模电自主设计实验哈工大模电实验课
哈尔滨工业大学模拟集成电路课程设计
一、功能描述设计二级运算放大器，采用电阻和电容进行补偿。
其中负载电容C L=10pF。
运算放大器满足如下要求：A vo≥3000,增益带宽积GBW≥5MHz，SR>10V/μs,相位裕度PM达到60°，输入共模范围（ICMR）为 1.5～4.5V，输出摆幅范围为0.5～4.5V，P diss≤2mW。
假定已知NMOS参数为。
PMOS管参数为。
二、电路设计1.电路设计过程（1）电路图图1总体电路图（2）电路设计过程2.仿真验证进入目录training/ic/spice_labs,启动cadence环境平台，新建two_stage_amp的cellview，按照之前的电路绘制要求放置mos管（mos元件选择chrt35dg_SiGe中的nmos5p0、pmos5p0），设置宽长比。
放置其他元件并连线，检查无误并保存。
电路绘制完成后建立电路symbol，确认无误后保存。
电路如图1所示,symbol如图2所示。
图2电路图symbol（1）采用闭环仿开环的方式对运放进行直流、交流、瞬态以及噪声分析。
建立一个仿真电路图，命名为cut_two_stage_amp，电路图结构如下图所示。
为了便于对变量的值进行控制和修改，图中的变量都没有进行赋值，而是在Analog Design Environment中进行统一赋值，便于进行电路调试。
电路绘制完成后，打开Analog Design Environment，设置变量值和仿真参数，仿真需要设置四项、分别为直流、交流、瞬态和noise。
设置完成后的ADE如图4所示（只显示进行设置的部分）。
图4闭环仿开环ADE①直流仿真对电路运行直流仿真，使用calculator的OP功能查看电路中各个器件工作点，使用VDC查看输出电压值，直流仿真输出结果如图5所示。
图5直流仿真结果可以看出，运放中的mos管均满足饱和区条件，处于饱和区，静态功耗1.39mW，满足设计要求，当输入为2.5V时，输出也约为2.5V。
哈工大模电自主设计实验
姓名 蒋瑞晔 班级 1104202 学号 1110420211 实验日期 6月7日 节次 5-6 教师签字 成绩模拟电子自主设计实验有源滤波器特性1.实验目的1. 掌握有源滤波电路的基本概念，了解高通滤波、低通滤波带通滤波对交流信号的影响。
2.了解滤波电路的选频特性、通频带等概念，加深对有源滤波电路的认识和理解。
3. 用Pspice 仿真的方法来研究滤波电路，了解元件参数对滤波效果的影响。
4. 根据给定的低通和高通滤波器结构和元件，分析其工作特点及滤波效果，分析电路的频率特性。
5.分别利用低通和高通滤波器搭建带通和带阻滤波器电路，观察和分析其输出波形特点，分析电路的频率特性。
2.总体设计方案或技术路线1.一阶滤波器阻容耦合是交流放大电路中的常用隔离直流影响的手段，同时阻容大小将影响信号通过频率，不同的组合将构成低通、高通滤波，最终形成整个电路的频率特性，根据阻抗计算方法：1) 一阶高通滤波器RCj U cj R R U U R ωω111111+⨯=+⨯= ； RCf H π21=U2DC 1MOhm2）一阶低通滤波器RC j U cj R c j U U C ωωω+⨯=+⨯=111111 ； RC f L π21=U2DC 1MOhm2.二阶滤波器为了使电路滤波效果更显著将两个一阶滤波器结合形成二阶滤波器如图所示为无限增益多路反馈低通滤波器电路，它是一种非常通用的具有反相增益的滤波器，具有结构简单、特性稳定、输出阻抗低的特点。
电路的传递函数为： 0210()p K b H s s b s b =++其中： 02311b R R C C =，11231111()b C R R R =++，21p R K R =-二阶高通滤波器电路U2DC 1MOhmU2DC 1MOhmU2DC 1MOhm二阶低通滤波器二阶高通滤波器U2DC 1MOhm4.仪器设备名称、型号1）实验电路板一块2）双踪示波器一台3）双路直流稳压电源一台4）函数信号发生器一台5）数字万用表一只6）电容，电阻若干5.理论分析或仿真分析结果1)二阶低通滤波器：FFT：幅频特性：（2）二阶高通滤波器：FFT：幅频特性：6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）1.一阶滤波器2.二阶滤波器实际操作实验（1）低通滤波器：FFT：（2）高通滤波器：FFT：7.实验结论1、低通和高通滤波器对通过的信号的影响，原信号波形和谐波成分的变化低通滤波器能使频率低于某个频率的信号通过，而滤掉高于该频率的信号，并将其放大为输入信号的n倍。
哈工大模电自主设计实验——阶梯波发生电路的设计与分析
姓名 班级 学号 实验日期 节次 教师签字 成绩阶梯波发生电路的设计与分析1.实验目的1、掌握阶梯波发生器电路的结构特点。
2、掌握阶梯波发生器电路的工作原理。
3、学习如何用Multisim 进行电路仿真。
4、学习复杂的集成运算放大器电路的设计。
2.总体设计方案或技术路线1、要设计阶梯波发生电路，首先要设计一个方波发生电路，然后通过微分电路，会得到上下均有尖脉冲的波形。
这时要只取上面的尖脉冲，就需通过限幅电路滤除下半部分的波形。
当这些脉冲经过积分运算电路时，一个尖脉冲累加为一个固定的值，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变。
下一个脉冲到来时又会增加同样的一个值，于是输出形成了阶梯波形。
2、改变电路元件的参数值，探究其于输出的阶梯波各项指标的关系。
3.实验电路图U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC 15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1ABExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212VC247nFR310kΩR510kΩR610kΩU2UA741CP3247651C347nFD31N4148D41N4148图1阶梯波发生电路4. 仪器设备名称、型号1、运算放大器μA741 2个2、二极管若干3、电阻，电容若干4、导线若干5、数字万用表6、可编程线性直流稳压电源7、Agilent DSO-X2002A 型示波器8、电子技术试验箱9、集成运算放大器应用子板5.理论分析或仿真分析结果1、方波发生电路设计方波发生电路由滞回比较器和RC 电路构成。
滞回比较器引入正反馈，产生振荡，使输出电压仅有高低电平两种状态，且自动相互转换。
RC 电路起延时作用和反馈作用，使电路的输出电压按一定时间间隔在高低电平之间交替变化，形成方波。
电路如图2所示，从图3所示的示波器中可读出方波的周期为4.017ms 。
U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1A BExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212V图2方波发生电路图3方波波形2、微分电路设计在上图所示的方波发生电路的输出端接电阻3R 和电容2C 即可组成图4所示的微分电路，原理与运放组成的微分运算电路相同，这里不再叙述。
哈工大电工自主设计实验_2
两位数密码组合逻辑电路
电工自主设计实验
(一)实验目的
1.掌握74LS04、74LS74、74LS08等元件的逻辑功能和使用方法；
2.通过实验，进一步熟悉组合逻辑电路的分析和设计方法。
(二)实验电路图
VCC
(三)仪器设备名称、型号
1.模拟数字电子技术试验箱
2.双路直流稳压电源
3.电阻、导线若干
(四)理论分析或仿真分析结果
(五)详细实验步骤及实验结果数据记录
⑵按照逻辑图连接好电路
⑶别对六个输入端施加高低电平，观察输出端小灯的情况
⑷列出真值表：
结论：逻辑表达式为：
(六)实验结论
1.应用74LS04、74LS74、74LS08等元件可以实现两位数密码的设置，在生活中具有广泛应用。
(七)对实验的改进及优化
应该在实验的基础上加上一个清零开关。
此密码器设计比较简单，输入正确的密码前，小灯保持不亮，表明输入密码错误。
但输入正确的密码后，小灯一直保持亮的状态，所以在后续的设计优化过程中考虑增加一个清零开关。
(八)本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
通过实验我了解了74LS138、74LS00、74LS20等元件的逻辑功能和使用方法，同时，通过实验，更加熟悉了组合逻辑电路的分析和设计方法。
在进行组合逻辑电路的设计时，应首先将给定的逻辑问题抽象成逻辑函数，列出其真值表，再根据真值表写出逻辑函数式并对其进行化简变换，最终根据化简变换后的逻辑函数式画出逻辑电路图。
参考文献
[1]杨世彦.电工学电子技术.机械工业出版社.2008
[2]邹其洪.电工电子实验与计算机仿真.电子工业出版社.2008。
哈工大 数电自主设计
设计题目：宽带步进放大器1.实验目的设计并制作一个宽带步进放大器。
指标要求：（1）电压增益大于20dB，输入电压有效值大于100mV。
（2）最大输出电压正弦波有效值大于1V。
（3）3dB通频带0-3MHz，在0-1MHZ通频带内增益起伏小于1dB。
（4）电压放大倍数可实现手动连续控制，可以实现步进增益。
通过宽带步进放大器的设计，进一步熟悉模拟电路，数字电路的相关知识。
2.总体设计方案或技术路线要想达到上述指标要求，可以设计以下放大器系统。
本系统由两个部分构成：AD603模拟电路、ARM控制电路与编程。
为了做出宽带步进放大器，我们使用STM32型号的ARM输出电压可变的控制信号。
AD603是可调增益的模拟宽带放大器，通过改变输入控制电压的差值Ug可以改变电压放大倍数。
因此，对STM32进行编程可以实现0 ~20dB步进电压增益。
3.实验电路图（1）AD603构成的外围放大电路图1 AD603外围电路（2）STM32控制电路部分图2 STM32控制电路（3）实验源程序4. 仪器设备名称、型号表1 实验仪器5.理论分析或仿真分析结果（1）AD603放大电路要实现信号通频带为0～3MHz，最大电压增益20dB，则带宽增益积为：3M*10^(20/20)=30MHz。
由于AD603自身可以实现-20dB~20dB的增益，我们通过控制D/A输出直流电压来控制AD603实现增益调节。
AD603的内部由梯形电阻网络构成和固定增益放大器构成，具体电路结构如下:图3 AD603内部电路加在输入端的信号被衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量由加在增益控制接口的参考电压决定，而这个参考电压来自于ARM进行运算并控制数模芯片输出控制电压得来，所以可以实现精确的数控。
AD603可以提供由直流到30MHZ的工作带宽，符合工作要求。
AG(dB)=40Ug+10,式中Ug是控制电压，它的值在（-0.5～0.5V），所以AG在（-10～30dB)。
哈工大 模电自主设计 锯齿波发生器
占空比可调的锯齿波发生电路学院：专业：姓名：学号：占空比可调的锯齿波发生电路一．实验目的1．掌握占空比可调的锯齿波发生电路的工作原理2．掌握占空比调节的方法二．总体设计方案1.滞回比较器在单限比较器中，输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，R都将引起输出电压的跃变，不管这种微小变化是来源于输入信号还是外部干扰。
因此，虽然单限比较器很灵敏，但是抗干扰能力差。
滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定抗干扰能力。
从反相输入端输入的滞回比较器电路如图(a)所示，滞回比较器电路中引入了正反馈。
(a)电路 (b)电压传输特性从集成运放输出端的限幅电路可以看出，u0=±U Z。
集成运放反相输入端电位u N= u I，同相输入端电位根据“虚短”u N=u P，求出的u I就是阈值电压，因此得出当u I<-U T，u N<u P，因而uo=+U Z，所以u P=+U T。
u I>+U T，uo=-U Z。
当u I>+U T，u N>u P，因而uo=-U Z，所以u P=-U T。
u I<-U T，uo=+U Z。
可见，uo从+U Z跃变为-U Z和uo从-U Z跃变为+U Z的阈值电压是不同的，电压传输特性如图(b)所示。
在我们所设计的锯齿波发生器中，滞回比较器由运放U1和电阻R1,R3,R4所组成。
通过由稳压管D1,D2和限流电阻R3构成的输出限幅电路，从而输出方波波形。
其中调节电阻R2可改变锯齿波的幅值和一定范围的频率。
调节滞回比较器的稳幅输出D1,D2值，可调整方波输出幅值，可改变积分时间，从而在一定范围内改变锯齿波的频率。
2.积分电路如图所示的积分运算电路中，由于集成运放的同相输入端通过R’接地，u N=u P =0为“虚地”。
电路中电容C的电流等于流过电阻R的电流输出电压与电容上电压的关系为u o=-u c而电容上电压等于其电流的积分，故在求解t1到t2时间段的积分值时式中u o(t1)为积分起始时刻的输出电压，即积分运算的起始值，积分的终值是t2时刻的输出电压。
哈工大电路自主设计实验
所以，有：
������������ = ������ =
������ (
1 ������������
) ������
������ = ������ + ������������������
������ 2 + (������������)2
������������������������ = |������������ | ������������������������ = = |������|
90Hz
204mW
202mW
200mW 30Hz ((V(C1:2) - V(C1:1)) * I(R1))
60Hz 90Hz cos(P(V(C1:2)- V(C1:1))- P(I(R1))) *(V(C1:2) - V(C1:1)) * I(R1) Frequency
������ = 0.5������������时的视在功率、有功功率、功率因数
2、实验数据 （1）实验数据记录表 1.
实验电路图 1 C/μF 视在功率/VA 有功功率/W 无功功率/Var 功率因数 体现性质 R2 0.6 0.6 0 1 阻性 所有负载 1.3 1.3 0 1 阻性 L1 1.6 0.3 1.5 0.19 感性 实验电路图 2 所有负载 2.2 1.6 1.4 0.73 感性 C1 1.0 0 1.0 0 容性 实验电路图 3 所有负载 2.1 0.7 2.1 0.33 容性
90Hz ((V(C1:2) - V(C1:1)) * I(R1))
������ = 0.7������������ 时的视在功率、有功功率、功率因数
1.2
0.8
0.4
0 30Hz 60Hz cos(P(V(C1:2)- V(C1:1))- P(I(R1))) *(V(C1:2) - V(C1:1)) * I(R1)/((V(C1:2) - V(C1:1)) * I(R1)) Frequency
模电自主设计实验—同相滞回电压比较器的研究 - 副本
姓名班级学号实验日期节次教师签字成绩实验名称同相滞回电压比较器的研究1.实验目的1.掌握同相滞回电压比较器的电路构成及特点。
2.掌握测试同相滞回电压比较器的方法。
3.掌握同相滞回电压比较器的设计方法。
4.掌握同相滞回电压比较器的仿真方法。
2.总体设计方案或技术路线1.应用背景电压比较器是集成运算放大器非线性应用电路，它是对输入信号鉴幅和比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着相当广乏的应用。
所以本次试验以研究同相滞回电压比较器为基础来了解电压比较器的特性和功能。
2.同相滞回电压比较器滞回比较器有两个阈值电压，输入电压ui从小变大过程中使输出电压uo产生跃变的阈值电压U T1，不等于从大变小过程中是输出电压产生跃变的阈值电压U T2，电路具有回滞特性。
同相滞回电压比较器的电路如图1所示，根据电压传输特性可知，输入电压作用于同相输入端，uo=U Z−+。
求解阈值的电压表达式为u p=R FR1+R Fu I+R1R1+R Fu O=u N=0±U T=±R1R FU Z3.实验电路图图中R F为100 KΩ，R1为10 KΩ，R2为5.1 KΩ4.仪器设备名称、型号1.示波器 1台2.直流稳压电源 1台3.低频信号发生器 1台4.交流毫伏表 1台5.万用表 1块6.模电实验箱 1台5.理论分析或仿真分析结果理论的传输特性曲线为R FR26.详细实验步骤及实验结果数据记录一.基础实验运放选择LM324芯片，按图1正确连接好电路，并进行如下操作：1.u I接±5V可调直流电源，调输入电压测出u O由+U OM→−U OM时的u I临界值。
并记录U T1到表格1中2. u I接±5V可调直流电源，调输入电压测出u O由−U OM→+U OM时的u I临界值。
并记录U T2到表格1中。
表格1并且根据以上结果绘制出传输特性曲线：3.输入幅值u I=1.5V、频率f=500H z的正弦波，观察u I−u O波形并记录如下。
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可调频可调幅的方波-三角波-正弦波函数发生器的设计
姓名：胡车班号：1001101 学号：17 日期:2012-6-1
一、实验目的
1、掌握函数发生器的主要性能。
2、掌握函数发生器的基本测试方法。
3、学会函数发生器的设计。
4、学会函数发生器的调试方法。
5、设计一方波-三角波-正弦波函数发生器。
性能指标：(1)、频率范围：1-2500HZ
(2)、方波Uo1pp≦14.1V 三角波Uo2pp≦7.0V 正弦波Uo3pp≦13,1V
二.总体设计方案或技术路线
本实验通过集成运算放大器uA741或者LM324组成下图所示的方波-三角波-正弦波函数发生器的设计方法。
本试验先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过二阶有源滤波器电路产生正弦波。
其电路组成图框如下图。
电路工作原理如下：运算放大器A1与R1、R4、R5
比电压较器，方波可通过此电路获得，三角波发生器有滞回比较器与
积分器闭环组成，积分器A2的输出反馈滞回比较器A1，作为滞回比较
器的输入。
2、三角波-正弦波产生电路（电路原理图在第三项给出，不在此处给出）
电路工作原理：如电路图所示低通滤波器由两个RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性，此电路通过低频，衰减或抑制高频信号。
三.实验电路图
此电路图由比较器、积分器与二阶有源滤波器组成分别可产生方波、三角波与正弦波，其中可通过电位器与单刀双掷开关进行幅度与频率调整。
各元件参数如下：R1=2K R4=200K R5=100K R6(max)=R8(max)=1O0K
R3=R7=R9=5.1K R10=R11=47K(或者39K)
C1=C2=C3=0.1uF
四. 仪器设备名称、型号
1、电路实验板 2块
2、双踪示波器 1台
3、双路直流稳压电源 1台
4、数字万用表 1台
5、芯片u741 3只
（或者6、芯片LM324 1只）
五.理论分析或仿真分析结果
仿真图一：通过滞回器产生方波通过积分器产生三角波
仿真图二：调节电位器进行调频与调幅
仿真图三：三角波通过二阶低通滤波器产生正弦波
仿真图四：调节电位器进行调幅、调频
六、详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）
1、按照设计好的元器件参数与电路图连接电路，连接好导线，接通电源。
2、将电位器R6、R8达到最大、单刀双掷开关打到C2，用示波器分别观察
Uo1、Uo2、Uo3波形（可先观察Uo1、Uo2，然后在观察Uo2、Uo3）
记录波形与数据：
观察到：
Uo1pp=14.1V Uo2pp=7V Uo3pp=3.1V
f=170.9HZ f=170.9HZ f=174.0HZ
3、将单刀双掷开关打到C1（没有单刀双掷开关的话直接换到电容C1），用示波器观察Uo1、Uo2、Uo3波形（可先观察Uo1、Uo2，然后在观察Uo2、Uo3）
记录波形与数据：
观察：当调节电位器R2时，可实现三角波、正弦波的幅度以及频率连续变化，其中Uo2pp≦7V，Uo3pp≦13.1V,频率f从1HZ到2500HZ之间变化
4、调节电位器R6只任意位置，，用示波器观察Uo1、Uo2、Uo3波形（可先观察Uo1、Uo2，然后在观察Uo2、Uo3）
记录波形与数据
观察到: 当调节电位器R6时，可实现三种波形的幅度连续变化，但频率不可变，其中Uo1pp ≦14.1V, Uo2pp≦7V，Uo3pp≦13.1V
5、调节电位器R8只任意位置，，用示波器观察Uo1、Uo2、Uo3波形（可先观察Uo1、Uo2，然后在观察Uo2、Uo3）
记录波形与数据：
观察到：当调节电位器R8时，可实现三角波、正弦波的幅度连续变化，但频率不可变，其中Uo2pp≦7V，Uo3pp≦13.1V,
七、实验结论
本实验实现了函数发生器的幅度以及频率连续变化。
1、当调节电位器R2时，可实现三角波、正弦波的幅度以及频率连续变化，其中Uo2pp≦7V，Uo3pp≦13.1V,频率f从1HZ到2500HZ之间变化
2、当调节电位器R6时，可实现三种波形的幅度连续变化，但频率不可
变，其中Uo1pp≦14.1V, Uo2pp≦7V，Uo3pp≦13.1V
3、当调节电位器R8时，可实现三角波、正弦波的幅度连续变化，但频率不可变，其中Uo2pp≦7V，Uo3pp≦13.1V,
八、实验中出现的问题及解决对策
实验中产生的方波偶尔会出现不稳定的状态，另外当频率过高时，超过1500HZ时，正弦波会出现一点点的失真。
解决方案：1.电容C1上在并联一个100k电阻，
2．本实验采用二阶有源滤波器，当频率稍高一点会出现正弦波一点点的失真属于正常，但可通过改变二阶有源滤波器的时间常数，可调节其滤波频率的范围。
九、本次实验的收获和体会、对模电实验室的意见或建议
1、本实验自主学习实验性强，为本次试验花了三周时间进行模电的研究和查阅相关资料，完全自主独立设计出此函数发生器，另外通过对多个仿真软件的学习进行仿真验证以及相关的理论分析。
2、本实验操作实践性与动手性能强，用了三个741芯片（连线相对复杂），提高和锻炼了实验与工程实践的能力，获得了一定的愉快感。
3、本实验设计性强，实现了第一次自主设计的想法，对模拟电子技术基础课程加深了认识和理解。
4、模电实验室虽然元器件较丰富，但还是不全，让我无法进一步再深入研究和分析。
十、参考文献
1 、模拟电子技术基础王淑娟蔡惟铮主编 2010-03
2、电子技术基础实验教程唐玉欣主编 2011-01。