北航電子電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練模擬部分實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電子電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練模擬部分實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一：共射放大器分析與設(shè)計(jì)1. 目的：（1）進(jìn)一步了解Multisim的各項(xiàng)功能，熟練掌握其使用方法，為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)。（2）通過(guò)使用Multisim來(lái)仿真電路，測(cè)試如圖1所示的單管共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻，并觀察靜態(tài)工作點(diǎn)的變化對(duì)輸出波形的影響。（3）加深對(duì)放大電路工作原理的理解和參數(shù)變化對(duì)輸出波形的影響。（4）觀察失真現(xiàn)象，了解其產(chǎn)生的原因。圖 1 實(shí)驗(yàn)一電路圖2. 步驟：（1）請(qǐng)對(duì)該電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析,進(jìn)而判斷管子的工作狀態(tài)。（2）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的輸入電阻。（3）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量

2、儀表測(cè)出該電路的輸出電阻。（4）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（5）請(qǐng)利用交流分析功能給出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（6）請(qǐng)分別在30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz這5個(gè)頻點(diǎn)利用示波器測(cè)出輸入和輸出的關(guān)系，并仔細(xì)觀察放大倍數(shù)和相位差。（提示：在上述實(shí)驗(yàn)步驟中，建議使用普通的2N2222A三極管，并請(qǐng)注意信號(hào)源幅度和頻率的選取，否則將得不到正確的結(jié)果。）3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：（1）根據(jù)直流工作點(diǎn)分析的結(jié)果，說(shuō)明該電路的工作狀態(tài)。由simulate->analyses->DC operating point,可測(cè)得該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

3、為：圖 2 直流工作點(diǎn)由V(5)>V(4)>V(2),可知，晶體管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，且發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管工作在放大狀態(tài)。（2）詳細(xì)說(shuō)明測(cè)量輸入電阻的方法（操作步驟），并給出其值。圖 3 輸入電阻測(cè)量使用交流模式的電流表接在電路的輸入端測(cè)量輸入電壓和輸入電流，如圖所示，可得輸入電阻：。（3）詳細(xì)說(shuō)明測(cè)量輸出電阻的方法（操作步驟），并給出其值。圖 4 輸出電阻測(cè)量分別測(cè)量空載時(shí)的輸出電壓和帶載時(shí)的輸出電壓，得到輸出電阻：（4）詳細(xì)說(shuō)明兩種測(cè)量幅頻、相頻特性曲線的方法（操作步驟）。a.利用軟件右側(cè)欄的Bode Plotter測(cè)量幅頻、相頻特性曲線，將輸入端連接儀器IN端，輸出端連接

4、儀器OUT端，共地后點(diǎn)擊運(yùn)行，得出幅頻、相頻特性曲線，如下圖。圖 5 幅頻特性曲線圖 6 相頻特性曲線b. 利用軟件的交流分析功能測(cè)得電路的幅頻、相頻特性曲線。選擇simulate->analyses->AC Analysis，添加仿真輸出點(diǎn)后，選擇simulate，可得幅頻、相頻特性曲線，與前面用儀表測(cè)量得到的頻率特性曲線相同。圖 7 交流分析頻率特性（5）根據(jù)得到的幅頻特性曲線，利用作圖器的標(biāo)尺功能，指出該電路的fL和fH（3dB）。根據(jù)圖 5可得幅頻曲線最高點(diǎn)為17.794Hz，分別找兩側(cè)比最大值衰減3dB的頻率值，如下圖所示，可以得到。圖 8 fL測(cè)量圖 9 fH測(cè)量（6）

5、將得到的30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz這5個(gè)頻點(diǎn)的輸入和輸出關(guān)系和剛才得到的幅頻、相頻特性曲線對(duì)比，你有何看法？圖 10 30Hz圖 11 1KHz圖 12 100KHz圖 13 4MHz圖 14 100MHz輸入頻率不同時(shí)，輸出的放大倍數(shù)和相位差：30Hz1000Hz100KHz4MHz100MHz放大倍數(shù)1.3207.56109.66.96相位差（度）37180180180221.7從上表中可以看出，測(cè)得的放大倍數(shù)與相位差與前面所測(cè)的幅頻、相頻特性曲線相符。（7）請(qǐng)分析并總結(jié)仿真結(jié)論與體會(huì)。這是我們電子電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練的第一次實(shí)驗(yàn)，第一次接觸Multisim，感受到了

6、該軟件在電路分析中的強(qiáng)大功能，也把模電課上所學(xué)的東西用于實(shí)踐，因此對(duì)知識(shí)有了更深的理解。本次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作，收獲最大的地方是要注意用儀表測(cè)量時(shí)哪些情況該用直流、哪些情況該用交流，選擇錯(cuò)誤就無(wú)法得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)二：射級(jí)跟隨器分析與設(shè)計(jì)1. 目的：通過(guò)使用Multisim來(lái)仿真電路，測(cè)試如圖2所示的射隨器電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻，并觀察靜態(tài)工作點(diǎn)的變化對(duì)輸入輸出特性的影響。圖 15 實(shí)驗(yàn)二電路圖2. 步驟：（1）請(qǐng)對(duì)該電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析,進(jìn)而判斷管子的工作狀態(tài)。（2）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的輸入電阻。（3）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出

7、該電路的輸出電阻。（4）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（5）請(qǐng)利用交流分析功能給出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（6）用瞬態(tài)分析法分析其電壓跟隨器特性，隨意改變負(fù)載電阻阻值，觀察輸出特性有何變化。3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）請(qǐng)對(duì)該電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析,進(jìn)而判斷管子的工作狀態(tài)。用仿真-分析-直流工作點(diǎn)分析，得到的結(jié)果如下圖所示。V(5)>V(4)>V(2)，晶體管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，故晶體管工作在放大狀態(tài)。圖 16 直流工作點(diǎn)（2）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的輸入電阻。圖 17 輸入電阻測(cè)量如圖，在輸入端連接交流電表，得到輸入電阻：（

8、3）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的輸出電阻。分別用交流電壓表測(cè)量空載時(shí)的輸出電壓和帶載時(shí)的輸出電壓，如下圖所示?？梢缘玫捷敵鲭娮杩梢钥吹?，射極跟隨器的輸入電阻較大，輸出電阻較小，因此在電路中常用于阻抗匹配。圖 18 輸出電阻測(cè)量（4）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的幅頻、相頻特性曲線。利用Bode Plotter儀表測(cè)出該電路的幅頻、相頻特性曲線：圖 19 幅頻特性曲線圖 20 相頻特性曲線（5）請(qǐng)利用交流分析功能給出該電路的幅頻、相頻特性曲線。圖 21 交流分析頻率特性用交流分析功能得到的頻率特性曲線與上面儀表測(cè)量的結(jié)果相同。（6）用瞬態(tài)分析法分析其電壓跟隨器特性，隨意改變

9、負(fù)載電阻阻值，觀察輸出特性有何變化。負(fù)載電阻為4.7時(shí)，simulate->Analysis->Transient Analysis得到輸入和輸出的關(guān)系如圖 22所示?？梢钥吹剑斎牒洼敵龌鞠嗤?，具有良好的電壓跟隨特性。圖 22 瞬態(tài)分析利用Simulate->Analysis->Parameter Sweep功能對(duì)負(fù)載電阻R4進(jìn)行參數(shù)掃描分析，即改變負(fù)載電阻阻值，觀察輸出電壓的變化。從結(jié)果中可以看到，當(dāng)負(fù)載電阻較小，即與射隨器的輸出電阻接近時(shí)，負(fù)載電阻的變化對(duì)輸出電壓有較大影響，電壓跟隨性能下降。而當(dāng)負(fù)載電阻較大時(shí)，負(fù)載的變化對(duì)輸出電壓基本沒(méi)有影響，在圖中表現(xiàn)為各條

10、曲線互相重合。圖 23 負(fù)載電阻參數(shù)掃描（小負(fù)載）圖 24 負(fù)載電阻參數(shù)掃描（大負(fù)載）（7）請(qǐng)分析并總結(jié)仿真結(jié)論與體會(huì)。這次實(shí)驗(yàn)中，我們利用瞬態(tài)分析和參數(shù)掃描功能對(duì)射隨器進(jìn)行了分析，對(duì)Multisim的功能有了更多認(rèn)識(shí)，鞏固了基本操作。同時(shí)，也更加深刻的理解了射隨器的性質(zhì)，了解了其輸入電阻大、輸出電阻小的特性，對(duì)其驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力也有了深入體會(huì)。實(shí)驗(yàn)三：差動(dòng)放大器分析與設(shè)計(jì)1. 目的：（1）通過(guò)使用Multisim來(lái)仿真電路，測(cè)試如圖3所示的差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、差模電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。（2）加深對(duì)差分放大電路工作原理的理解。（3）通過(guò)仿真，體會(huì)差分放大電路對(duì)溫漂的抑制作用。圖

11、 25 實(shí)驗(yàn)三電路圖2. 步驟：（1）請(qǐng)對(duì)該電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析,進(jìn)而判斷電路的工作狀態(tài)。（2）請(qǐng)利用軟件提供的電流表測(cè)出電流源提供給差放的靜態(tài)工作電流。（3）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的輸入、輸出電阻。（4）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的單端出差模放大倍數(shù)。（5）請(qǐng)利用軟件提供的各種測(cè)量?jī)x表測(cè)出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（6）請(qǐng)利用交流分析功能給出該電路的幅頻、相頻特性曲線。（7）請(qǐng)利用溫度掃描功能給出工作溫度從0變化到100時(shí)，輸出波形的變化。（8）根據(jù)前面得到的靜態(tài)工作點(diǎn)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一單管共射電路，使其工作點(diǎn)和圖3電路的靜態(tài)工作點(diǎn)一樣。利用溫度掃描功能，給出單管共射

12、電路工作溫度從0變化到100時(shí)，輸出波形的變化，比較單管共射電路與共射差分電路的區(qū)別。3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：（1）根據(jù)直流工作點(diǎn)分析的結(jié)果，說(shuō)明該電路的工作狀態(tài)。運(yùn)用仿真-分析中的直流工作點(diǎn)分析功能，分析各點(diǎn)電壓，得到的直流工作點(diǎn)如下圖所示：圖 26 直流工作點(diǎn)從上圖可以看出，晶體管Q1、Q2均滿足發(fā)射結(jié)導(dǎo)通、發(fā)射結(jié)正偏且集電結(jié)反偏，因此工作在放大區(qū)；而Q3、Q4均滿足發(fā)射結(jié)導(dǎo)通、發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都正偏，因此工作在飽和區(qū)。（2）請(qǐng)畫出測(cè)量電流源提供給差放的靜態(tài)工作電流時(shí)，電流表在電路中的接法，并說(shuō)明電流表的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置。圖 27 靜態(tài)工作電流測(cè)量如圖加入直流電流表，測(cè)得靜態(tài)工作電流為0.708m

13、A。（3）詳細(xì)說(shuō)明測(cè)量輸入、輸出電阻的方法（操作步驟），并給出其值。圖 28 輸入電阻圖 29 輸出電阻如上圖搭建電路，得到電壓和電流的測(cè)量結(jié)果，然后計(jì)算輸入電阻和輸出電阻，其中電壓表和電流表都工作在交流測(cè)量狀態(tài)。測(cè)量輸出電阻時(shí)，要分別測(cè)量空載時(shí)的輸出電壓和帶載時(shí)的輸出電壓。輸入電阻：輸出電阻：（4）詳細(xì)說(shuō)明測(cè)量差模放大倍數(shù)的方法（操作步驟），并給出其值。圖 30 單端出差模放大倍數(shù)如圖，用兩個(gè)交流數(shù)字電壓表分別測(cè)量輸入和輸出電壓，得到單端出差模放大倍數(shù)倍。（5）詳細(xì)說(shuō)明兩種測(cè)量幅頻、相頻特性曲線的方法（操作步驟），并分別畫出幅頻、相頻特性曲線。a.用Bode Plotter儀器測(cè)量幅頻、相頻

14、特性曲線，如圖 31連接電路，調(diào)整坐標(biāo)范圍至一合適值，可以得到測(cè)量結(jié)果如圖 32、圖 33所示。圖 31 儀表測(cè)量頻率特性曲線圖 32 幅頻特性曲線圖 33 相頻特性曲線b. 用仿真-分析-交流分析功能分析幅頻、相頻特性曲線，設(shè)置頻率范圍，可以得到如下圖所示的曲線：圖 34 頻率特性交流分析可以看到，交流分析得到的幅頻、相頻特性曲線與儀表測(cè)量結(jié)果是一致的。（6）對(duì)比實(shí)驗(yàn)步驟（7）和（8）的結(jié)果，你有何結(jié)論？圖 35 差分放大電路溫度掃描圖 36 共射放大電路溫度掃描可以看出，差分放大電路抑制溫漂的性能要明顯好于共射放大電路。（7）請(qǐng)分析并總結(jié)仿真結(jié)論與體會(huì)。這次實(shí)驗(yàn)的電路比前兩次復(fù)雜，并且最后

15、的實(shí)驗(yàn)還需要獨(dú)立調(diào)整共射放大電路的工作點(diǎn)，因此對(duì)我分析、設(shè)計(jì)和調(diào)整電路的能力都有很大鍛煉。通過(guò)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，對(duì)差分放大電路的優(yōu)越性也有了更深刻的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)四：集成運(yùn)算放大器應(yīng)用1.目的：1. 了解集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各部分功能、特點(diǎn)；2. 了解集成運(yùn)放主要參數(shù)的定義，以及它們對(duì)運(yùn)放性能的影響。3. 掌握集成運(yùn)算放大器的正確使用方法；4. 掌握用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成各種基本運(yùn)算電路的方法；5. 掌握根據(jù)具體要求設(shè)計(jì)集成運(yùn)算放大電路的方法，并會(huì)計(jì)算相應(yīng)的元件參數(shù)；6. 學(xué)習(xí)使用示波器DC、AC輸入方式觀察波形的方法，掌握輸出波形的測(cè)量繪制方法。2.步驟：圖 37 實(shí)驗(yàn)四電路圖（1）按上圖搭建運(yùn)放電路，觀

16、測(cè)放大倍數(shù)，并通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)改變放大器的增益。（2）調(diào)整運(yùn)放的直流工作點(diǎn)，分析輸出直流信號(hào)的幅度與參考電壓的關(guān)系。（3）對(duì)電路進(jìn)行溫度掃描，分析其溫度漂移特性如何。（4）應(yīng)用AD817搭建積分器，微分器，射隨器電路。（5）應(yīng)用AD817搭建減法器，要求有兩路信號(hào)輸入，經(jīng)過(guò)相減后輸出，并寫出減法器輸出電壓的表達(dá)公式。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：（1）觀測(cè)放大倍數(shù)，并通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)改變放大器的增益。時(shí)，輸入和輸出的關(guān)系如下圖：圖 38 輸入輸出關(guān)系（放大1倍）可見放大倍數(shù)為1倍，符合的理論值。如果讓，則放大倍數(shù)為3倍，如下圖所示：圖 39輸入輸出關(guān)系（放大3倍）（2）調(diào)整運(yùn)放的直流工作點(diǎn)，

17、分析輸出直流信號(hào)的幅度與參考電壓的關(guān)系。如圖 40所示，VDD較小的時(shí)候，運(yùn)放工作在線性區(qū)，輸出電壓與輸入電壓成正比；而VDD較大時(shí)，運(yùn)放達(dá)到飽和，輸出電壓保持為參考電壓12V不變。圖 40 輸入輸出關(guān)系（3）對(duì)電路進(jìn)行溫度掃描，分析其溫度漂移特性如何。圖 41 溫度掃描對(duì)運(yùn)放進(jìn)行-100100°C溫度掃描，輸出曲線基本完全重合，可見溫漂很小。（4）應(yīng)用AD817搭建積分器，微分器，射隨器電路。電路圖及仿真波形見圖 42至圖 47。注意運(yùn)放是反向輸入的。從波形可以看到，搭建的電路實(shí)現(xiàn)了積分器、微分器和射隨器的功能。圖 42 積分器電路圖 43 積分器波形（方波為輸入，三角波為輸出）圖

18、 44 微分器電路圖 45 微分器輸出（三角波為輸入，方波為輸出）圖 46 射隨器電路圖 47 射隨器波形（輸入輸出等大反向）（5）應(yīng)用AD817搭建減法器，要求有兩路信號(hào)輸入，經(jīng)過(guò)相減后輸出，并寫出減法器輸出電壓的表達(dá)公式。圖 48 減法器電路如上圖，輸出電壓。注意更改電阻值時(shí)需始終保持。如果輸入為交流也有同樣的放大作用，但注意使運(yùn)放工作在線性區(qū)，如果達(dá)到飽和則此關(guān)系不再成立，輸出會(huì)有失真。4. 問(wèn)題：（1）大信號(hào)放大的特性與小信號(hào)放大特性的區(qū)別？小信號(hào)放大時(shí)，運(yùn)放工作在線性區(qū)，呈現(xiàn)出比例放大特性，即輸入與輸出成正比；而大信號(hào)輸入時(shí)可能使運(yùn)放達(dá)到飽和，輸出保持為參考電壓不變。（2）運(yùn)放的重要指標(biāo)有哪些？輸入電阻、輸出電阻、輸入電平、電壓（電流）放大倍數(shù)、失真度、帶寬、效率、輸入失調(diào)電壓（電流）等。（3）運(yùn)算放大器AD817本身的輸入輸出電阻是多少？對(duì)于整體運(yùn)放電路，輸入輸出電阻如何估算？理想運(yùn)算放大器的輸入電阻為無(wú)窮大，輸出電阻為0。而對(duì)于實(shí)際的運(yùn)算放大器及整體的運(yùn)放電路，輸入輸出電阻可用前面實(shí)驗(yàn)中的方法測(cè)量，即測(cè)量輸入端電壓和電流計(jì)