南京理工大学EDA1实验报告(模电部分)

南京理工大学EDA课程设计（一）实验报告专业：自动化班级：姓名：学号：指导老师：2013年10月摘要在老师的悉心指导下，通过实验学习和训练，我已经掌握基了于Multisim的电路系统设计和仿真方法。

在一周的时间内，熟悉了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见电路分析方法。

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。

实验一：单级放大电路的仿真及设计，设计一个分压偏置的单管电压放大电路，并进行测试与分析，主要测试最大不失真时的静态工作点以及上下限频率。

实验二：负反馈放大电路的设计与仿真，设计一个阻容耦合两级电压放大电路，给电路引入电压串联深度负反馈，，观察负反馈对电路的影响。

实验三：阶梯波发生器的设计与仿真，设计一个能产生周期性阶梯波的电路，对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。

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。

关键词：EDA设计及仿真multisim 放大电路反馈电路阶梯波发生器实验一：单级放大电路的仿真及设计一、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 、r be 、r ce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f L、f H值。

二、实验步骤1、设计分压偏置的单级放大电路如图1-1所示：图1-1、单级放大电路原理图2、电路饱和失真输出电压波形图调节电位器的阻值，改变静态工作点，当电阻器的阻值为0%Rw，交流电压源为10mV时，显示饱和失真的波形图如图1-2所示：图1-2、电路饱和失真输出电压波形图饱和失真时的静态工作点：Ubeq=636。

63mv,Uceq=443.586mv,Ib=635.82uA, Ic=31.48uA3、截止失真输出电压波形图调节电位的阻值，改变静态工作点，当电阻器的阻值为100%Rw，交流电压源为20mV时，显示截止失真的波形图如图1-3所示：图1-3、截止失真输出电压波形图截止失真时的静态工作点：Ib=2.822uA, Ic=367.621uA.4、最大不失真输出电压波形图调节滑动变阻器和信号源的幅值，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43%的位置并且信号源为12mV时可以得到最大不失真波形，如图1-4所示：图1-4、最大不失真输出电压波形图最大不失真时的静态工作点：Ib=5.113uA, Ic=568.666uA.β=Ic/Ib=111.225. 动态分析5.1 测试输入特性测试放大电路输入特性的电路如图:所以：式r be=uBE/IB=1.8553m/595.8599n=3.11 kohms5.2测试三极管输出特性曲线的实验图拉杆数据：r ce=uCE/IC=29.6296m/1.343u=22.1 kohms6.测试最大不失真时电压增益用开路短路法测量输出电阻，并在原电路图上节点3处加一探针，测量输入电阻。

开路短路法如图1—5.1—5开路短路法测输出电阻输出电阻万用表数值：算得输出电阻为6.973kΩ， Ro（理）=R5//rce=10//22=6.875kΩ相对误差E=1.43%原电路图1-1，节点3处的探针：经计算得到输入电阻为2.044kΩ，Ri（理）=R2//(R1+R3)//r(be)=1.8951kΩ相对误差E=7.28%以上误差皆在百分之10以内，可以接受。

由于在仿真的过程中，我选用的并不是理想元件，而是有误差的模拟实际元件，所以也会对实验结果的精确性造成一定的影响。

6、频率特性仿真对电路中的5节点进行交流分析，可以得到电路的幅频特性曲线和相频特性曲线，如图1-6所示：图1-8、幅频和相频特性曲线从特性图上可以看出Af的最大值，即max y为68.9，用max y的值乘以0.707即得到上下限频率所对应的幅值，约为48.72。

由此可得，下限频率fL=336.1343Hz，上限频率fH=8.0501MHz。

四、实验总结此次试验，复习巩固了射级放大器的工作原理，使我熟悉了Multisim仿真软件的大致用法，掌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、交流分析。

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

不过实验结果不是很理想，数据的误差较大，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，希望在以后的实验中能有所改进。

实验二：负反馈放大电路的仿真及设计一、实验目的1、设计一个阻容耦合两级电压放大电路，要求信号源频率10kHz(峰值1mv) ，负载电阻1kΩ，电压增益大于100，了解阻容耦合电路。

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。

二、实验要求1.给出引入电压串联负反馈电路的实验接线图。

2.给出两级放大电路的电路原理图。

3.给出负反馈接入前后电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻，并验证AF1/F。

4.给出负反馈接入前后电路的频率特性和fL、fH值，以及输出开始出现失真时的输入信号幅度。

5.分析实验结果三、实验步骤设计阻容耦合两级电压放大电路如图2-1所示图2-1、阻容耦合两级放大电路引入电压串联负反馈后电路图如图2-2所示：图2-2、接入电压串联负反馈后电压放大电路2、频率特性仿真对阻容耦合两级电压放大电路中的13节点进行交流分析，可以得到接入负反馈前电路的幅频特性曲线和相频特性曲线，如图2-3所示：图2-3、接入负反馈前幅频和相频特性曲线特性图上可以看出Af的最大值，即max y为26.58，用max y的值乘以0.707即得到上下限频率所对应的幅值，约为18.8。

由此可得，下限频率fL=102.7833Hz，上限频率fH=648.9639kHz。

对接入负反馈后的电路中的8节点进行交流分析，可以得到接入负反馈后电路的幅频特性曲线和相频特性曲线，如图2-4所示：从特性图上可以看出Af的最大值，即max y为10.8，用max y 的值乘以0.707即得到上下限频率所对应的幅值，约为7.6。

由此可得，下限频率fL=49.9985Hz，上限频率fH=1.8168MHz。

3、出现失真时的输入信号幅度接入负反馈前输出开始出现失真时的输入信号幅度如图2-5所示，约为3mV：接入负反馈后输出开始出现失真时的输入信号幅度如图2-6所示，约为28mV总结：可见加入负反馈后，电路的动态范围增大，即电路可不失真放大的最大信号幅度增大。

负反馈可以减缓失真。

4、测量输入电阻按图2-7，图2-8所示连接电路，分别测出输入电压Ui、输入电流Ii，输入电阻即为Ri=Ui/Ii，从而可分别算出引入负反馈前后的输入电阻。

a）未引入负反馈的输入电阻如图2-7所示，测得输入电压Ui=1V，输入电流Ii=235nA，则Ri=Ui/Ii=4.3KΩ。

图2-7、测量无负反馈时的输入电阻的探针显示值b）引入负反馈后的输入电阻如图2-8所示，测得输入电压Ui=1mV，输入电流Ii=173nA，则Ri=Ui/Ii=5.8KΩ。

图2-8、测量有负反馈时的输入电阻的探针显示图总结：电压串联负反馈的引入，使得输入电阻增大。

5、测量输出电阻按图2-9，图2-10所示连接电路，将电压源电压设置为零，在输出端加上一个电压源，分别测出输出电压Uo、输出电流Io，输出电阻即为Ro= Uo/Io，从而可分别算出引入负反馈前后的输出电阻。

a）未引入负反馈的输出电阻如图2-9所示，测得输出电压Uo=505.73mV，输出电流Io=167.7672uA，则Ro= Uo/Io=3.01K 。

图2-9、开路短路法测量无负反馈时的输出电阻的万用表数值b）引入负反馈后的输出电阻如图2-10所示，测得输出电压Uo=15.782mV，输出电流Io=38.654uA，则Ro= Uo/Io=408。

图2-10、开路短路法测量有负反馈时的输出电阻的万用表数值总结：电压串联负反馈的引入，使得输出电阻减小。

6、测量放大倍数分别测出输入电压Ui、输出电压Uo，放大倍数即为Au=Uo/Ui，从而可分别算出引入负反馈前后的电压放大倍数。

a）未引入负反馈的放大倍数如图2-11所示，测得输入电压Ui=1mV，输出电压Uo=131.596mV，则Au= Uo/Ui=131.6。

图2-11、测量无负反馈时的电压放大倍数的电路图b）引入负反馈后的放大倍数如图2-12所示，测得输入电压Ui=1mV，输出电压Uo=11.279mV，则Au= Uo/Ui=11.3。

图2-12、测量有负反馈时的电压放大倍数的电路图总结：电压串联负反馈的引入，使得电压放大倍数明显减小。

7、AF ≈1/F的验证由于电压串联负反馈电路的AF=Auuf =Uo/Ui、F=Fuu =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=1mV，Uo=11.279mV，Uƒ=953.458u F，则AF=Auuf =Uo/Ui=11.279，1/F=Uo/Uf=11.83，误差E=5%,AF ≈1/F成立。

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：引入电压串联负反馈，会减小电路的电压放大倍数，并增大电路可不失真放大的最大信号幅度，减小非线性失真；引入电压串联负反馈，会展宽了通频带，增大输入电阻，减小输出电阻。

最后通过测量计算验证了AF 1/F 的结果。

负反馈放大电路的设计与仿真实验比较简单，实验中并没有太多复杂的计算与推到。

但是我从这次的实验中提升了概括能力，由表及里，抓住现象看本质，我想这才是我们做实验最终的目的吧！实验三：阶梯波的仿真及设计一、实验目的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。

二、实验要求1给出阶梯波发生器实验原理图，图中器件均要有型号和参数值标注。