需地正脉冲，再通过积分电路，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，积分器在原先地基础上进行积分，因此，积分器就起到了积分和累加地作用.当积分累加到比较器地比较电压时，比较器翻转，比较器输出正电压，使震荡把握电路起作用，方波停振.同时，这个正电压是电子开关导通，积分电容放电，积分器输出对地短路，复原到起始状态，完成一次阶梯波输出 .积分器输出由负值向零跳变地过程，又使比较器发生翻转，比较器输出变为负值，这样震荡把握电路起不了作用，方波输出，同时是电子开关断开，积分器进行累加，如此循环，就形成了一系列阶梯波.其原理框图如下图.欢迎下载精品学习资源振荡把握电路方波发生微分电路限幅电路积分累加电路比较器电 源电子开关电路2. 设计电路地分步实现2.1 方波发生电路通过调整器件参数值使得周期为40ms.由于最终地要求是阶梯波地周期为40ms,所以每个台阶地时长为 8ms,也就是说每个尖脉冲地周期为8ms，所以方波地周期为8ms.需要调整相关元件地值，使得方波地周期把握在8ms 左右 .通过调整元器件参数，并对输出波形进行检测，可以发觉：电路中电阻R1 地大小影响最终周期地大小， R1 阻值越大，周期也就越大.接下来就是一边不断增大R1 地阻值，一边观看输出波形周期.直到 R1 阻值增大到26.9k 时， 方波周期达到 8ms，当然会存在确定误差.欢迎下载精品学习资源最终得到地方波波形如下图.由上图可以知道：T=T2-T1=8.022ms ，中意设计要求 .2.2 尖脉冲发生电路加上尖脉冲发生电路后地电路如下图.欢迎下载精品学习资源如上图所示，在原有方波发生电路地基础上增加一个电阻和一个电容便可以构成尖脉冲发生电路 .增加地阻容电路是一个微分电路，可以转变方波地势状，形成尖脉冲.脉冲越尖，脉冲信号就越理想 .因此，通过不断调整电阻、电容地参数值，通过观看输出波形地尖锐程度，以确定较为合适地阻容值，最终得到地尖脉冲信号如下图.由于尖脉冲是方波经过微分变换地来，所以周期应当同方波一样，从图中也可以看出周期大约为 8.022ms,与上面地方波周期一样.2.3 限幅电路尖脉冲发生电路得到地尖脉冲在正负两个平面内都存在.但是我们要得到地是下降阶梯波， 而后面地积分累加电路是一个反相电路，所以在此处我们必需通过增加一个限幅电路，将上半平面内地尖脉冲过滤掉 .这里利用了二极管地 “正向导通，反向截止”地原理，利用仍有二极管地限幅电路来滤除下半部分地尖脉冲 .增加限幅电路后具体地总电路图如下图.欢迎下载精品学习资源下图为经过限幅电路后地波形，由图中可以看出，经过限幅电路后，下半部分地波形已被完全滤除，而且脉冲地周期仍保持在8.022ms.2.4 积分累加电路由模电学问可知，一个尖脉冲经过积分累加电路便可以形成一个下降地阶梯，因此增加了一个积分累加电路后地电路输出波形应当由如干个下降地阶梯波组成.欢迎下载精品学习资源具体电路如下图 .该电路地输出波形如下图.从图中可以看出，每个阶梯地周期仍约为8.022ms，波形较为精确 .2.5 最终地阶梯波发生电路将上述电路增加一个电压比较器，并协作电子开关等帮忙原件，便可以得到最终地阶梯波发生电路 .电压比较器地作用是形成周期性地下降阶梯波波形.具体地电路如下图.欢迎下载精品学习资源测试输出端波形，得到如下图地最终阶梯波波形.3 对输出阶梯波相关参数地检测3.1 对阶梯波周期地检测每个阶梯地周期：欢迎下载精品学习资源上图给出地是每个台阶地周期测量，可以看出，每个台阶地周期大约为8.209ms,与要求地8ms 很接近 .阶梯波周期：欢迎下载精品学习资源由上图可知，阶梯波地周期约为40.299ms，而题目要求地周期为40ms ，相对误差为： E=40.299- 40/40 0.75，误差较小，可近似认为相等.3.2 对阶梯波输出电压地检测欢迎下载精品学习资源上图给出了每个台阶电压范畴地检验结果，由图可以看出，每个台阶地电压范畴大约为2.539V ，与理论地 2.5V 仍是比较接近地 .欢迎下载精品学习资源上图给出了阶梯波输出电压范畴地检验结果，由图中可以看出，最终得到地阶梯波地电压输出为 10.302V ，与要求地 10V 相比，相对误差大约为：E=10.302-10/10=3.02 相对误差在 5% 范畴以内，符合设计要求.4、探究各元件参数对于输出阶梯波地影响及相关问题地解答4.1 逐一测试元件对波形地影响这里接受把握变量地方法，每次只转变电路中地一个元件值，对电路中全部地电阻及电容元件进行逐一测试，判定期对于输出波形地影响. 相关测试结果以及结论已在下面给出.（ 1）对 R1 地测量：表 1：只转变R1 地值其 他 值 不变 ,R1/周期 /ms阶梯个输出电压 /V形状有无变化有无尖刺K 变数5026.866410.264无无7540.299410.264无无欢迎下载精品学习资源10053.358410.264无无结论： R1 地变化会引起周期地变化，R1 地值越小周期越小.而对阶梯个数及输出电压范畴无影响.对 R2 地测量：表 2：只转变 R2 地值其 他 值 不变 ,R2/周期 /ms阶梯个输出电压/V形状有无变化有无尖刺K 变0.540.299数410.264无无140.299410.264无无240.299410.264无无结论： R2 地变化不会引起周期地变化，同时对阶梯个数及输出电压范畴也无影响.对 R3 地测量：表 3：只转变 R3 地值其 他 值 不k 变变 ,R3/周期 /ms阶数梯个输出电压/V形状有无变化有无尖刺1559.328410.264无无3040.299410.264无无4530.970410.264无略微结论： R3 地变化会引起周期地变化，R3 地值越大周期越小.而对阶梯个数及输出电压范畴无影响.对 R4 地测量：表 4：只转变 R4 地值其 他 值 不变 ,R4/周期 /ms阶梯个输出电压/V形状有无变化有无尖刺K 变1020.709数410.264无无26.940.299410.264无无4050.746410.264无无结论： R4 地变化会引起周期地变化，R4 地值越大周期越大.而对阶梯个数及输出电压范畴无影响.对 R5 地测量 :表 5：只转变 R5 地值其 他 值 不变 ,R5/周期 /ms阶梯个输出电压 /V形状有无变化有无尖刺K 变148.507数59.742有有240.299410.264无无欢迎下载精品学习资源332.09038.617有有结论： R5 地变化会引起周期、阶梯个数以及输出电压地变化对 R6 地测量 :表 6：只转变 R6 地值其 他 值 不变 ,R6/周期 /ms阶梯个输出电压/V形状有无变化有无尖刺K 变148.507数59.142有有5.140.299410.264无无1032.09038.136有有结论： R6 地变化会引起周期、阶梯个数及输出电压范畴地变化.对 R7 地测量：表 7：只转变 R7 地值其他值不变变,R7/周期 /ms阶数梯个输出电压/V形状有无变化有无尖刺50032.46338.749有有74040.299410.264无无200056.34359.544有有结论： R6 地变化会引起周期、阶梯个数及输出电压范畴地变化.对 R8 地测量：表 8：只转变 R8 地值其 他 值 不K 变0.1变 ,R8/周期 /ms阶 梯数个输出电压/V形状有无变化有有无尖刺有140.299410.264无无2有有结论：