江 西 理 工 大 学
计算机技术基础 实验报告
实验名称 实验一 计算机电子电路仿真 日 期 2015.11.4 专 业 自动化 班 级 实验人 学 号 同组人
一、实验目的
1. 学会使用EDA软件——Protel绘制电子电路原理图。
2. 掌握使用Protel进行电子电路仿真的方法。
二、实验要求
1. 实验前认真做好相关理论内容的复习。
2. 按实验内容要求做好实验准备。
3. 实验过程中认真进行实验并记录实验结果。
4. 实验结束后，将实验程文档，交给实验指导教师。
三、实验设备
1. 硬件：PC机 一台
2. 软件：Windows98/XP/2000系统，Protel99Se或ProtelDXP开发环境
四、实验内容
1. 通过仿真测量如图1所示上电时电容器两端电压Vc变化的过程。其中仿真元器件： 电容器CAP，电阻器RES，直流电源VSRC。
图1 RC积分电路
五、实验步骤
1. 绘制仿真原理图
（1）建立仿真工程：双击Protel工程文件，选择菜单项File，点击New，建立新工程对 话框。在文本框键入新工程名之后，在Database Location选项区域中，通过Browse按钮存放目录。设置完成后，单击OK按钮退出建立新工程对话框。选择Schemat Document 图标，单击OK按钮，则在Document目录中建立了一个原理图文件Sheet1.Sch。单击这个文件，选择菜单项Edit，点击Rename可以改变文件，将其改为RC.sch。
（2）选择和设置仿真元器件：原理中所有的元器件都包含专用于仿真的信息，这些信息 叫元器件模型。所有的元器件必须来自于平Protel专用仿真库，这个元件库名为Sim.ddb。在设计管理器原件库浏览选项卡中单击Add/Remove按钮，在原件库列表框中选Sim按钮，单击Add键。在元器件列表框中选择电容器CAP，RES，VSRC，并分别按Place键放下。
（3）画电气连接线：选择菜单项Place按键，点击wire键，或单击绘图工具栏中的 Placewire图标，原理图编辑窗口内的光标变成“+”字形，进入画电气连线模式。
（4）标识仿真节点：选择菜单项Place，选Net Lable，或单击绘图工具栏中的PlaceNet Lable图标，则原理图编辑窗口中出现一个网络标号。按Tab键将网络标号名设置为Vc，按OK键退出。将网络标号Vc移动到电阻器R和电容器之间的连线旁边，单击鼠标左键放下。
（5）设置初始值：由于C是一个记忆原件，它两端残存的电荷会影响仿真的结果，故要 将电容器C的初始电位设置为0.
原理图画完后，其编辑窗口如图1所示。
2. 选择一个仿真类型
选择菜单项Simulation->Setup,在General选项卡中的Select Analyses to Run选项区域内选择Transient/Fourier Anlysis（瞬变/付里叶分析）。其对话框如图2所示。对于RC积分电路，主要观察电容器C两端的电压随时间的上升过程，因此，在Select Analyses To Run 。选项区域内选择Transient/Fourier Analyses。
图2 Analyses Setup对话框
3. 设置仿真分析
在Analyses Setup对话框内选择Transient/Fourier选项卡，设置Transient/Fourier分析，如图3所示。选中Transient Analysis复选框。
图3 Transient/Fourier 选项卡设置对话框
4. 运行仿真
在Analyses Setup对话框内，直接单击运行分析Run Analyses按钮，或选择菜单项Simulate→Run，皆可运行仿真分析。当运行时，在原理图编辑窗口区域上一个仿真波形表会自动打开，从而显示分析结果，详见图4。
图4 仿真波形表窗口
5. 调整显示波形和数据
我们要观察Vc波形和数据，可以将它单独显示。在仿真波形区单击VC选中它，然后单击项目管理器中View选项区域内的单波形显示Single Cell单选框。然后在波形显示区单击电流C[i],则从C[i]出现前缀“.”表示当前波形显示区刻度为电流刻度。VC显示窗口如图5所示。当RC积分电路刚上电时，电容器两端电压仍然为0V，但充电电流为最大，这时电压上升最快。随着时间的推移，电压逐渐上升，充电电流逐渐减小，电压上升的速度越来越慢。当时间达到7~8ms时，电容器几乎完全充满，充电电流下降为0。
图5 VC波形显示窗口
五、实验结果
1. 仿真运行图
2. VC波形图
第二篇：电子电路仿真实验报告
电子电路仿真实验报告
一、实验目的：
1. 根据提出的设计要求，进行理论计算，进一步熟悉电路分析计算。
2. 通过实际操作仿真软件，熟悉并掌握仿真软件的使用。
3. 在实际仿真过程中，加深对电子电路基本理论中关于多级放大和负反馈对电路性能影
响的理解，增强分析问题和解决问题的能力。
二、仿真环境：
OrCAD 16.2 Capture CIS with Pspice
三、设计思路：
为简化分析并使得仿真重点突出，以两级共射放大电路作为基本电路进行测试，采用阻容耦合连接，并在两级共射中分别引入级内反馈以稳定静态工作点。如图1所示，经理论计算，将各元件参数一并标示于图中。引入负反馈为电压串联负反馈，电路图如图9所示。
进一步的测试分为两部分，分别是未接入反馈和接入反馈后的电路性能测试。测试的性能主要包括电路的增益、频带宽度、动态范围、输入输出电阻、增益稳定性这五项指标。再由两部分测试结果相对比，同时与理论计算比较，得出并验证关于负反馈特别是深度负反馈对多级放大电路性能影响的结论。
四、理论分析：
1.静态工作点的计算
T1管：
VBQ1=R3R2+R3Vcc=3.8 V ， ICQ1≈IEQ1=VBQ1?VBEQ
R9+R10=1.28 mA
VCEQ1=VCC?ICQ1 R4+R2+R3 =2.27 mV
由于采用阻容耦合，故T2管计算同T1管，可知：
T2管： VBQ2=2.9 V ，ICQ2=1.44 mA ，VCEQ2=2.93 mV
为检验理论计算的可行性，以交流小信号输入进行测试，测试中各支路电压以及电流值标示于图2。可得出结论：理论计算是可行的。可进行进一步的测试。
2.交流小信号分析
βR'L1一级增益： A u1? ?r?(1??)R9 二级增益： be1R'
L1?R4//R6//R7//rbe2
由此，电路开环增益：
Au2βR'L2??rbe2?(1??)R12R'L2?R5//R11Au?uouo1/ui??Au1?Au2?225uiuo/uo1
输入电阻：Ri= R2//R3 // rbe1+ 1+β R9 ≈9k Ohm
输出电阻：Ro≈R5=4.7k Ohm
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电子电路仿真实验报告
3.负反馈对电路增益的影响分析
如图8，采用电压串联负反馈，根据反馈基本方程式
Av= A1+AF可知引入负反馈之后闭环增益将减小。当深度负反馈时，Av=1/F 。深度负反馈时，由电路图得：
Rv=
反馈深度：
D=AF≈220×0.1k?1 R13+0.1kR9R9+R13
取 D>10 则 R13 <2.20k Ohm，此时满足深度负反馈的条件，这时增益最大约为23.0 。
4.负反馈对电路通频带的影响分析
引入负反馈后，中频增益下降为原来的
增益带宽乘积基本不变。
1|1+AF|，上限截止频率扩展为原来的|1+AF|倍，
5.负反馈对输入输出电阻的影响分析
电压取样的负反馈具有稳定输出电压的能力，使得输出电阻减小：
Rof=Ro
1+AF
若为深度负反馈，则Rof→0 ，可认为近似恒压源。
串联负反馈将提高输入电阻（严格来讲是反馈环输入电阻）：
Ri Rif=(1+AF)
若为深度负反馈，则Rif→∞ .
6.负反馈对电路稳定性的影响分析
引入负反馈后电路电压增益稳定性有所改善，具体为：
dAv1dA=Av1+AFA
可见，稳定性提高了|1+AF|倍。 第3页
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五、仿真测试
第一部分测试：未接入反馈时电路性能测试
1、电路增益：
如图3所示，实测电路中频（1kHz）电压增益 Av = 225.56；
2、频带宽度：
如图4所示，频带宽度为 BW = 858.50 kHz；
3、输入输出电阻：
如图5、图6，中频(1kHz)输入电阻为 Ri = 20.00k Ohm，输出电阻 Ro = 4.60k Ohm。（注：为与后续带反馈测试形成对比，此处测试的Ri是从三极管Q1看过去的输入电阻。）
4、动态范围：
由图7估计知动态范围大约为 -10mV ~ +10mV。
5、稳定性：
由图8，输入5mV变化20%（即1mV）时增益变化1.41×10?2% 。（注：出于仿真图视图精度考虑，便于直接观察变化，以输出电压代替增益进行打印。）
第二部分测试：接入负反馈时电路性能测试
1、电路增益：
如图10，当Rf依次增大时，电路增益减小幅度将减小，也即反馈深度越深，增益下降越多。当Rf<2k Ohm 时进入深度负反馈。后续将以Rf=2k（增益约为20倍, 反馈深度D≈11.7）
2、频带宽度：
如图11
所示，频带宽度为 BW = 9.61038 MHz。
3、输入输出电阻：
如图12、图13，由于输入端偏置电阻 R2、R3 在反馈环外，为使得实验结论不受环外电阻干扰，仿真时测试的输入电阻为反馈环输入电阻Rif 。中频(1kHz)输入电阻为Rif = 165.00k Ohm，输出电阻R0= 112.3 Ohm。
4、动态范围：
由图14估计知动态范围大约为 -60mV ~ +60mV。
5、稳定性：
如图15，输入5mV变化20%（即1mV）时增益变化1.81×10?6 % ≈0 。（注：出于仿真图视图精度考虑，便于直接观察微小变化，以输出电压代替增益进行打印。）
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电子电路仿真实验报告
六、仿真数据分析
1、引入反馈为：Rf = 2k Ohm ，反馈深度取为：D=1+AF ≈11.7 ，满足深度负反
2、针对仿真数据的分析：
①深度负反馈时中频增益Av下降为开环增益的1/11 ,与理论值11.7吻合度很好。 ②深度负反馈时通频带BW展宽11.2倍，与理论值11.7吻合较好。
③带深度负反馈时：反馈环环输入电阻增大8.25倍，基本符合理论分析；输出电阻减小为原来的约1/40，与理论值1/11存在误差。误差原因分析：一方面，测试时反馈环外电阻的影响不能忽略；另一方面，为保证增益不致下降过多，负反馈深度取为 D=1+AF ≈11.7，与1只有约十倍的关系，负反馈的深度还不够大，理论计算产生的误差也相对增大。如要增大反馈深度，需要进一步抬高电路开环增益，但仅两级放大，不适宜把增益做得过高。
④深度负反馈时，仿真动态范围扩大了6倍，与理论分析相符。
⑤深度负反馈的引入使得增益随输入的变化改变度变小，电路增益稳定性提高了近1000倍。但与理论分析的11.7倍相差较大。分析原因：两级共射都引入了级内负反馈，进一步稳定了电路静态工作点；反馈深度D的值不够大，理论估算存在误差。
七、实验总结与心得
1、初始用理论估算值仿真，存在工作点设置偏离的情况，后经修改测试使得设计值趋于
合理。测试结论中仍然存在与理论分析有误差的地方，需要进一步思考其中的的原因。 2、结合书后的仿真例题和仿真软件介绍，并查阅了相关资料，学习仿真软件的基本操作，
随着实验的深入进行，逐步由不会到会，再到熟练，并能够在结合相关资料的情况下分析错误和误差产生的原因，及时进行修正和调整。这个探索、求知、思考的过程收获是很多的，也是很有益的。
3、实验中通过反复对比理论估计值和仿真值，加深了对器件模型和参数的认识，由理性
到感性，再回归理性。
4、实验中虽然产生了很多迷惑和困难，但正是探求着去解决问题，消除迷惑给我带来了
很多的乐趣。电子电路是一门神奇而精致的学科。 <正文结束，后续页码附录仿真图>
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