北航电子电路设计模电实验报告

电子电路设计训练

实验报告

实验一

1. 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. 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。

直流通路电路图，and列式计算 勿忘接地！！！

直流通路：

β=220

静态工作点计算过程如下：

VCCV2V2IB R1R2IB0.0045mA

V1ICVCC0.97mA R3管子工作在放大状态

后来发现不用算，可以直接测出电流值…

考虑万用表的内阻：万用表内阻M,所测阻值kΩ，因此可不考虑。

（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。

将R5作为内阻，测试结果如下： 问题：万用表没有示数。

调整后

RiUiΩ Ii（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。

带载时的输出电压U2

空载时的输出电压U1

分别测量空载时的输出电压U1和带载时的输出电压U2，得到输出电阻Ro(（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。

利用波特测试仪：

U11)R6Ω U2

幅值相位区别及分析

（5） 请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

两者在重合测量区间趋势相似，且有诸多区别，原因分析：

（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

1kHz

100k Hz

4MHz

仔细观察发现，仿真开始的第一个周期幅值较大，分析：

100M Hz

可以发现，仿真前期波形幅值明显不稳定，呈现有规律的变化趋势，数十个周期后逐渐稳定，分析： 选取稳定后的波形进行读数。

读数记录如下： 示波器 A通道 B通道 放大倍数 放大倍数/dB detaT 相位差（°） 波特仪 放大倍数/dB 30Hz 30Hz 1k Hz -171 1k Hz 100k Hz 180 100k Hz -180 4M Hz 180 4M Hz -182 100M Hz 2276 225 100M Hz -214 相位差（°） -27 （由于波特仪频率可读数点不连续，因此为近似读数，根据数据的灵敏度，放大倍数保留一位小数，相位差保留至整数位）

比较发现，两者数据基本吻合。

（提示：在上述实验步骤中，建议使用普通的2N2222A三极管，并请注意信号源幅度和频率的选取，否则将得不到正确的结果。）

三极管静态工作点就是交流输入信号为零时，电路处于直流工作状态，这些电流、电压的数值可用BJT特性曲线上一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q 。

电容开路、电感短路、数字器件看作高阻接地 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。 （2）详细说明测量输入电阻的方法（操作步骤），并给出其值。 （3）详细说明测量输出电阻的方法（操作步骤），并给出其值。 （4）详细说明两种测量幅频、相频特性曲线的方法（操作步骤）。

（5）根据得到的幅频特性曲线，利用作图器的标尺功能，指出该电路的fL和fH（3dB）。

根据图 可得幅频曲线最高点为，分别找两侧比最大值衰减3dB的频率值，如下图所示，可以得到

问题：曲线显示不全

(6)将得到的30Hz、1KHz、100KHz、4MHz和100MHz这5个频点的输入和输出关系和刚才得到的幅频、相频特性曲线对比，你有何看法？

*

(7)试改变原电路中某些电阻的阻值，以达到改变静态工作点的目的。并分别使电路产生截止失真和饱和失真，给出这时的电路原理图及其元件值。试利用直流工作点分析来说明产生这种现象的原因

(8) 请分析并总结仿真结论与体会。

不同仿真方式所得结果有差异（如示波器和波特仪数据），有时甚至差异很大（如波特仪曲线和交流分析的曲线），在不了解软件仿真原理的情况下，很迷茫，对结果的可信性产生怀疑。

另外，不管用什么方法什么仪器，大体趋势及主要结论是相同的，multisim仿真软件对模电知识的理解很有帮助，要是这门课安排在大二和模电同一学期就好了~~

实验二

1、直流工作点分析

结果显示三极管工作于放大区

2、输入电阻

3、输出电阻 空载

带载

4、幅相特性

幅频特性

相频特性

5、交流幅相特性

6、电压跟随器特性 R=Ω

R=10kΩ

R=100kΩ

R=100Ω

R=1kΩ

负载较大时跟随效果较好

实验三

一、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。 二、实验电路

图 1

三、实验过程

（1）对该电路进行直流工作点分析，进而判断电路的工作状态。 分析其直流工作点如图2所示：

图 2

从图中可以看出Q1、Q2、Q3的集电极电压大于基极电压，基极电压大于发射极电压，即集电结反偏，发射结正偏，Q1、Q2、Q3工作在放大区。Q4的集电极电压等于基极电压，基极电压大于发射极电压，也满足工作在放大区的条件。

（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。

电流表在电路中的接法如下图3所示：

图 3

电流表的参数设置为电流档及直流档。

从图中可以看出电流源供给差放的静态工作电流为

（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。

①输入电阻测量电路及结果为：

图 4

经计算得输入电阻为：

②输出电阻测量结果为：

图 5

经计算得输出电阻为：

（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。

图 6

测量差模放大倍数的方法如下：

先测量输入电压，将万用表接在电源两头，设置万用表为电压档和交流档，运行电路稳定后读出万用表的示数，即输入电压为。再测量单端输出电压，将万用表接在负载两端，万用表设置不变，读出输出电压为。由此计算单端输入单端输出差模放大倍数为。

（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。

使用所提供的波特图仪测该电路的幅频、相频特性曲线，波特图仪的接法如图。

图 7

①幅频特性曲线

图 8

②相频特性曲线

图 9

（6）请利用交流分析功能给出该电路的幅频、相频特性曲线。

该电路的幅频、相频特性曲线如图所示：

图 10

（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。

设置温度梯度为10℃，得到如图所示结果。

图 11

(8) 设计单管共射电路

根据前面得到的静态工作点，设计一单管共射电路，使其工作点和原图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。

所设计的单管共射放大电路如图所示：

图 12

图 13

图 14

对比静态工作点可以看出，单管共射电路工作点和之前电路的静态工作点基本一样。

所得结果：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。即单管共射电路在温度不同时，所输出波形产生漂移；而差动放大器在不同温度下，其输出波形只有略微的漂移。因此可以看出，差分放大电路具有很好的抑制温漂的作用。

实验四

1.目的： 1. 2. 3. 4. 5. 6.

2.步骤：

了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点；

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。 掌握集成运算放大器的正确使用方法；

掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法；

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；

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。

（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。 R5=1k?，输入输出关系如下，放大倍数为1。

R5=3k?，输入输出关系如下，放大倍数为3。

（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。

VDD较小时，运放工作在线性区域，输出电压与输入电压成正比；VDD较大时，运放达到饱和，输出电压保持为参考电压VCC不变；VDD继续增大，输出电压变为VSS。 （3） 对电路进行温度扫描，分析其温度漂移特性如何。

对运放进行-100~100℃温度扫描，输出曲线几乎完全重合，可见温漂很小。 （4） 应用AD817搭建积分器，微分器，射随器电路。 积分器

方波为输入，三角波为输出

微分器

输入为三角波，输出为方波

射极跟随器

输入与输出等大反向

（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。 减法器

Uo=(R5/R3)*(VDD-VEE)。更改电阻值时需保持R3=R4, R5=R7。 3.问题：

（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。

通过本次实验，我系统的复习了模拟电路基础相关的知识，并通过上机策测试，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。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。