北航电子电路设计--模拟部分实验报告

《电子电路设计--模拟部分》
实验一：共射放大器分析与设计
1.实验目的：
（1）进一步了解Multisim的各项功能，熟练掌握其使用方法，为后续课程打好基础。

（2）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图1所示的单管共射放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作
点的变化对输出波形的影响。

（3）加深对放大电路工作原理的理解和参数变化对输出波形的影响。

（4）观察失真现象，了解其产生的原因。

图1
2.实验步骤：
（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。

Ub=2.96644mV Uc=9.08733mV Ue=2.34087mV
因为Ub>Ue,Uc>Ub,所以工作在放大区。

（2）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。

I=1.298uA U=7.692mV R=5.926KΩ
（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。

I=1.298uA U=7.692mV R=5.926KΩ
（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

（5）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

（6）请分别在30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点利用示波器测出输入和输出的关系，并仔细观察放大倍数和相位差。

30Hz如图
输入峰峰值26.453mV 输出峰峰值38.592mV 相位差20度左右1KHz如图
输入峰峰值21.731mV 输出峰峰值213.626mV 相位差180度100KHz如图
输入峰峰值21.421mV 输出峰峰值213.181mV 相位差180度4MHz如图
输入峰峰值10.381mV 输出峰峰值104.492mV 相位差180度100MHz如图
输入峰峰值529.081uV 输出峰峰值4.525mV 相位差150度
数据分析：
由数据可以看到，频率较低时，放大倍数较小；在中间频率段放大倍数较高，并能够维持稳定；而当频率超过一定值时，放大倍数下降。

实验二：射级跟随器分析与设计
1.实验目的：
通过使用Multisim来仿真电路，测试如图2所示的射随器电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并观察静态工作点的变化对输入输出特性的影响。

图2 参考电路图
2.实验步骤：
（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断管子的工作状态。

（2）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻。

（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输出电阻。

（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

（5）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

（6）用瞬态分析法分析其电压跟随器特性，随意改变负载电阻阻值，观察输出特性有何变化。

3.实验结果
（1）直流工作点分析
Ub=5.95387mv Uc=12.00000mv Ue=5.32750mv
因为Uc>Ub>Ue,发射极正偏，集电极反偏,工作在放大区。

（2）输入电阻的测量
I=420.701nA U=10mv R=23.76985kΩ
（3）输出电阻的测量
I=2.116uA U=64.448uV R=30.45747Ω（4）仪表测试幅相特性幅频特性
相频特性
由两图可以看出，射随器在一定频率范围内保持电压跟随特性，即电压增益为0db，同时相差为0deb。

（5）利用交流分析功能给出该电路的幅相频特性曲线。

此曲线与利用仪表测得幅相特性曲线基本相同
（6）瞬态分析
负载4.7kΩ
负载57.9kΩ
负载150kΩ
负载500kΩ
负载500Ω
负载50Ω
负载5Ω
由图可以看出，当负载电阻较大时，随着负载电阻的增大，输出电压始终保持稳定的状态。

同时输入输出曲线基本重合，差值非常小，可以看出电压跟随特性良好，基本不随负载电阻的变化而变化。

但是负载电阻较小时，输入输出曲线相差较大，主要是因为输出电阻较小，当负载电阻与输出电阻相差没有特别大的时候，会显著改变输出波形。

实验三：差动放大器分析与设计
1.实验目的：
（1）通过使用Multisim来仿真电路，测试如图3所示的差分放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

（2）加深对差分放大电路工作原理的理解。

（3）通过仿真，体会差分放大电路对温漂的抑制作用。

图3
2.实验步骤：
（1）请对该电路进行直流工作点分析,进而判断电路的工作状态。

基极b，集电极c，发射极e
Q1 -1.57431m 11.64615 -599.45847m 工作在放大区（发射结正偏，集电结反偏）
Q2 -1.57435m 10.59039 -599.45847m 工作在放大区
Q3 -10.67297 -599.45847m -11.28927 饱和（发射结正偏，集电结正偏）
Q4 -10.67297 -10.67297 -11.29163 饱和
（2）请利用软件提供的电流表测出电流源提供给差放的静态工作电流。

（3）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入、输出电阻。

输入电阻R1=U1
I1=20mV
527.148nA
=37.94kΩ
输出电阻R2=U2
I2=20mV
10.701μA
=1.869kΩ
（4）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的单端出差模放大倍数。

输入电压：20mV
输出电压：120.135mV
放大倍数：6.01
（5）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的幅频、相频特性曲线。

（6）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

（7）请利用温度扫描功能给出工作温度从0℃变化到100℃时，输出波形的变化。

*
(8)根据前面得到的静态工作点，请设计一单管共射电路，使其工作点和
图3电路的静态工作点一样。

利用温度扫描功能，给出单管共射电路工作温度从0℃变化到100℃时，输出波形的变化，比较单管共射电路与共射差分电路的区别。

单管共射电路图及静态工作点
温度扫描
3.问题：
（1）根据直流工作点分析的结果，说明该电路的工作状态。

根据静态工作点分析结果，可得各晶体管的各极电压
基极b，集电极c，发射极e
Q1 -1.57431m 11.64615 -599.45847m 工作在放大区
Q2 -1.57435m 10.59039 -599.45847m 工作在放大区
Q3 -10.67297 -599.45847m -11.28927 饱和
Q4 -10.67297 -10.67297 -11.29163 饱和
Q1、Q2中Ube>Uon、Uce>Ube，发射结正偏，集电结反偏，所以工作在放大区。

Q3、Q4发射结正偏，集电结也正偏，工作在饱和区。

（2）请画出测量电流源提供给差放的静态工作电流时，电流表在电路中的接法，并说明电流表的各项参数设置。

测量静态工作电流时电流表接法如下图所示，设置A档，同时选择“—”
符号直流测量，即可测试对应三极管（Q1）发射极工作电流。

（3）详细说明测量输入、输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值。

输入电阻：电压表并联在电源两端，选择交流档测量输入电压。

电流表串
接在干路上测量干路电流，输入电压R1=U1
I1=20mV
527.148nA
=37.94kΩ。

输出电阻：利用戴维南等效思想，将差放电路等效为一个电压源形式的二
端口网络，该电压源的内阻即为其输出电阻R2=U2
I2=20mV
10.701μA
=1.869kΩ。

（4）详细说明测量差模放大倍数的方法（操作步骤），并给出其值。

将交流电压表并联在电源两端测量输入电压U
0=20mV，将另一电压表并联在
输出端测量输出电压U
i=120.135mV，（如下图）二者之比为放大倍数。

K=6.01
（5）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤），并分别画出幅频、相频特性曲线。

方法一：利用分析仪BODE PLOTTER，依次设定水平坐标（扫描频带），垂直坐标（增益刻度），使扫描范围包括我们测试需要的范围，同时使整个测试图像显示在左边框中，设置完成后即可考试仿真，利用窗口右上角的幅度，相位切换按钮即可显示出幅频和相频特性曲线，利用标尺可以选择特定频率并获得相应幅相关系。

方法二：利用交流分析，设定输入输出点及频率扫描范围，执行分析功能，即可获得输入输出的幅相特性曲线。

所得幅频、相频特性曲线如下。

两种方法所得曲线相同。

*
(6) . 对比实验步骤（7）和（8）的结果，你有何结论？
共射差分电路温度特性：随着温度升高，曲线幅值（包括正负半周）逐渐减小；单管共射电路：随着温度升高，曲线幅值（包括正负半周）几乎不改变，但整个曲线呈现平移特性，即温度上升，曲线逐渐向下平移。

通过对比可以发现，对于共射差分电路，随着温度上升，曲线不平移，而是线形发生变化（幅度减小），而对于单管共射电路，随着温度上升，曲线线形几乎不变，但位置逐渐相向平移，即同一时间点对于输出随温度上升逐渐减小。

差放的输出不论从直流分量还是交流分量看都受温度的影响小，而单管共射放大电路的输出受温度影响很大。

这是因为对于差放电路而言，温度影响可以看作一对共模信号，而差模放大电路对共模信号有很强的抑制作用，故可以很好地抑制温度的漂移。

（8）请分析并总结仿真结论与体会。

通过本次实验，我系统的复习了模拟电路基础相关的知识，并通过上机，进一步巩固了这些知识。

其中加深对差分放大电路工作原理的理解，并通过仿真，体会差分放大电路对温漂的抑制作用。

总体而言，通过这次实验，我复习并巩固了已有的知识，整体效果感觉较好。

实验四：集成运算放大器应用
1.实验目的：
1.了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点；
2.了解集成运放主要参数的定义，以及它们对运放性能的影响。

3.掌握集成运算放大器的正确使用方法；
4.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法；
5.掌握根据具体要求设计集成运算放大电路的方法，并会计算相应
的元件参数；
6.学习使用示波器DC、AC输入方式观察波形的方法，掌握输出波
形的测量绘制方法。

2.实验步骤：
（1）按上图搭建运放电路，观测放大倍数，并通过调节反馈电阻R5来实现改变放大器的增益。

此时电路的增益为1
改变R5为KΏ
增益为5满足增益等于R5/R7
（2）调整运放的直流工作点，分析输出直流信号的幅度与参考电压的关系。

利用parameter sweep分析功能，选择VDD在0V至10V变化，分析饱和直流输出电压与VDD关系。

可以看出，输出与VDD成线性关系。

满足Uo=VDD/(R3+R4) *R3*(1+R5/R7)
（3）对电路进行温度扫描，分析其温度漂移特性如何。

利用温度扫描功能，在-50度至50度间间隔5个点对电路进行温度扫描分析
由结果可以看到，随温度的改变，电路输出几乎完全重合，说明该运放电路的温度特性非常好。

（4）应用AD817搭建积分器，微分器，射随器电路。

积分器
输入为方波则输出为三角波
微分器
当其输入为三角波的时候输出为方波。

射随器
射随器即为放大倍数为1的运算放大电路，在输出端电压相对输入端呈现很好的电压跟随特性，由波形及探针实测可以看到，输入输出电压值完全相同，但考虑到运算放大器输出特性，电路处在负反馈部分，此时输出落后输入半个周期。

（5）应用AD817搭建减法器，要求有两路信号输入，经过相减后输出，并写出
减法器输出电压的表达公式。

Uout=1
R1[R4(R2+R1)
R2+R4
V2−R2V1]=V2-V1
3.问题回答：
（1）大信号放大的特性与小信号放大特性的区别？
答：对大信号时，需要考虑运放转换速率SR，若超出运放工作速度范围，则输
出电压会出现失真，只有在范围内，输出电压才能按照线性变化，对小信号，一般不需要考虑转换速率SR的问题，即认为小信号速率，始终满足SR的要求，同时，随着频率的增大，实际转换速率也会增大，故一般大信号下运放带宽比
小信号窄。

（2）运放的重要指标有哪些？
答：开环差模增益，共模抑制比，差模输入电阻，输入失调电压及其温漂，输
入失调电流及其温漂，输入偏置电流，最大共模输入电压，最大差模输入电压，-3DB带宽，单位增益带宽，转换速率。

（3）运算放大器AD817本身的输入输出电阻是多少？对于整体运放电路，输入输出电阻如何估算？
答：查阅相关数据文档，可以找到AD817对应输入电阻为300kohm；
对整体运放电路，可以采用虚短、虚断特性估计输入电阻，即从电路输入端和
地之间看进去的等效电阻等于输入端与虚地之间看进去的等效电阻，所以信号
输入电阻等于信号输入端与放大器反相输入端间电阻的阻值。

输出电阻：对理想集成运算放大器输出电阻，可认为，若由运放输出端直接输出，输出电阻为0
（4）运放的温度漂移特性如何，并试回答原因何在？
答：由实测，对运放电路，随着温度的改变，输出电压几乎不发生变化，可以看到，运放的温度特性非常好，主要原因如下：运放输入级采用高性能差分放大电路，由电流源电路供电，输出采用互补输出级，电路中存在的负反馈结构等，这些结构都提高了电运放的温度稳定性。

（5）请分析并总结仿真结论与体会。

本次实验让我对模拟电路基础相关的知识有了回顾，并通过上机测试，进一步
巩固了这些知识。

相比而言，本次实验的内容较多，有些题目较复杂，但通过
不断的测试比较，并查阅相关参考书，都能获得较好的结果。