模電仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告書.docx

實(shí)驗(yàn)一 晶體管共射放大電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)共射放大電路的參數(shù)的選取方法。2、 學(xué)習(xí)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量與調(diào)整，了解靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大電路性能的影響。3、 學(xué)習(xí)放大電路的電壓放大倍數(shù)和最大不失真輸出電壓的分析方法。4、 學(xué)習(xí)放大電路輸入輸出電阻的測(cè)量方法以及頻率特性的分析方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 確定并調(diào)整放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。2、 確定放大電路的電壓放大倍數(shù)Av和最大不失真輸出電壓Vomax。（1） RL=無窮（開路）；（2） RL=3k歐姆。3、 觀察飽和失真和截止失真，并測(cè)出相應(yīng)的集電極靜態(tài)電流。4、 測(cè)量放大電路的輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。5、 測(cè)量放大電路帶負(fù)載時(shí)的上限頻率fH和下限頻率fL。三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1、 設(shè)置電源電壓Vcc=12V，使靜態(tài)工作電流Icq=1.5mA，Rc=3k歐。2、 設(shè)置三極管Q2N2222的即Bf=160，Vje=0.7V，Rb=300。3、 C1=C2=10uF，Ce=100uF。四、實(shí)驗(yàn)電路仿真分析1、 原理圖繪制和參數(shù)選取經(jīng)過估算得出以下結(jié)果：Rb1=80K歐左右，Rb2=20k歐左右，Re=1k歐左右，Rc=3k歐2、 檢查電路中各節(jié)點(diǎn)電壓和各支路電流，按設(shè)計(jì)要求調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)通過調(diào)整Re的大小和Rb1、Rb2的比值，比較輸出輸入放大倍數(shù)，得出如下電路參數(shù)（如原理圖中所示）。圖1.1 晶體三極管共射放大電路原理圖3、 觀察輸入輸出電壓波形，測(cè)量電壓放大倍數(shù)當(dāng)輸入端加入交流信號(hào)源Vsin（頻率：3.5kHz，幅值10mV）（1） 當(dāng)RL=3k歐時(shí)，設(shè)置交流掃描分析，驗(yàn)證共射放大電路的電壓放大倍數(shù)是否滿足要求。圖1.2 RL為3k歐時(shí)原理電路圖1.3 RL為3k歐時(shí)輸出輸入放大倍數(shù)由圖1.3可知放大倍數(shù)為132左右，滿足題設(shè)要求（100-200之間）（2） 當(dāng)RL開路（設(shè)RL=1Meg歐）時(shí)，設(shè)置交流掃描分析，驗(yàn)證共射放大電路的電壓放大倍數(shù)是否滿足要求。圖1.4 RL開路時(shí)的電路原理圖圖1.5 RL開路時(shí)的輸出與輸入的放大倍數(shù)由圖1.5可知此時(shí)放大倍數(shù)為198左右，滿足題設(shè)要求（100-200之間）。（3） 當(dāng)RL=3k歐時(shí)，設(shè)置瞬態(tài)分析，觀察輸入輸出波形，比較其相位關(guān)系。圖1.6 輸入和輸出波形由圖1.6易知：輸出和輸入反相4、 觀察飽和、截止失真（Vi=40mV）圖1.7 RL=3k歐時(shí)，出現(xiàn)飽和失真圖1.8 RL=1Meg時(shí)出現(xiàn)飽和失真圖1.9 截止失真圖像經(jīng)判斷，輸出電壓是先出現(xiàn)飽和失真，再出現(xiàn)截止失真。5、 輸入電阻測(cè)量圖1.10 輸入電阻測(cè)量圖像由圖中數(shù)據(jù)可知，在頻率為3.5kHz時(shí)，輸入電阻為2.28k歐左右。理論值為11.54k歐。6、 輸出電阻測(cè)量圖1.11 輸出電阻測(cè)量圖線由圖可知，輸出電阻為2.8K歐，理論值為3k歐。7、 仿真分析電路的頻率特性，并測(cè)量放大器的上限截止頻率和下限截止頻率圖1.12 仿真設(shè)置圖1.13 放大倍數(shù)曲線圖1.14 頻率特性曲線8、 觀察放大器的相頻特性曲線圖1.15 頻率特性曲線及相頻特性曲線實(shí)驗(yàn)二 差分放大電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)差分放大電路的設(shè)計(jì)方法。2、 學(xué)習(xí)差分放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)量和調(diào)整方法。3、 學(xué)習(xí)差分放大電路差模和共模性能指標(biāo)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 測(cè)量差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，并調(diào)整到合適的數(shù)值。通過設(shè)置RW為變量，確定滿足題設(shè)靜態(tài)工作點(diǎn)的條件時(shí)RW的值，由以上三幅圖線可知，RW為1.339k R2為1.339k。2、 測(cè)量差模電壓放大倍數(shù)Avd1，觀察vb、ve、vo的波形，并記錄他們的相位和大小。3、 測(cè)量共模電壓放大倍數(shù)Ave1，觀察vb、ve、vo的波形，并記錄他們的相位和大小。4、 計(jì)算共模抑制比KCMR。三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1、 繪制電路圖2、 設(shè)置三極管的=100，D1、D2為硅二極管（采用D1N4001）,3、 電路要求（1） Ic1q=Ic2q=0.75mA（2） Vc1=14V（3） 二極管D1、D2中流過的電流Id=3mA4、設(shè)T3管Rce3=50k歐，D1、D2的動(dòng)態(tài)電阻Rd忽略不計(jì)四、實(shí)驗(yàn)電路仿真分析1、 靜態(tài)工作點(diǎn)的確定和調(diào)整圖2.1 電路原理圖、靜態(tài)工作點(diǎn)條調(diào)試圖圖2.2 電阻RW的確定2、 單端輸入時(shí)的電壓傳輸特性圖2.3 設(shè)置直流掃描分析圖2.4 c1端為輸出端時(shí)的電壓傳輸特性圖2.5 c2端為輸出端時(shí)的電壓傳輸特性圖2.6 雙端輸出時(shí)的電壓傳輸特性3、 差模輸入（取vi1=5sinwtmV，vi2=-5sinwtmV），計(jì)算差模電壓放大倍數(shù)和差模輸入電阻，觀察兩輸出端的相位關(guān)系。圖2.7 差模輸入電路原理圖圖2.8 設(shè)置時(shí)間掃描圖2.9 c2端和c1端輸出電壓波形由此圖可知：c1端輸出電壓波形與輸入波形反相，c2端輸出波形與輸入波形同相，c1端和c2端輸出波形反相。圖2.10 差摸雙端輸出電壓波形圖2.11 設(shè)置交流掃描分析圖2.12 c1端輸出時(shí)電壓放大倍數(shù)Avod1圖2.13 c2端輸出時(shí)電壓放大倍數(shù)圖2.14 雙端輸出時(shí)電壓放大倍數(shù)圖2.15 輸入電阻由圖2.15可知：輸入電阻6.722k4、 共模輸入（取vi1=vi2=1sinwtV），計(jì)算共模電壓放大倍數(shù)和共模輸入電阻，觀察兩個(gè)輸出端電壓的相位關(guān)系。圖2.16 共模輸入電路原理圖圖2.17 c2端和c1端輸出電壓波形由此圖可知：共模輸入時(shí)，兩輸出端的電壓波形同相位圖2.18 雙端輸出時(shí)的電壓波形圖2.19 c1端輸出時(shí)的電壓放大倍數(shù)Avoc1圖2.20 c2端輸出時(shí)的電壓放大倍數(shù)Avoc2圖2.21 雙端輸出時(shí)的電壓放大倍數(shù)Avoc圖2.22 共模輸入時(shí)的輸入電阻由圖2.22可知：共模輸入時(shí)的輸入電阻為46.8k歐5、 單端輸入取vi1=10sinwtmV，查看差分放大電路中vo1、vo2、vo、ve的波形，注意它們的相位和波形。圖2.23 單端輸入時(shí)的電路原理圖圖2.24 vo1輸出電壓波形圖2.25 vo2輸出電壓波形圖2.26 vo輸出電壓波形圖2.27 ve的波形6、 雙端輸入，取vi1=105sinwtmV，vi2=95sinwtmV，查看差分放大電路中vo1、vo2、vo、ve的波形，注意它們的相位和波形。圖2.28 vo1的波形圖2.29 vo2的波形圖2.30 vo的波形圖2.31 ve的波形五、問題討論1、 T3、R3、R4、D1、D2等元件在電路中起什么作用？對(duì)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和Avd1、Avc1、KCMR等指標(biāo)分別有什么影響？答：這些元件在電路中起恒流源的作用，抑制零點(diǎn)漂移；能盡量抑制Avc，使共模抑制比增大。2、 怎樣提高差分放大電路的共模抑制比和減小零點(diǎn)漂移？答：增大恒流源的內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)三 互補(bǔ)對(duì)稱功放電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 觀察乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路輸出波形，學(xué)習(xí)克服輸出中交越失真的方法。2、 學(xué)習(xí)求最大輸出電壓范圍的方法。二、實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)電路如下圖圖3.1 乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路原理圖1、 仿真觀察輸出波形和輸入波形，注意在輸入電壓Vi過零點(diǎn)時(shí)，輸出Vo發(fā)生的現(xiàn)象。圖3.2 輸入波形vi圖3.3 輸出波形vo圖3.4 輸入輸出波形交越失真發(fā)生的范圍如下圖所示圖3.5 交越失真發(fā)生的范圍2、 克服交越失真圖3.6 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路觀察此時(shí)輸出輸入波形，圖3.7 輸出輸入波形圖3.8 當(dāng)電壓源從-2V變化到2V是電壓傳輸特性曲線圖3.9 當(dāng)電壓源從-10V變化到10V是電壓傳輸特性曲線由此可見，輸出沒有發(fā)生交越失真3、 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的輸出功率（1） 功率Po=1/2*Vom2/RL，得到輸出功率特性曲線如下：圖3.10 Po輸出功率波形由圖中數(shù)據(jù)可知，Po=0.53W（2） Pv=2/*Vcc*vo/RL，得到功率Pv的特性曲線圖3.11 Pv功率波形由圖中數(shù)據(jù)可知：Pv=1.774W（3） =Po/Pv=*Vo/（4*Vcc）圖3.12 的波形由圖中數(shù)據(jù)可知：為0.3（4） PT=1/RL*（Vcc*Vo/-vo2/4）得到每個(gè)功率管的管耗圖3.13 PT波形由圖中數(shù)據(jù)可知：每個(gè)功率管的管耗為0.611W四、思考題1、 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和波形并將兩類電路的響應(yīng)波形曲線進(jìn)行比較。答：乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路輸出電壓波中出現(xiàn)交越失真，而且范圍較大，而甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路輸出波形中沒有了交越失真。2、 比較兩類電路的最大輸出電壓范圍。答：乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路輸出電壓較小，而甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路輸出電壓較大，更接近輸入電壓。實(shí)驗(yàn)四 方波三角波發(fā)生電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)方法。2、 學(xué)習(xí)方波和三角波發(fā)生電路主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 用示波器觀察并測(cè)量方波的幅值Vom、頻率fo及頻率調(diào)節(jié)范圍。2、 測(cè)量三角波的幅值Vom及其調(diào)節(jié)范圍，注意觀察在調(diào)節(jié)過程中波形的變化，并分析其原因。三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備按下列要求設(shè)計(jì)一個(gè)用兩級(jí)集成運(yùn)放構(gòu)成的方波三角波發(fā)生電路。（1） 振蕩頻率范圍：500Hz1000Hz（2） 方波輸出電壓幅值：Vom=8V（3） 三角波峰值調(diào)節(jié)范圍：Vom1=24v（4） 集成運(yùn)放采用uA741（5） 雙向穩(wěn)壓管用兩個(gè)D1N4735反接替代四、實(shí)驗(yàn)仿真1、仿真分析方波輸出端和三角波輸出端的電壓波形圖4.1 方波、三角波發(fā)生電路原理圖圖4.2 方波三角波輸出端電壓波形2、仿真分析運(yùn)放組成的滯回比較器的電壓傳輸特性實(shí)驗(yàn)五 正弦波振蕩電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 加深理解正弦波振蕩電路的起振條件和穩(wěn)幅特性。2、 學(xué)習(xí)RC橋式正弦波振蕩電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 按起振條件調(diào)整RC正弦波振蕩電路，使其產(chǎn)生穩(wěn)定的震蕩輸出。2、 調(diào)整電路到最大不失真輸出，測(cè)量振蕩頻率fo和輸出電壓幅值Vom，并與設(shè)計(jì)值相比較。3、 在輸出不失真條件下，分別測(cè)出二極管接入與斷開兩種情況下的輸出電壓、反饋電壓的幅值，從中分析正弦波振蕩電路的起振條件和穩(wěn)幅特性。4、 改變RC，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。三、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一個(gè)用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的RC橋式正弦波振蕩電路，設(shè)計(jì)要求如下：（1） 振蕩頻率：fo=500Hz（2） 輸出電壓有效值Vo8V，且輸出幅度可調(diào)（3） 集成運(yùn)放采用uA741，穩(wěn)幅元件采用二極管（4） 電容選用標(biāo)稱容量為0.047uF的金屬膜電容器，電位器Rw用47K歐，二極管的并聯(lián)電阻用10k歐四、實(shí)驗(yàn)仿真1、進(jìn)過分析計(jì)算可以得到各個(gè)元件參數(shù)如下的電路原理圖圖5.1 橋式振蕩電路原理圖2、當(dāng)調(diào)節(jié)電路中R1的值時(shí)，輸出不同的波形，并對(duì)波形進(jìn)行傅里葉分析得到如下結(jié)果：（1）當(dāng)R1=8K歐時(shí)，輸出波形為此時(shí)進(jìn)行傅里葉分析（2）當(dāng)R1=8.86k歐時(shí)，輸出波形幅值達(dá)到最大且不失真此時(shí)進(jìn)行傅里葉分析有（3）繼續(xù)增加R1的大小，得到如下波形R1改為9K歐時(shí)此時(shí)進(jìn)行傅里葉分析有改為10K歐時(shí)改為11k歐時(shí)改為12k歐時(shí)改為13k歐時(shí)由圖可知，隨著R1 的增加，輸出波形的幅值在減小。（4）當(dāng)R1=14k歐時(shí)，電路無法產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波，對(duì)其進(jìn)行傅里葉分析有：3、分析當(dāng)R1大于等于14k歐時(shí)，Rf2*R1,不能滿足起振條件，因而輸出波形最終衰減為0，無法得到穩(wěn)定的正弦波形。當(dāng)R1在8.86k歐到14k歐之間時(shí)，滿足起振條件，能夠輸出穩(wěn)定的正弦電壓波形，但隨著R1的增加，輸出的電壓波形的幅值在減小。當(dāng)R1小于8.86k歐時(shí)，波形出現(xiàn)失真，出現(xiàn)削頂現(xiàn)象。33