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1、摘要通过实验学习和训练，掌握基于计算机和信息技术的电路系统设计和仿真方 法。要求：1.熟悉Multisim软件的使用，包括电路图编辑、虚拟仪器仪表的 使用和掌握常见电路分析方法。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。Multisim常用分析方法：直流 工作点分析、直流扫描分析、交流分析。掌握设计电路参数的方法。复习巩固单 级放大电路的工作原理，掌握静态工作点的选择对电路的影响。了解负反馈对两 级放大电路的影响，掌握阶梯波的产生原理及产生过程。关键字：电路 仿真Multisim负反馈 阶梯波目次实验一 1实验二11实验三 17实验一 单级
2、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5.1kQ，电压增益大于50o2. 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： 电路静态工作点值； 三极管的输入、输出特性曲线和。、rbe、rce值； 电路的输入电阻、输出电阻和电压增益； 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
3、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. 给出测试三极管输入、输出特性曲线和。、rbe、rce值的实验图，并给出 测试结果。4. 给出正常放大时测量输入电阻、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。5. 给出电路的幅频和相频特性曲线，并给出电路的fL、fH值。6. 分析实验结果。三、实验步骤实验原理图：饱和失真时波形:此时静态工作点为:I(CQ)=958.06700uAU(CEQ)=0.31402V所以，I (BQ) =4.76685uAU(BEQ)=0.62676V截止失真时波形:此时静态工作点为:所以，I(BQ)=2.07543uA
4、U(BEQ)=0.60519VI(CQ)=440.85400uAU(CEQ)=5.54322V最大不失真时波形:此时静态工作点为:所以，I(BQ)=4.33186uAI(CQ)=889.49500uAU(BEQ)=0.62464VU(CEQ)=1.00749V测试三极管输入特性曲线实验图:三极管输入特性曲线:C transfer characteristicqql ibxl543.6474myi207.9973nx2665.5143m20.3192Ddx121.S669nidy20.1112D由以上数据可得r(be)=dx/dy=6.1kQ测试三极管输出特性曲线的实验图:直流分析参数设置:三极
5、管输出特性曲线:xl566.9836m566.9836m566.9836myi548.8907p1.0238m2 .0589m所以，8 =(2.0589 -1.0238)mA / 5uA=207.02测8的数据:i:xil=O; Gqqlici:xil=5e-006; qqlic i:xil=le-005; qqlic测r (ce)的数据:DC transfer characteristici:xil=O; qqlici:xil=5e-006; qqlicXl566.9836m566.9836myi548.8907p1.02 3 8nix21.54881.548S571.8069p1.03 3
6、 7nidx981.8496m981.S496nidy22.9162p9.923 ID所以，r(ce)=981.8496mV / 9.9231uA=98.9458k。最大不失真时测输入电阻:1lOuFP.1ZTkOlTiLLP.4ZkLilTiii% RE5. IkOliniC3lOOuF万用表显示值:所以，Ri (测)=4.53k。Ri (理)=R1/R5/r(be)=4.69k。(R5=150 *54%=81 k。)相对误差 E= (4.69 -4.53) *100% / 4.69=3.4%最大不失真时测输出电阻:万用表显示值:Ro(理)=R3=8.1 k。所以，Ro （测）=8.24kQ
7、 相对误差E=1.7%P.4ZkOliiii最大不失真时测电压增益:Cl1.1.LwvP.8ZkOliniC5lOOuF21蚤三；4k LiliniC3lOuF引入负反馈后实验原理图:P.18 Oku! iniZ1r34kLiTiiiC3 lOuF_.1.7引入负反馈前测输入电阻:Ri=916.4Q引入负反馈后测输入电阻:Ri=7.2k。引入负反馈前测输出电阻:万用W-XMM5I 68kVA V Q dB设置.Ro=2.5k。引入负反馈后测输出电阻:Ro=0.26kQ引入负反馈前测电压增益:Av=222引入负反馈后测电压增益:Av=1引入负反馈后测得反馈电压为:所以，输入电压约等于反馈电压，而
8、Af=Xo / Xi F=Xf / X。因此，Af F,达到深 度负反馈。引入负反馈前频率特性:所以，fL=97.8155Hz fH=210.7371kHz引入负反馈后频率特性:DQa司多枣交流分析交流分析交流分析交流分U&交流分析实验二X173.4019Myi-3.2795x21.5.8140-3.0983dx-73.4019Mdy181.261 6iril/dx-13.6236n1/ciy.5 . .51 69in in x1.0000rnax x10 . LILILILIGin in y-33 1329rnax y-48.Li.53 9iri所以，fL=15.8140Hz fH=73.4
9、019MHz引入负反馈前输出开始出现失真时的输入信号幅度:当输入信号约为3mV的时候输出开始失真引入负反馈后输出开始出现失真时的输入信号幅度:当输入信号约为90mV的时候输出开始失真实验小结本实验中采用了电压串联负反馈，能够稳定输出电压，减小了输出电阻，提高了输入 电阻，展宽了通频带，减小了电路的非线性失真。实验三阶梯波发生器的设计与仿真一、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
10、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。2. 介绍电路的工作原理。3. 给出电路的分段测试波形和最终输出的阶梯波，并回答以下问题：(a) 调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的周期？(b) 调节电路中那些元器件值可以改变阶梯波的输出电压范围？三、实验步骤阶梯波发生器实验原理图:波形:阶梯波周期约为20.126ms,电压变化范围在0-10V内，阶梯个数为5个，符合实验要 求方波发生器原理图:波形:T1*T2 *|T2-T1时间68.712 ms72
11、.779 ms4.067 ms通道_四-4.343 V5.423 V9.766 V通道上-2.591 V-2.555 V35.278 mV相反保存GND方波发生器+微分电路原理图:XSC1波形:ClHI-SlnF4%AA39k01TDi_.5%U17 1 .5 741*P.1 1. OOkOliiii_l%P.3Z4kLHiiii Si.OkOlini 1%一 I VI1-5 V00k01ini_l%方波发生器+微分+限幅电路原理图:CZHI-51nFD31EH6ZP.-52.00k01ini_l%If.P.65. lk01im_5%时基通道凸通道日触发亥!|度 2 ms/Div刻度5 g刻度
12、2 V/Div水平 0X位置V位置00V位置0Y/T Add B/A AfiAC0AC 0DC内.无.89.100 ms 4.067 msT1T2*T2-T1通道一四10.710 mV212.518 mV201.808 mV方波发生器+微分+限幅+积分累加电路原理图:R7 V-AL2. OOkOliTir 1%P.6-5. lk01ini_L-四、实验小结实验原理：在方波发生器中，稳压二极管D1、D2和电阻R1使运算放大器的输出电压限幅。当运算放大器输出端电压为正值（vo=Vomax）时，运算放大器的同相输入端的电压为： v+=R1*Vomax / （R1+R2）此时输出电压通过R4向电容充电
13、，当电容上的电压等于运算放大器的同相输入端的 电压v+时，运算放大器翻转，此时运算放大器的输出电压变为负值（vo=Vomax）。运 算放大器的同相输入端的电压为：v+=R1*Vomin / （R1+R2）这是电容通过R4放电，当电容上的电压等于放大器的同相端电压时，运算放大器又 翻转，输出电压又变成了正值，这时又给电容充电。如此不断地循环下去，运算放大 器输出端的电压就是一个方波。然后接一个由电阻和电容组成的微分电路使方波变成尖脉冲，再接一个二极管限 幅，只输出正值脉冲波形。接下来接一个积分累加电路，其积分时间很短，使vo几乎是发生了突变，尖脉 冲过后，积分器输出端电压保持不变，下一个尖脉冲到
14、来时vo再有一个突变，则使 积分电路的输出电压vo为阶梯波。要生成周期性变化的阶梯波需要再加一个比较器和控制开关，比较器由一个运算 放大器A3和三个电阻组成，控制开关由一个场效应管和两个二极管D4、D5组成。A3 的同相输入端接一个负的参考电压，在阶梯波产生过程中使比较器的输出电压为负 值，此时二极管D5导通，是场效应管栅极电压为负值，而且这个负电压是场效应管 处于截断状态。这时N沟道结型场效应管不能导通，对积分电路没有影响。于此同时， 二极管D4截止，比较器对方波发生器无影响。当积分器的输出电压不断降低时，即 阶梯的个数不断增加，一旦A3的反相输入端和同相输入端的电位相同时，A3发生翻 转，
15、A3的输出端电压变为正值。这是二极管D5截止，场效应管的栅极电位为零电位， 使场效应管导通，电容C3很快通过场效应管放电，同时二极管D4也由原来的截止变 为导通，使A1的输出值为负值。即每次A3发生翻转时，A1的输出都为负值，使阶 梯波的起始波形相同。调节C1、R4可以改变阶梯波的周期，T=2R4C1ln(1+2R2 / R3)，阶梯波周期与R4C1 成正比。调节电路中的R7C3可以改变阶梯波的电压，且成反比。结论熟悉了 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。掌握了不同类型负反馈的接法以及对 电路的影响，在实验二中采用了电压串联负反馈，能够稳定输出电压，减小了输出电 阻，提高了输入电阻，展宽了通频带，减小了电路的非线性失真。了解了阶梯波的产 生原理以及过程。参考文献1 周淑阁，付文红，等.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，20042 温平平，贾新章.模拟乘法器的建模及其应用J.电子科技，2004.33 付文红、花汉兵EDA技术与实验机械工业出版社2007年4 王建新、姜萍电子线路实践教程科学技术出版社2003年5 郑步生、吴渭 Multisim 2001电路设计及仿真入门与应用2002年
