武汉大学电气工程学院模电仿真实验报告.doc

模电仿真实验电气工程学院 09级5班余章 2009302540166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、 确定并调整放大电驴的静态工作点。2、 确定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=（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-带负荷时的上限频率fH和下限频率fL。三、 实验准备1、 阅读本实验的实验原理与说明，了解共射放大电路中各元件参数的选择及静态工作点的测量、调整方法。2、 选取图1-1所示的共射基本放大电路参数，已知条件和设计要求如下：1） 电源电压Vcc=12V;2） 静态工作电流ICQ=1.5mA；3） 当Rc=3k，RL=时，要求 Vomax3V（峰值），Av100;4） 根据要求选取三极管，=100-200，C1=C2=10uF,Ce=100uF;3、 估计所涉及的放大电路的主要技术指标（Rc=3k）：1） 在不接RL和接上RL联众情况下的电压放大倍数。2） 在不接RL和接上RL联众情况下的最大不失真输出电压。实验电路图四、 实验电路的仿真分析1、 原理图绘制及参数选取：三极管在BIPOLSAR库中，元件名称：Q2N2222参数设置方法：激活三极管，右键打开Eidtpspice model文本框，修改电流放大系数f=100(默认值是255.9)，修改Vje=0.7V（默认值是0.75V），修改基区电阻Rb=300（默认值是10）。修改完成后保存，其他的参数不要随意修改，避免仿真时出错。电容参数为C1=C2=10uF，Ce=100uF；电阻参数Rc=3k，其他阻值根据参数计算得出。2、 检查电路中各节点电压和各支路电流，按设计要求调整静态工作点1） 将计算得出的电阻值填入电路，仿真分析共射放大电路的静态工作点。2） 根据ICQ=1.5mA,确定相关电阻值。3） 判断电路工作状态。3、 观察输入与输出电压波形，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：3.6kHz，幅值：10mv），并将其符号更改为Us。2） 当Rc=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。3） 当RL开路（可设RL=1Meg）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。4） 当Rc=3k时，设置瞬态分析，观察共射放大电路的输入、输出电压波形，注意比较输出与输入电压之间的相位关系。4、 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Rc=3k和RL=两种情况下），并判断输出电压市县出现饱和失真还是先出现截止失真。5、 输入电阻测量1） 设置VSIN源的AC选项为10MV。2） 设置分析类型为AC Sweep/Noise,观察3.5kHZ处输入电压和电流的比值，并与理论结果相比较。6、 输出电阻测量去掉输入端电源，将输入端短路，把交流电压源VAC（AC=10V）改接在负荷RL位置。设置交流分析，观察输出电压和输出电流比值的曲线。观测频率在3.5kHZ处的输入电阻Ro并与理论值比较。五、 实验心得体会及小结本实验中最重要的是放大电路中各个元件的参数选择，经过不断尝试，最终找到了合适的参数，并得以进行下一步实验；接下来对电路进行直流分析得到了它的静态工作点，通过对它的调整掌握了静态工作点的变化对放大电路的影响；最后测得了放大电路的放大倍数和最大不失真输出电压的分析方法，并测得放大电路输入、输出电阻以及频率特性曲线。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试方法。二 实验原理与说明1、 差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，导致差分放大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零点调节。2、 差分放大电路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，很方便的测出差分放大电路点电压传输特性曲线。由电压传输特性曲线可以求出差分放大电路的差模放大倍数和线性工作范围。差分放大电路也可以采用交流新号作为输入信号来测量差分放大电路的电压放大倍数，这时应该注意下列几个方面：（1） 对于双输入的差分放大电路，其信号源应该是差模信号输出。（2） 由于常用的测试仪器通常有一端接地，因而不能用来直接测试差分放大电路双端输出电压v0，而只能测出输出端对地电压vo1和vo2，然后求出双端输出电压。（3） 用交流信号测量电压放大倍数时，信号频率应选在差分放大电路的通频带内，且输入信号幅度不能太大，否则将导致输出波形出现失真。（4） 同时观察放大电路输入和输出信号的波形，分析他们的相位关系和输出失真情况。3、 共模抑制比的测量根据共模抑制比的定义，只要分别测出茶米放大倍数Avd和共模放大倍数Avc即可。对于共模放大倍数的测试，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，为便与测量，长采用“交流”法。采用交流信号测量共模电压放大倍数Avc1时，应该注意：（1） 由于Avc1=8V，且输出幅度可调；（3）、集成运放采用A741，稳幅元件采用二极管。（4）、电容选用标称容量为0.047F的金属模电容器，电位器Rw可选用47K,二极管的并联电阻选用10 K。三、实验内容按起振条件调整RC正弦波振荡电路，使其产生稳定的振荡输出。调整电路到最大不失真输出，测量振荡频率fo和输出电压幅度Vom,并与设计值相比较。在输出不失真条件下，分别测出二极管接入与断开两种情况下的输出电压、反馈电压的幅值，从中分析正弦波振荡电路的起振条件和稳幅特性。改变RC，重复上述实验内容。实验结果及分析V0max=5.1017V，Vomin=-5.1018V。傅里叶分析：f=500.002HZ,Vo=3.8169V为便于观察，将横坐标范围缩小：由于要求Vo8V，故改进如下：将R2取值设为全局变量，从15k到20k进行扫描，间隔1k，得到各波形如下：R2=15k，Vomax=3.8664V.R2=16k,Vomax=5.1017V.R2=17k,Vomax=7.1819V.R2=18k,Vomax=11.424V.R2=19k,Vomax=11.816V,波形失真。R2=20k,Vomax=11.816V,波形失真。故应取R2=18k。同理，若从1k扫描到14k，会发现一开始没有振荡，直到R2=10k时，出现阻尼振荡波形如下：而R2=11k时开始有不稳定振荡输出波形：R2=12k时趋于稳定：R2=13k时稳定，Vomax=2.4425V：四、 本学期电路仿真实验心得总结深刻感受Pspice的确是一款功能强大的仿真软件。在电路仿真中我们学了很多基本操作，模电仿真使我们进一步加强了使用Pspice仿真的能力。模电仿真中，差分放大电路和正弦振荡电路十分重要，重点分析过这些部分。就像在电路仿真的实验心得里说过一样，对于我们学电的同学来讲，按说我们应该对一些基本元件的使用方法及参数确定非常清楚，其实恐怕大多数的同学都做不到这一点。原因很简单理解不够深刻。而使用仿真软件来来验证以往学过的知识，我认为无疑是最好的手段。例如我们平时在教材中见到的运算放大器，一般情况下是不标示电源的，但在实际使用中，不加电源运放是无法正常工作的，这些疑惑我们都可以通过仿真软件来解决，通过试验我发现，不同的电路对电源接法的要求是不同的。刚做仿真的时候，我以为把自己设计的原理电路接上，就会产生自己所需要的波形，谁知道等一运行才发现，自己设计的电路中有不少错误，如没有辅助电源、没有接地点等，还有注意放大器前电阻的匹配问题、这些知识大都是我们无法从教材上学到的。 其实我感觉做仿真的过程就是做实物的前奏，只有通过仿真验证，证实了某种设计的正确性，才可以进入实物的制作阶段，这样可以节省大量的制作成本，减少不必要的浪费。要把自己学到的课本知识真正的应用于实践，就必须经得起实践的检验，仿真验证是通向实物试制的通行证。无疑计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点，现在己经广泛的应用于电力电子电路(或系统)的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，而且还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度的降低设计成本，缩短系统研制周期。 由于只是在一个学期，或者说是一个月里的短时间学习，其实我们对于Pspice的学习犹如冰山一角，有好多问题还要继续研究与学习，但感觉已经是受益匪浅，相信这次学习和使用仿真软件的机会对自己今后的学习和工作也会很有帮助。最后要感谢指导老师一直以来对我们的指导！ （注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）