模電仿真實驗報告書.docx

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1、實驗一 晶體管共射放大電路一、實驗?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)工作點的測量與調(diào)整,了解靜態(tài)工作點對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量方法以及頻率特性的分析方法。二、實驗內(nèi)容1、 確定并調(diào)整放大電路的靜態(tài)工作點。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,并測出相應(yīng)的集電極靜態(tài)電流。4、 測量放大電路的輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。5、 測量放大電路帶負載時的上限頻率fH

2、和下限頻率fL。三、實驗準備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、實驗電路仿真分析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)點電壓和各支路電流,按設(shè)計要求調(diào)整靜態(tài)工作點通過調(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

3、壓波形,測量電壓放大倍數(shù)當輸入端加入交流信號源Vsin(頻率:3.5kHz,幅值10mV)(1) 當RL=3k歐時,設(shè)置交流掃描分析,驗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歐時原理電路圖1.3 RL為3k歐時輸出輸入放大倍數(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RL開路(設(shè)RL=1Meg歐)時,設(shè)置交流掃描分析,驗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開路時的電路原理圖圖1.5 RL開路時的輸出與輸入的放大倍數(shù)由圖1.5可知此時放大倍數(shù)為198左右,滿足題設(shè)要求(100-200之間)。(3) 當RL=3k歐時

4、,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,出現(xiàn)飽和失真圖1.8 RL=1Meg時出現(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、 輸入電阻測量圖1.10 輸入電阻測量圖像由圖中數(shù)據(jù)可知,在頻率為3.5kHz時,輸入電阻為2.28k歐左右。理論值為11.54k歐。6、 輸出電阻測量圖1.11 輸出電阻測量圖線由圖可知,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,并測量放大器的上限截止頻率和下限截止頻率圖1

5、.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驗二 差分放大電路一、實驗?zāi)康?、 學(xué)習(xí)差分放大電路的設(shè)計方法。2、 學(xué)習(xí)差分放大電路靜態(tài)工作點的測量和調(diào)整方法。3、 學(xué)習(xí)差分放大電路差模和共模性能指標的測試方法。二、實驗內(nèi)容1、 測量差分放大電路的靜態(tài)工作點,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)工作點的條件時RW的值,由以上三幅圖線可知,RW為1.339k R2為1.339k。2、 測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、 測量共模電壓放大倍

6、數(shù)Ave1,觀察vb、ve、vo的波形,并記錄他們的相位和大小。4、 計算共模抑制比KCMR。三、實驗準備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的動態(tài)電阻Rd忽略不計四、實驗電路仿真分析1、 靜態(tài)工作點的確定和調(diào)整圖2.1 電路原理圖、靜態(tài)工作點條調(diào)試圖圖2.2 電阻RW的確定2、 單端輸入時的電壓傳輸特性圖2.3 設(shè)置直流掃描分析圖2.4 c1端為輸出端時的電壓傳輸特性圖2.5

7、c2端為輸出端時的電壓傳輸特性圖2.6 雙端輸出時的電壓傳輸特性3、 差模輸入(取vi1=5sinwtmV,vi2=-5sinwtmV),計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端輸出時電壓放大倍數(shù)Avod1圖2.13 c2端輸出時電壓放大倍數(shù)圖2.14 雙端輸出時電壓放大倍數(shù)圖2.15 輸入電阻由圖2.15可知

8、:輸入電阻6.722k4、 共模輸入(取vi1=vi2=1sinwtV),計算共模電壓放大倍數(shù)和共模輸入電阻,觀察兩個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,兩輸出端的電壓波形同相位圖2.18 雙端輸出時的電壓波形圖2.19 c1端輸出時的電壓放大倍數(shù)Avoc1圖2.20 c2端輸出時的電壓放大倍數(shù)Avoc2圖2.21 雙端輸出時的電壓放大倍數(shù)Avoc圖2.22 共模輸入時的輸入電阻由圖2.22可知:共模輸入時的輸入電阻為46.8k歐5、 單端輸入取vi1=10sinwtmV,查看差分放大電路中vo1、vo2、vo、ve

9、的波形,注意它們的相位和波形。圖2.23 單端輸入時的電路原理圖圖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?對電路的靜態(tài)工作點和Avd1、Avc1、KCMR等指標分別有什么影響?答:這些元件在電路中起恒流源的作用,抑制零

10、點漂移;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漂移?答:增大恒流源的內(nèi)阻。實驗三 互補對稱功放電路一、實驗?zāi)康?、 觀察乙類互補對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、實驗類型驗證型實驗三、實驗內(nèi)容和要求實驗電路如下圖圖3.1 乙類互補對稱功放電路原理圖1、 仿真觀察輸出波形和輸入波形,注意在輸入電壓Vi過零點時,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 甲乙類互補對稱功

11、放電路觀察此時輸出輸入波形,圖3.7 輸出輸入波形圖3.8 當電壓源從-2V變化到2V是電壓傳輸特性曲線圖3.9 當電壓源從-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、 甲乙類互補對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*V

12、o/-vo2/4)得到每個功率管的管耗圖3.13 PT波形由圖中數(shù)據(jù)可知:每個功率管的管耗為0.611W四、思考題1、 整理實驗數(shù)據(jù)和波形并將兩類電路的響應(yīng)波形曲線進行比較。答:乙類互補對稱功放電路輸出電壓波中出現(xiàn)交越失真,而且范圍較大,而甲乙類互補對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:乙類互補對稱功放電路輸出電壓較小,而甲乙類互補對稱功放電路輸出電壓較大,更接近輸入電壓。實驗四 方波三角波發(fā)生電路一、實驗?zāi)康?、 學(xué)習(xí)用集成運算放大器構(gòu)成的方波和三角波發(fā)生電路的設(shè)計方法。2、 學(xué)習(xí)方波和三角波發(fā)生電路主要性能指標的測試方法。二、實驗內(nèi)容1、 用示波器

13、觀察并測量方波的幅值Vom、頻率fo及頻率調(diào)節(jié)范圍。2、 測量三角波的幅值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、實驗準備按下列要求設(shè)計一個用兩級集成運放構(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) 集成運放采用uA741(5) 雙向穩(wěn)壓管用兩個D1N4735反接替代四、實驗仿真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、仿真分析運放組成的滯回比較器的電壓傳輸特性實驗五 正弦波

14、振蕩電路一、實驗?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)計與調(diào)試方法。二、實驗內(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,測量振蕩頻率fo和輸出電壓幅值Vom,并與設(shè)計值相比較。3、 在輸出不失真條件下,分別測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)上述實驗內(nèi)容。三、實驗準備設(shè)計一個用集成運算放大器構(gòu)成的RC橋式正弦波振蕩電路,設(shè)計要求如下:(1) 振蕩頻率:fo=500Hz(2) 輸出電壓有效值Vo8V,且輸

15、出幅度可調(diào)(3) 集成運放采用uA741,穩(wěn)幅元件采用二極管(4) 電容選用標稱容量為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、實驗仿真1、進過分析計算可以得到各個元件參數(shù)如下的電路原理圖圖5.1 橋式振蕩電路原理圖2、當調(diào)節(jié)電路中R1的值時,輸出不同的波形,并對波形進行傅里葉分析得到如下結(jié)果:(1)當R1=8K歐時,輸出波形為此時進行傅里葉分析(2)當R1=8.86k歐時,輸出波形幅值達到最大且不失真此時進行傅里葉分析有(3)繼續(xù)增加R1的大小,得到如下波形R1改為9K歐時此時進行傅里葉分析有改為10K歐時改為11k歐時改為12k歐時改為13k歐時由圖可知,隨著R1 的增加,輸出波形的幅值在減小。(4)當R1=14k歐時,電路無法產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波,對其進行傅里葉分析有:3、分析當R1大于等于14k歐時,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R1在8.86k歐到14k歐之間時,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R1小于8.86k歐時,波形出現(xiàn)失真,出現(xiàn)削頂現(xiàn)象。33

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