08级模拟电子技术仿真实验报告

模拟电子技术基础 仿真实验报告

班级：2007级10班 学号：[1**********]8 姓名：冯韶祥

2009年6月23日

实验一 晶体三极管共射放大电路

一、实验目的

1.学习共射放大电路的参数选取方法。

2.学习放大电路静态工作点的测量与调整，了解静态工作点对放大电路性能的影响。

3.学习放大电路的电压放大倍数和最大不失真输出电压的分析方法。 4.学习放大电路输入输出电阻的测量方法以及频率特性的分析方法。

二、实验内容

1.确定并调整放大电路的静态工作点。

2.调整放大电路的电压放大倍数Av和最大不失真输出电压Vomax. （1）RL=无穷大（开路）； （2）RL=3K.

3.观察饱和失真和截止失真，并测出相应的集电极静态电流。 4.测量放大电路的输入电阻Ri和输出电阻Ro.

5.测量放大电路带负载时的上限频率fH和下限频率fL

三、实验内容与步骤

1、原理图设置与参数选择，调整合适的静态工作点 （1）电容参数C1=C2=10uf,Ce=100uf;

（2）参数Rc=3K，Rb1=61.5k,Rb2=35k,Re=1.9k;

（3）检查各节点电压和各支路电流，调整合适的静态工作点。 （4）实验原理图

VOFF = 0VAMPL = 10mvFREQ = 3.5k

2、观察输入输出波形，测量电压放大倍数

（1）在放大电路的输入端加入交流信号源VSIN（交流信号频率：3.5KHz,幅值：10mv）,并将其符号更改为Us.

（2）当RL=3K时，设置交流扫描分析，验证共射放大电路的电压放大倍数是否满足要求。。

设置交流扫描分析，在Probe窗口中可观察到下面的图像

120

100

80

60

40

20

1.8KHz

V(C2:2)/ V(R1:2)

3.5KHz Frequency

5.3KHz

由图像及文本输出窗口中的到的电压打印机的数据，可大致算出放大倍数约为

70，而理论值为75，二者之间的误差约为，7％。

（3）当RL开路（设RL=1MEG）时，设置交流扫描分析，验证共射放大电路的放大倍数是否满足要求。

当RL开路时，仿真可得电压放大倍数为135，与理论值150的误差约为10％。

250

200

150

100

50

1.8KHz

V(C2:2)/ V(C1:1)

3.5KHz Frequency

5.3KHz

（4）当RL=3K时，设置瞬态分析，观察共射放大电路的输入输出波形，注意比较输出电压与输入电压之间的相位关系。

RL=3K 输入波形：

10mV

0V

-10mV

0s

V(Us:+)

Time

50us

100us

150us

200us

250us

300us

350us

400us

450us

500us

输出波形：

1.0V

0V

-1.0V

0s

V(RL:2)

Time

50us

100us

150us

200us

250us

300us

350us

400us

450us

500us

分析：输入输出波形均为正弦波，输入电压、输出电压波形反相

3、观察饱和、截止失真

设Vi=40mV，仿真分析共射放大电路的电压传输特性及最大不失真输出电压，分别在RL=3K和RL开路的情况下进行，并判断输出电压是先出现饱和失真还是先出现截止失真。

（1）RL=3K 输出波形：

8.0V

4.0V

0V

-4.0V

0s

V(RL:2)

Time

50us

100us

150us

200us

250us

300us

350us

400us

450us

500us

（2）RL开路 输出波形：

8.0V

4.0V

0V

-4.0V

0s

V(RL:2)

50us

100us

150us

200us

250us Time

300us

350us

400us

450us

500us

分析：当RL=3K和RL开路时，波形下半周失真，此时，输出波形发生截止失真；

4.当RL=3K时,设置交流仿真，在probe窗口中设置输出波形为V(R1:2)/I(R1)即可得到下图所示的波形，从图中我们知道输入电阻为1.6，与理论值1.8k的相对误差约为11％。

2.5K

2.0K

1.5K

1.0K

0.5K

1.8KHz

V(C1:1)/ I(C1)

3.5KHz Frequency

5.3KHz

5.同理，将电源加在输出端，可值输出电阻为3k，这与理论值是一致的。

5.0K

4.0K

3.0K

2.0K

1.0K

1.8KHz

V(RL:2)/ I(RL)

3.5KHz Frequency

5.3KHz

6.仿真分析得到放大器的幅频特性曲线如下

2.363V

2.362V

2.361V

2.360V

2.359V

1KHz

V(C2:2)

2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz Frequency

8KHz9KHz10KHz11KHz12KHz13KHz

相频特性曲线如下：

-178d

-179d

-180d

-181d

-182d

1KHz

Vp(C2:2)

2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz Frequency

8KHz9KHz10KHz11KHz12KHz13KHz

由这两个图线我们可知，放大器的上限截止频率约为5.4KHz，下限截止频率约为

3.2KHz。

实验二 差分放大电路

一、实验目的

1.学习差分放大电路的设计方法；

2.学习差分放大电路静态工作点的测量和调整方法； 3.学习差分放大电路差模和共模性能指标的测量方法。

二、实验内容

1.测量差分放大电路的静态工作点，并调整到合适的数值；

2.测量差抹点压放大倍数Avd1,观察,Vb,Ve,Vo的波形，并记录它们的相位大小； 3.测量共模电压放大倍数Acv1,观察Vb,Ve,Vo的波形，并记录它们的相位大小； 4.计算共模抑制比。

三、实验原理

1.查分放大电路的调零及静态工作点的测量

当差分放大电路的电路结构对称，元件参数和特性相同时，两个三极管集电极上的直流电位相同。但在实验过程中，由于三极管特性和电路参数不可能完全对称，导致差分电路在没有输入时，双端输出却不为零。因此，需要对差分放大电路进行调零。

2.差分放大电路的电压放大倍数的测量 根据直接耦合电路的特性，可以采用直流电压作为差分放大电路的输入信号，很方便地测出测出差分放大电路的电压传输特性曲线。 3.共模抑制比的测量

根据共模抑制比的定义，只要分别测出差模放大倍数Avd和共模放大倍数Avc即可。对于共模放大倍数的测量，也有交流和直流两种测试方法。但由于共模输出信号远小于共模输入信号，为了便于测量，常采用交流法。

四、实验步骤

1、将输入方式改接为单端输入，并设置直流扫描分析，以VI为扫描对象，仿真分析差分放大电路的电压传输特性。

+15Vdc

15Vdc

电路图

输出特性： （1）Vo1:

15V

14V

13V

-1.0V

V(Q1:c)

-0.8V-0.6V-0.4V-0.2V V_V3

0V0.2V0.4V0.6V

（2）Vo2:

15V

14V

13V

-1.0V

V(Q2:c)

-0.8V-0.6V-0.4V-0.2V V_V3

0V0.2V0.4V0.6V

mV）,设置交流分

2.将输入方式改为差模输入（取Vi1=5 mV,Vi2=-5

析和瞬态分析，计算差模点压放大倍数和差模输入电阻，观察两个输出端电压

的相位关系。 仿真电路图：

+15Vdc

VOFF = 0VAMPL = 5mvFREQ = 100

瞬态分析结果： （1）Vo1:

13.24V

13.23V

13.22V

13.21V

0s

V(Q1:c)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

35ms

40ms

45ms

50ms

(2)Vo2:

14.87V

14.86V

14.85V

14.84V

0s

V(Q2:c)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

35ms

40ms

45ms

50ms

分析：两个输出端的电压反相

3.差模电压放大倍数的测量

v2

1

传输特性曲线：

如图，,当输入为零使，输出为14v，很好的抑制了零点漂移，同时结算线性区的线段斜率得Ad1=-（14.950v-13.049v）/（100mV+100mV）=-9.5

VB\VE\VO的输出波形比较：

VOFF = 0VAMPL = FREQ

传输特性曲线：

观察所得，VE与VB的电压波形同相位，而与VC的波形反相位，验证了BJT 中Vbc反相偏置的特性。

4. 共模电压放大倍数的测量

v2

1

传输特性曲线：

观察输出特性曲线，发现当输入为零时，静态点略微下漂，但是下漂幅度很小，约为0.0004v，可以忽略，故此时的共模电压增益Avc1=-（14.006-13.995）/（10+10）=0.00055

VE\VB\VO的波形比较

v2

VOFF = 0VAMPL = FREQ

观察波形可知，VE与VB同相位，而与VO亦VC反相位，如此说明VCB的反相偏置的特性

5.计算共模抑制比

由于单端输出Avd1与双端输出时Avd为两倍关系，故可得双端输出的Avd=19，所以只需测量共模电压增益Avc。

观察共模信号的输出情况：

由转移特性曲线可以发现，共模增益为零，所以共模抑制比KCMR=∞,与理论值相同。

实验三、互补对称功放电路

一、实验目的

1.观察乙类互补对称功放电路输出波形，学习克服输出中交越失真的方法； 2.学习求最大输出电压范围的方法。 二、实验内容与要求 实验电路图如图3-1所示

VOFF = 0VAMPL = 5

图3-1 乙类互补对称功放电路

1.仿真

（1）设置瞬态仿真，同时观察输入输出波形，观察在输入Vi过零点时，输出

Vo发生的现象。

输入输出波形如下图所示：

0V

-5.0V

0s

V(R1:2)

0.2msV(Vi:+)

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

由上图知，输出波形发生了交越失真

（2）为了求出交越失真发生的范围，设置直流扫描的分析功能，仿真后得到电压传输特性曲线，在图上标出交越失真发生的范围。

直流扫描如下图所示：

2.0V

0V

-2.0V

-2.0V

V(Vi:+)

-1.5VV(R1:2)

-1.0V-0.5V0V V_Vi

0.5V1.0V1.5V2.0V

由上图知，输出波形发生了交越失真

2.克服交越失真

VOFF = 0VAMPL = 5

图3-4 甲乙类互补对称功放电路

（1）为了克服交越失真，将图3-1的电路修改为图3-4所示的甲乙类互补对称功放电路。重新设置瞬态分析，仿真观察输出输入波形，判断交越失真情况。 仿真结果：

0V

-5.0V

0s

V(Vi:+)

0.2msV(R1:2)

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

（2）设置直流扫描分析功能，设扫描电压源为Vi1，扫描范围为-2V到+2V，扫

描步长为0.01.仿真观察电压传输特性曲线。 直流扫描结果：

0V

-2.0V

-2.0V

V(Vi:+)

-1.5VV(R1:2)

-1.0V-0.5V0V V_Vi

0.5V1.0V1.5V2.0V

由上图可看到，在-2V到+2V的范围内，还没有出现交越失真。

（3）重新设置直流扫描分析功能，设扫描电压源为Vi,扫描范围为-10V到+10V，扫描步长为0.01.仿真观察电压传输曲线，标出最大输出电压范围。 直流扫描结果：

0V

-10V

-10V

V(Vi:+)

-8VV(R1:2)

-6V-4V-2V0V V_Vi

2V4V6V8V10V

从图中看出，最大输出电压范围是：-5.0435V到+5.1478V。

3.甲乙类互补对称功放电路的输出功率

设置瞬态仿真，得到如图3-5所示的波形。

5.0V

0V

-5.0V

0s

V(Vi:+)

0.2ms

V(R1:2)

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

图3-5甲乙类互补对称功放电路的输入输出波形

（1）功率利用Po=

600m

,计算，仿真，得到输出功率特性曲线。如图3-6所示。

400m

200m

00s

0.2ms

(V(out)*V(out))/40

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

波形图

图3-6 输出功率

游标显示的值即为输出功率的值，可知=0.53W。

（2）利用=率为=1.774W。

波形图如下：

2.0V

,得到功率的特性曲线，启动游标可知，直流电源提供的功

1.0V

0V

-1.0V

-2.0V

0s

0.2ms0.4ms

(2/3.1415926)*12*V(out)/20

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

（3）利用函数==30%。

波形图如下：

400mV

=,启动游标可知功率放大电路的效率为

200mV

0V

-200mV

-400mV

0s

0.2ms0.4ms

3.1415926*V(out)/(4*12)

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

（4）同理，输入函数=

,可以得到每个功率管的管耗为0.611W。

波形图如下：

1.0

-0.0

-1.0

-2.0

0s

0.2ms0.4ms0.6ms

(1/20)*(12*V(out)/3.1415926-V(out)*V(out)/4)

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

实验四、方波三角波发生电路

一、实验目的

1.学习用集成运算放大器构成的方波和三角波发生电路的设计方法； 2.学习方波和三角波发生电路主要性能指标的测试方法。 二、实验内容

1.用示波器观察并测量方波的幅值

及其调节范围。注意观察在调节过程中波

形的变化，并分析其原因。 三、实验准备

1.按下列要求设计一个用两级集成运算放大器构成的方波和三角比发生电路 (1).振荡频率范围：500Hz-1kHz; (2).方波输出电压幅度：(3).三角波峰值调节范围：(4).集成运放采用

.

=

; =2-4V;

2.在实验板上安装所涉及的方波和三角波发生电路。 四、实验过程 实验电路图：

输出电压波形

8.0V

4.0V

0V

-4.0V

-8.0V

0s

V(C1:2)

2msV(R4:2)

4ms

6ms

8ms Time

10ms

12ms

14ms

16ms

电路改进后

C1

输出波形

10V

5V

0V

-5V

-10V

10ms

V(C1:2)

11ms

V(R4:1)

12ms13ms14ms15ms

Time

16ms17ms18ms19ms20ms

输出滞回比较波形：

实验五 正弦波振荡电路

一、实验目的

1、加深理解正弦波振荡电路的起振条件和稳幅特性。 2、学习RC桥式正弦波振荡电路的设计和调试方法。

二、设计要求

1、振荡频率：f0＝500Hz；

2、输出电压有效值V0≥8V，且输出幅度可调； 3、集成运放采用μA741，稳幅元件采用二极管；

4、电容选用标称容量为0.047uF的金属膜电容器，电位器Rw选用47KΩ，二极管并联的电阻选用10kΩ。

三、实验内容

1、由公式f0＝1/（2πRC）可知，当C＝0.047uF时，R＝6.8K。又R1＝（3.1/2.1）R＝10K，R3＝10k，R2＝21k。

2、根据1中的数据，在pspice软件中绘制下面的电路图并修改各元件的参数。

D1

设置瞬态仿真后可得到下图所示的图像

20V

10V

0V

-10V

-20V

0s

V(R3:2)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

一个周期的波形如下：

20V

10V

0V

-10V

-20V

12.9ms13.0ms

V(R3:2)

13.1ms13.2ms13.3ms13.4ms Time

13.5ms13.6ms13.7ms13.8ms13.9ms

3、在probe窗口中对输出的正弦波形进行傅立叶分析可得：

12V

8V

4V

0V

0Hz

V(R3:2)

10KHz20KHz30KHz

Frequency

40KHz50KHz60KHz70KHz

4、若在pspice中进行傅立叶分析，则可在文本输出窗口中找到下面的数据：

HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) 1 5.000E+02 1.287E+01 1.000E+00 -5.337E+01 0.000E+00 2 1.000E+03 2.629E-01 2.042E-02 -2.688E+01 7.987E+01 3 1.500E+03 7.316E-01 5.683E-02 1.765E+02 3.367E+02 4 2.000E+03 2.082E-02 1.617E-03 6.535E+01 2.788E+02 5 2.500E+03 3.890E-01 3.022E-02 -6.389E+01 2.030E+02 6 3.000E+03 5.401E-02 4.195E-03 -5.747E+01 2.628E+02 7 3.500E+03 1.588E-01 1.234E-02 2.912E+01 4.027E+02 8 4.000E+03 4.816E-02 3.741E-03 9.581E+00 4.366E+02 9 4.500E+03 3.633E-02 2.822E-03 -1.108E+02 3.696E+02

5、（1）若没有R3图形为：

20V

10V

0V

-10V

-20V

0s

V(U1:OUT)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

可见R3开路对波形产生没有太多影响

（2）若没有二极管：

20V

10V

0V

-10V

-20V

0s

V(U1:OUT)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

（1）若R2=40k波形图为：

10mV

5mV

0V

-5mV

-10mV

0s

V(U1:OUT)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

R2=41k

40mV

20mV

0V

-20mV

-40mV

0s

V(U1:OUT)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

R2=42k

800mV

400mV

0V

-400mV

-800mV

0s

V(U1:OUT)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

R2=43k

4.0V

2.0V

0V

-2.0V

-4.0V

0s

V(U1:OUT)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

四、实验结果

本次实验设计出的实验电路在仿真的效果上看基本上满足了实验的要求，输出波形在简短的振荡后就达到了相对稳定的程度，虽然在细节上看，整个输出波形存在一定程度的削顶，但从整体来看，输出波形还是呈现相对标准的正弦规律变化。