pspice模电仿真实验

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、实验原理

单级共射放大电路是放大电路的基本形式,为了获得不失真的放大输出,需设置合适的静态工作点,静态工作点过高或过低都会引起输出信号的失真。通过改变放大电路的偏置电压,可以获得合适的静态工作点。

单级共射放大电路是一个低频小信号放大电路。当输入信号的幅度过大时,即便有了合适的静态工作点同样会出现失真。改变输入信号的幅值即可测量出最大不失真输出电压。放大电路的输入输出电阻是衡量放大器性能的重要参数。

晶体三级管具体电流放大作用,用它可构成共射、共集、共基三种组态的基本放大电路。在这三种电路工作过程中,静态工作点的选取是最重要的。如果静态工作点调的太高或者太低,当输入端加入交流信号又超过了工作点电压时,则输出电压将会产生饱和失真或者截止失真。

要求:

1、电源电压VCC=12V;

2、静态工作电流ICQ=1.5mA;

3、当RC=3KΩ,RL=∞时,要求VO(max)≥3V(峰值),Av≥100;

4、β=100——200,C1=C2=10μF,Ce=100μF。

三、实验内容

1.放大电路中偏置电路的设计

(1)偏置电路形式的选择

除了根据静态工作点稳定性的要求来选择偏置电路外,还应考虑放大电路的性能指标。

(2)分压式偏置电路静态工作点的稳定条件

为了稳定静态工作点,必须满足下面两个条件。

条件一:I1>>I BQ

工程上一般按下式选取

I1=(5~10)I B硅管

I1=(10~20)I B锗管

由于锗管的I CBO比硅管得大,使得锗管的I CBO随温度变化时,对基极电位V B的稳定性影响也大,所以用在锗管的放大电路中,I1应取大一些,即R B1,R B2取小一些。

条件二:V B>>V BE

既要是静态工作点稳定,又要兼顾其他指标,一般按下式选取:

V B=(5~10)V BE

V B=3~5V 硅管

V B =1~3VV 锗管

(1) 选择V B 和计算RE

通常根据稳定条件二来选取。若静态工作点的稳定相要求高,而放大电路的动态范围较小,则应按上限选取,反之,应用较小的值

B BE B

E EQ CQ V V V R I I -=

=

(4)选定I 1和计算R B2

通常根据条件一来选取。在放大电路输入电阻允许的情况下,可选大一些。选定后,便可以计算R B2

21(5~10)B B

b BQ V V R I I =

=

(5)计算R B1

11(5~10)B CC B

b BQ Vc

c V V V R I I --=

=

2、进入pspice 软件,绘制下面所示的电路图。

a.根据公式Re=VB/ICQ 及VB=(5——10)VBE=(3——5)V ,那么Re=(2——3.33)k Ω;

b.由公式I1=(5——10)ICQ/βmin ,取βmin=100,那么I1=(0.075——0.15)A;

c.根据a.b.所得的结果易知Rb1=VB/I1≈(20——66.67)k Ω,Rb2≈(VCC-VB)/I1=(46.67——120)k Ω。将上面的计算的参数填入刚刚完成的电路图中,将交流源短接,进行静态工作点分析。通过调整各个元件参数使得ICQ=1.5mA 。如下图所示:

3、在输入端加上电源VSIN ,Rl=3K Ω,如下图所示,

C40.0001

R5

2.6k

1.405mA

0V

0V

V2

FREQ = 3500

VAMPL = 0.01VOFF = 00A 4.311V

0V R71k

0A

Q1

Q2N222216.30uA

1.389mA

-1.405mA

R2

1k

1.389mA

12.00V

C5

0.00001

V

3.654V

R4

433

9.956mA

V1

12Vdc

11.36mA

10.61V

R1

771

9.973mA

R6

3k

0A

V

C3

0.00001

0V

4、当RL 开路时输出波形:

2.0mV

1.0mV

0V

-1.0mV

-2.0mV

0s0.1ms0.2ms0.3ms0.4ms0.5ms0.6ms0.7ms0.8ms0.9ms 1.0ms V(C3:-)V(R7:2)

Time

5、当RL=3k时输出波形:

80mV

40mV

0V

-40mV

-80mV

0s0.1ms0.2ms0.3ms0.4ms0.5ms0.6ms0.7ms0.8ms0.9ms 1.0ms V(C3:-)V(R7:2)

Time

观察图像知道,输出电压与输入电压之间的相位恰好相反

6、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,并判断输出电压是先出现饱和失真还是先出现截止失真。

4.0V

2.0V

0V

-2.0V

(65.282u,-3.6997)

-4.0V

0s0.1ms0.2ms0.3ms0.4ms0.5ms0.6ms0.7ms0.8ms0.9ms 1.0ms V(C2:-)V(C1:-)

Time

7、将Us设定为40mV,启动分析仿真观察电压传输特性,当RL=3K时:

V(C1:1)

-28mV -24mV

-20mV -16mV -12mV -8mV -4mV 0mV 4mV 8mV 12mV 16mV 20mV 24mV

V(C2:2)

-2.0V

-1.0V

0V

1.0V

2.0V

RL=∞时,电压传输特性如下:

V(C1:1)

-28mV -24mV

-20mV -16mV -12mV -8mV -4mV 0mV 4mV 8mV 12mV 16mV 20mV 24mV

V(C2:2)

-4.0V

-2.0V

0V

2.0V

4.0V

8、仿真分析得到放大器的幅频特性曲线如下

Frequency

1.0Hz

10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz

V(RL:2)

0V

20V

40V

60V

80V

(1.5346M,49.446)

(85.114,49.496)

相频特性曲线如下:

100d

-0d

-100d

-200d

-300d

1.0Hz10Hz100Hz 1.0KHz10KHz100KHz 1.0MHz10MHz100MHz

Vp(RL:2)

Frequency

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。

四、实验分析

1、步骤2 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%。

2、步骤3 仿真可得电压放大倍数为135,与理论值150的误差约为10%。

3、步骤5 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%。

五、试验心得

本实验有许多计算,估算静态工作点是本实验的重点和难点。完成电路图的绘制后,需要不断调试。

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的测试和调整方法

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、测量差模电压放大倍数Avd1,观察vB 、vE 、vO 的波形,并记录它们的相位和大小

3、测量共模电压放大倍数Avc1、观察vB 、vE 、vO 的波形,并记录它们的相位和大小

4、计算共模抑制比Kcmr

三、实验过程

1、静态工作点的测量

v2

15

1.501mA R7

1333

750.2uA

Q1

Q2N2222

8.287uA 750.2uA -758.5u A 0

D1D1N 3063

2.975mA

R5

47k 8.287uA R83801.534mA Q2

Q2N22228.287uA

750.2uA

-758.5u A

R247k 8.287uA

R44600

2.991mA R6

1333

750.2uA

V115

4.508mA

D2D1N 3063

2.975mA

Q3

Q2N2222

16.47uA 1.517mA -1.534mA

2、差模电压放大倍数的测量

v5

1

R61333

R8

380

Q2

Q2N2222

V

Q3Q2N2222

D1

D1N 3063v2

15

R4

4600R71333

D2D1N 3063

V1

15

Q1

Q2N2222

传输特性曲线:

V_Vi

-400mV -350mV

-300mV -250mV -200mV -150mV -100mV -50mV 0mV 50mV 100mV 150mV 200mV 250mV 300mV 350mV 400mV

V(Rw:1)

12.8V

13.2V

13.6V

14.0V

14.4V

14.8V

15.2V

(11.806m,13.779)

(-17.361m,14.316)

VB\VE\VO 的输出波形比较:

R8

380

V

D1

D1N 3063R4

4600V

C147u

V8

FR EQ = 500

VAMPL = 0.1VOFF = 0R71333

R1

47k R61333

Q1

Q2N2222

V1

15

Q3Q2N2222

V

C247u

v2

15

R347k

D2D1N 3063

Q2

Q2N2222

传输特性曲线:

3、共模电压放大倍数的测量

Q1

Q2N2222

Q3Q2N2222

R4

4600D2D1N 3063

D1

D1N 3063Q2

Q2N2222

v5

1

v2

15

V

V1

15

R71333

R61333

R8

380

传输特性曲线:

VE\VB\VO 的波形比较

R7

1333

R8

380

Q3Q2N2222

D1D1N 3063R61333

Q1Q2N2222

V3

FR EQ = 500

VAMPL = 0.1VOFF = 0Q2

Q2N2222

V

C2

47u

V V

R2

47k D2D1N 3063

v2

15

R4

4600C147u

V1

15

R147k

4、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:

5.瞬态分析

Time

0s

0.4ms 0.8ms

1.2ms

1.6ms

2.0ms 2.4ms

2.8ms

3.2ms

3.6ms

4.0ms

V(Rw:1)

V(R2:1)

13.8V

13.9V

14.0V

14.1V

14.2V

(1.7529m,13.816)

(752.846u,14.191)

四、实验分析

1、步骤2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。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。

2、步骤3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 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。

3、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。

五、 实验心得

本次实验探讨差分放大电路的性能,有单端输入也有双端输入,实验内容多,难度大。实验前,需要认真预习,了解差放的基本理论。

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,学习克服输出中的交越失真的方法。

2、学习求最大输出电压范围的方法。

二、实验内容及结果

(一)、乙类互补对称功放电路

1、启动pspice 软件,绘制下面所示的电路图,并更改各元件的参数如下图所示。

V3

12Vdc

12.07pA

0V

-12.00V

12.00V

V

0V

Q1

Q2N3904-16.29pA

30.24pA

-13.95pA

V2

12Vdc

30.24pA 39.03pV

V1

FREQ = 1000

VAMPL = 5VOFF = 016.22pA V

Q2

Q2N390666.42f A

12.00pA

-12.07pA

0V

0V

R1

20

1.952pA

2、设置瞬态仿真,在probe 窗口中可以观察到输入输出波形如下图所示。观察可知当输入波形过零点时,输出波形发生交越失真。

5.0V

0V

-5.0V

0s0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms 1.0ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms V(Q2:b)V(R1:2)

Time

3、设置直流扫描分析,并仿真,可在probe窗口中观察到电压传输特性曲线如下图所示,显然从-1V到1V这之间的一段发生了交越失真。

2.0V

1.0V

0V

-1.0V

-2.0V

-2.0V-1.5V-1.0V-0.5V0V0.5V 1.0V 1.5V 2.0V V(Q2:b)V(R1:2)

V_V1

(二)甲乙类互补对称功放电路

-12.00V

12.00V

Q2

Q2N3906-4.879uA

-1.399mA

1.404mA

V2

12Vdc

7.614mA 0V

0V

D1

D1N4148

5.642mA

R12k

5.654mA

V

0V

0V

-691.2mV

R22k

5.654mA

D2

D1N4148

5.650mA

V312Vdc

7.054mA

11.34mV

R3

20

566.9uA

691.2mV

V

Q1

Q2N390412.01uA

1.959mA

-1.971mA

V1

FREQ = 1000

VAMPL = 5VOFF = 07.097uA

1、同样的,对电路进行瞬态仿真观察器输出输入波形如下图所示:

Time

0s

0.2ms

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms 1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

V(D1:2)

V(R3:2)

-5.0V

0V

5.0V

由上图可知,通过对电路图的修改,我们可以克服交越失真对电路的影响。

2、设置直流分析:

1.0V

0V

-1.0V

-2.0V

-2.0V-1.5V-1.0V-0.5V0V0.5V 1.0V 1.5V 2.0V V(D1:2)V(R3:2)

V_V1

10V

5V

0V

-5V

-10V

-10V-8V-6V-4V-2V0V2V4V6V8V10V V(D1:2)V(Q1:e)

V_V1

3、设置瞬态仿真观察功率Po:

600m

(249.640u,532.522m)

400m

200m

0s0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms 1.0ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms V(R3:2) * V(R3:2) / (2*20)

Time

4、观察功率Pv的传输特性曲线如下,利用游标知Pv=1.76W。

(250.540u,1.7629)

1.0V

0V

-1.0V

-2.0V

0s0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms 1.0ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms

24 * V(R3:2) / (3.141592653*20)

Time

5、观察每个功率管的管耗PT,利用游标知PT=0.615W

1.0

(253.340u,615.157m)

-0.0

-1.0

-2.0

0s0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms 1.0ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms (12*V(R3:2)/3.1415926- V(R3:2) * V(R3:2)/4)/20

Time

6、同理,得到效率η=30%。

400mV

(250.040u,302.070m)

200mV

0V

-200mV

-400mV

0s0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms 1.0ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms

3.141592653* V(R3:2) / (4*12)

Time

三、实验分析

在使用后处理程序对瞬态分析进行后期处理时,要注意输入正确的数学表达式。

通过本次实验,我们可以直观的观察到甲乙类电路在克服交越失真时的优越之处,同时我们也看到了该电路在功率放大过程中效率的极大浪费。其效率仅为30%。

四、实验心得

通过本次的实验,我们学习和掌握了使用后处理程序对瞬态分析进行后期处理的方法及步骤。同时对乙类互补对称功放电路和甲乙类互补对称功放电路的相关知识做了进一步的复习与巩固,加深了对这一部分内容的理解。试验相对比较简单,实验原理比较清楚,操作起来比较容易。

实验四 方波三角波发生器

一、实验目的

1、学习用集成运算放大器工程的方波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、实验原理

由集成运放构成的方波和三角波发生器的电路形式较多,通常由滞回比较器和积分电路组成,直接由电阻电容构成的简单电路线性度很差,负载能力不强。用双向恒流源代替积分电阻R 后,电容上将输出线性度良好的三角波。更常用的三角波采用集成运放组成的积分器,电容始终处在恒流充、放电状态,使三角波和方波的性能大为改善,不仅恩那个得到线性度较理想的三角波,也便于调节振荡频率和幅度。

三、实验要求

(1)、振荡频率范围:500HZ-1000HZ (2)、方波输出电压幅度:Vom=±8v (3)、三角波峰值调节范围:Vom=2-4v

四、实验内容及结果

1、根据实验要求选择元件并确定好参数,绘图,如下:

U5

uA7413274

615

+-V +

V -OUT OS1

OS20D2D1N4735

C1

1u

V2

12Vdc R315k 0

V412Vdc V312Vdc

R41k

0V U4uA741327

46

1

5

+-V +

V -OUT OS1OS2

V1

12Vdc R210k R11k D3D1N4735

2、进行仿真,输出三角波,如下:

Time

0s

1ms

2ms

3ms

4ms

5ms

6ms

7ms

8ms

9ms

10ms

V(C1:2)

-4.0V

-2.0V

0V

2.0V

4.0V

3、调整电阻R 的阻值,可以改变振荡频率,调整R1、R2的阻值可以改变三角波的输出幅

度。以达到实验要求,调整后的图如下:

U5

uA7413

2

7

4

61

5

+

-

V +V -

OUT OS1

OS2

R315k

D2D1N4735

D3D1N4735

V1

12Vdc

V3

12Vdc

R28K

V

V

R4

100

C11u V4

12Vdc

R1

1k

V2

12Vdc U4

uA7413

2

7

4

61

5

+

-

V +

V -

OUT

OS1

OS2

4、调整后输出的三角波和方波图形如下:

Time

0s

2ms 4ms

6ms

8ms

10ms 12ms

14ms

16ms

18ms

20ms

V(O1)

V(O)

-10V

-5V

0V

5V

10V

(7.6698m,8.0461)

(7.6395m,3.4643)

五、实验分析

1、根据实验图可知,通过迟滞比较器可获得方波,当运算放大器的同相输入端电压大于零的时候,输出正的电压;输入电压小于零时,输出负的电压。由仿真所得的电压传输特性可看出正与此相符。

2、方波输出直接与积分电路的反相输入相连,所以方波通过积分电路积分输出三角波。

3、由理论分析可知,振荡频率为f=R2/4RCR1,由实验所得周期可得出频率为375khz,

与理论相符。

4、本次仿真所用选取频率为900HZ,故选择C=0.5uf,R=900Ω作为选定选频网络。同时观察输出波形,其三角波幅值为4.4269v,与要求Vom=4v近似,振荡周期T=1.09mS,换做频率为fo=917HZ,满足实验期望。同时,其幅值可通过调节R1、R2来进行选取,如若幅值过小,可将R1值调大或者调下R2的值,同时,起振时间后延。再者观察方波波形,其周期与三角波相同,幅值为8.046,满足Vom为8v的期望。同时,若需调节其输出幅度,可调节R3与稳压管的稳压值。但需注意,调节R3时Vom1的幅值也会相应改变,故仍最后仍需要调节三角波的幅值。另外,若调节R3仍无法使方波的幅值达到8v,可换选稳压管,将其稳压值调高,本次试验所选稳压管的稳压值为18v,满足实验最后需求。

六、实验心得

本次试验电路图比较复杂,经过多次试验才得到较为正确的结果,尽管存在一定得误差,但已经较为完善,可以作为实验结论。但总体来说此次实验还是成功的。同时我也更深刻的认识了方波三角波发生电路,对之前所学的理论知识有了更深的巩固。

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、实验内容及结果

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,

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