PSPICE模电仿真答案

时间：2022-07-10 10:03:27 阅读：最新文章文档下载

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Pspise模电仿真实验

报告

学院：班级：姓名：学号：

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、学习放大电路数输入、输出电阻的测试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。由稳定静态工作点，必须满足的两个条件: 条件一：I1>>IBQ I1=(5~10)IB 条件二：VB>>VBE VB=3~5V

RE

选择好了VB，又由

Rb2

VBVBEVB

IEQICQ计算出Re

再选定I1，又由

Rb1

VBVB

I1(5~10)IBQ计算出Rb2

再由

VccVBVCCVB

I1(5~10)IBQ计算出Rb1

2、确定放大电路的电压放大倍数Av

（1）RL=∞（开路）

V1

12.00V

12Vdc

R175k

Rc3k

C27.527V10uF

0V

10uF0V

VOFF = 0VAMPL = 4mFREQ = 3.5k

Us

3.759V

R250k

Re2.5k

Ce100uF

V4.418V

C1

Q1

Q2N2222

RL1MEG

0V

0

6.9996mV

6.9995mV

6.9994mV

6.9993mV

1.0KHz

V(C1:2)

3.0KHz10KHz Frequency

30KHz100KHz

可读出此时，f =3.5kHZ时，输入电压为6.993mv

V1

12.00V

12Vdc

R175k

Rc3k

C27.527V10uF

0V

10uF0V

VOFF = 0VAMPL = 4mFREQ = 3.5k

Us

3.759V

R250k

Re2.5k

Ce100uF

4.418V

Q2N2222

RL

V

C1

Q1

0V

1MEG

0

0.998V

0.997V

0.996V

0.995V

1.0KHz

V(C2:2)

3.0KHz10KHz Frequency

30KHz100KHz

得此时，f=3.5kHZ时，输出电压为0.9974v

由上可知，当RL开路时，电压放大倍数为0..9974V/6.993mv=143,满足要求。

（2）RL=3kΩ

V1

12.00V

12Vdc

R175k

Rc3k

C27.527V10uF

0V

10uF0V

VOFF = 0VAMPL = 4mFREQ = 3.5k

Us

3.759V

R250k

Re2.5k

Ce100uF

V4.418V

C1

Q1

Q2N2222

RL3k

0V

0

6.9998mV

6.9996mV

6.9994mV

1.0KHz

V(C1:2)

3.0KHz10KHz Frequency

30KHz100KHz

由图可看出输入电压为6.995mv

V1

12.00V

12Vdc

R175k

Rc3k

C27.527V10uF

0V

10uF0V

VOFF = 0VAMPL = 4mFREQ = 3.5k

Us

3.759V

R250k

Re2.5k

Ce100uF

4.418V

Q2N2222

RL3k

V

C1

Q1

0V

0

514.4mV

514.3mV

514.2mV

514.1mV

1.0KHz

V(RL:2)

3.0KHz10KHz Frequency

30KHz100KHz

可得F=3500HZ时，输出电压为514.191mv

则当RL=3kΩ时，电压放大倍数为514.191mv/6.995mv=74，也满足要求

3、观察输入与输出电压波形

RL=3kΩ时

V1

12Vdc

R175k

Rc3k

C210uF

C110uF

V

Q1

Q2N2222

V

RL3k

R250k

Re2.5k

Ce100uF

VOFF = 0VAMPL = 4mFREQ = 3.5k

Us

0

400mV

200mV

0V

-200mV

-400mV

0s

V(C2:2)

50us

V(C1:1)

100us

150us

200us

250us Time

300us

350us

400us

450us

500us

得输出电压与输入电压波形之间的相位相差180°

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，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=3 kΩ时

V1

12.00V

12Vdc

R175k

Rc3k

C26.984V10uF

0V

10uF0V

VOFF = 0VAMPL = 40mFREQ = 3.5k

Us

V

C1

4.372V

Q1

Q2N2222

RL

3.710V

R250k

Re2.2k

Ce100uF

V

0V

3k

0

2.0V

0V

-2.0V

-4.0V

0s

V(C2:2)

50us

V(C1:1)

100us

150us

200us

250us Time

300us

350us

400us

450us

500us

可知先出现截止失真

(2) 当RL开路时（设RL=1MEGΩ）时

V1

12.00V

12Vdc

R175k

Rc3k

C26.984V10uF

0V

10uF0V

VOFF = 0VAMPL = 40mFREQ = 3.5k

Us

V

C1

4.372V

Q1

Q2N2222

RL

3.710V

R250k

Re2.2k

Ce100uF

V

0V

1MEG

0

4.0V

2.0V

0V

-2.0V

-4.0V

0s

V(C2:2)

50us

V(C1:1)

100us

150us

200us

250us Time

300us

350us

400us

450us

500us

由图可知先出现饱和失真

4、输入电阻测量

V1

12Vdc

R175k

Rc3k

C210uF

C110uF

Q1

Q2N2222

RL

VOFF = 0VAMPL = 40mFREQ = 3.5k

Us

1MEG

R250k

Re2.2k

Ce100uF

0

2.1K

2.0K

1.9K

1.8K

0Hz

5KHz

V(C1:1) / I(C1)

10KHz15KHz20KHz25KHz Frequency

30KHz35KHz40KHz45KHz50KHz

得此时比值为2.0883K，即输入电阻约为2kΩ，理论值Rb1||Rb2||Rbe=1.8KΩ

6、输出电阻测量

去掉输入电源，将输入端短路，把交流电压源VAC（AC=10V）改接在负载RL位置。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。

V1

12Vdc

R175k

Rc3k

C210uF

C110uF

Q1

Q2N2222

10Vac0Vdc

R250k

Re2.2k

Ce100uF

V2

0

2.816K

2.814K

2.812K

2.810K

2.808K

0Hz

5KHz

V(C2:2) / I(V2)

10KHz15KHz20KHz25KHz Frequency

30KHz35KHz40KHz45KHz50KHz

比值为2.816kΩ，即输出电阻为2.8kΩ, 其理论值为3kΩ

7、仿真分析电路的频率特性，并测量放大器的上限截止频率和下限截止频率

V1

12Vdc

R175k

Rc3k

C210uF

V

C110uF

Q1

Q2N2222

R4

VOFF = 0VAMPL = 1mFREQ = 3.5k

V3

R250k

Re2.5k

Ce100uF

1MEG

0

1.0V

0.5V

0V

1.0Hz

V(C2:2)

10Hz100Hz1.0KHz10KHz Frequency

100KHz1.0MHz10MHz100MHz

当为电压为0.707u时，下限频率f1=83.753HZ,上限频率f2=765HZ

8、观察放大器的相频特性曲线

-0d

-100d

-200d

-300d

1.0Hz

Vp(C2:2)

10Hz100Hz1.0KHz10KHz Frequency

100KHz1.0MHz10MHz100MHz

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。

V1

15.00V

744.6uA

R6

1.33k

744.6uA

R2

1.33k

1.489mA0V15Vdc

0

14.01V

14.01V

Q2

Q1

744.6uA

744.6uAQ2N2222

8.227uA

-1.020V-752.8uA

-386.7mV

47uC2

8.227uA

Q2N2222-752.8uA

-386.7mV

Q3

R147k8.227uA

1.506mAQ2N2222

16.40uA

-13.53V

R5

2.689mA

D4

1N4376

R45k2.705mA

-14.26V2.689mA

D5

1N4376

47k8.227uA

-14.18V1.522mA

R3

540

2121

-1.522mA

V2

-15.00V

4.211mA

-15Vdc

0V

0

0

由图，静态工作电流Ic1q=Ic2q=744.6uA ,Ic3q=1.506mA, Vc1=14V,Id=2.7mA

2. 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。

V3

0

15Vdc

R61.33k

R21.33k

V

Q2

Q1

Q2N2222

Q2N2222

C2

47u

Q3

R147k

V1

R547k

D41N4376

R4

D5

5k

1N4376

Q2N2222

R3540

2121

100Vdc

V2

0

-15Vdc

0

15.0V

14.5V

14.0V

13.5V

13.0V

-5.0V-4.0V

V(Q1:c)

-3.0V-2.0V-1.0V0V V_V1

1.0V2.0V3.0V4.0V5.0V

15.0V

14.5V

14.0V

13.5V

13.0V

-5.0V-4.0V

V(Q2:c)

-3.0V-2.0V-1.0V0V V_V1

1.0V2.0V3.0V4.0V5.0V

3. 将输入方式改接为差模输入（取VI1=5

VI2=-5），设置交流分析和瞬态分析。

V3

0

15Vdc

R61.33k

R21.33k

Q2

C347u

Q1

V

Q2N2222

V

C4

Q2N222247u

Q3

R147k

VOFF = 0

VAMPL = 5mFREQ = 1k

V7

R547k

D41N4376

R4

D5

5k

1N4376

Q2N2222

VOFF = 0VAMPL = -5mFREQ = 1k

V6

R3540

2121

V2

0

-15Vdc

0

14.2V

14.1V

14.0V

13.9V

13.8V

0s

V(Q1:c)

0.2ms

V(Q2:c)

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

两端的输出电压的相位差为180°

输入电压和输出电压的波形图：

-388mV

-392mV

-396mV

SEL>>-400mV

V2(C1)

14.2V

14.0V

13.8V

0s

V(Q1:c)

0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms1.0ms Time

1.2ms1.4ms1.6ms1.8ms2.0ms

知Vid=398.791mV时 Vod=14.198V，则电压放大倍数Avd=-103.3

求差模输入电阻

由图可知Vid=4.9653mV时Iid=1.6069uA，则输入电阻为Rid=3.1K

4.将输入方式改接为共模输入（取VI1= VI2=

），设置交流分析

和瞬态分析，计算共模电压放大倍数和共模输入电阻，观察两个输出端电压的相位关系。

V3

0

15Vdc

R61.33k

R21.33k

Q2

C347u

Q1

V

Q2N2222

V

C4

Q2N222247u

Q3

R147k

VOFF = 0VAMPL = 1FREQ = 1k

V7

R547k

D41N4376

R4

D5

5k

1N4376

Q2N2222

VOFF = 0VAMPL = 1FREQ = 1k

V6

R3540

2121

V2

0

-15Vdc

0

14.0104V

14.0100V

14.0096V

14.0092V

0s

V(Q1:c)

0.2ms

V(Q2:c)

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

由图可得：两端的输出电压的相位差为0°

输入电压和输出电压的波形图：

1.0V

0V

SEL>>-1.0V

V(V6:+)

14.0140V

14.0135V

14.0130V

14.0125V

0s

V(R2:1)

0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms1.0ms Time

1.2ms1.4ms1.6ms1.8ms2.0ms

由图可知输入电压为-993.064mV时输出电压为14.014V 则共模电压放大倍数为Avc=Voc/Vic=14.1 双端输入双端输出的波形

1.0V

0V

-1.0V

V(V6:+)

1.0uV

0V

SEL>>

-1.0uV

0s

0.2ms

V(R1:1)- V(R2:1)

0.4ms0.6ms0.8ms1.0ms Time

1.2ms1.4ms1.6ms1.8ms2.0ms

电压放大倍数为0

求共模输入电阻

输入电压和输入电流的波形如下

1.0V

0V

-1.0V

V(V6:+)

40uA

0A

SEL>>-40uA

0s

I(C1)

0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms1.0ms Time

1.2ms1.4ms1.6ms1.8ms2.0ms

由图可知输入电压为Vt=1V时输入电流为Ii=21.369uA 则共模输入电阻为Ric=Vt/Ii=47k

5.将输入方式改接为单端输入，取VI1=10电路中Vo1、Vo2、Vo、

的波形。

，查看差分放大

V3

0

15Vdc

R61.33k

R21.33k

Q2

C347u

Q1

V

Q2N2222

V

Q2N2222

Q3

R147k

VOFF = 0

VAMPL = 10mvFREQ = 1k

V7

R547k

D41N4376

R4

D5

5k

1N4376

Q2N2222

R3540

2121

V2

0

-15Vdc

0

则得到的电压波形vo1、vo2、vo、vE依次列于下

14.25V

14.00V

SEL>>13.70V

V(R1:1)

14.25V

14.00V

13.75V

V(R2:1)

400mV

0V

-400mV

V(R1:1)- V(R2:1)

10mV

0V

-10mV

0s

V(C1:1)

0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms1.0ms Time

1.2ms1.4ms1.6ms1.8ms2.0ms

由图可得：两输出端输出电压相位相差180°，幅值相等。Vo1波形输入波形相位相反,是反相输出端，Vo2波形输入波形相位相同，是同相输出端，

Vo与Vo1完全重合。vo1与vE反相 vo2与vE同相 vo与vE反相，幅值依次为14.198V、14.198V、368.766mV、10mV

6.将输入方式改接为双端输入，取VI1=105

，

VI2=95，查看差分放大电路中Vo1、Vo2、vo、的波形。

V3

0

15Vdc

R61.33k

R21.33k

V

Q2

C347u

Q1

V

Q2N2222V

C5

Q2N2222

1n

Q3

R147k

VOFF = 0

VAMPL = 105mvFREQ = 1k

V7

R547k

D41N4376

R4

D5

5k

1N4376

VOFF = 0VAMPL = 95mFREQ = 1k

Q2N2222

V8

R3540

2121

V2

0

-15Vdc

0

得到的波形vo1、vo2、vo、vE依次列于下：

14.25V

14.00V

13.75V

V(R1:1)14.25V

14.00V

13.75V

V(R2:1)400mV

0V

SEL>>-400mV

V(R1:1)- V(R2:1)100mV

0V

-100mV

0s

0.2ms

V(C1:1)V(V4:+)

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

由图可得：两输出端输出电压相位相差180°，幅值相等。vo1与vE反相 vo2与vE同相 vo与vE反相。

vo1幅值为14.198V，vo2幅值为14.198V，vo幅值为368.760mV，vE1幅

值为105mV，vE2幅值为95mV。与上面单端输入差模信号得到的数据近似相等，说明差模放大电路有很好的共模抑制能力。

三、思考题

1、T1、R3、R4、D1、D2等元件在电路中起什么作用？对电路的静态工作点和共模电压增益、差模电压增益和共模抑制比等指标分别有什么影响？

答： T1、R3、R4、D1、D2构成恒流源，可带有高阻值的动态输入电阻，因而使得电路具有稳定的支流偏置和很强的一直共模信号的能力。它决定了静态工作点过大会引起饱和失真过小则会引起截止失真。

2、用一端接地的毫伏表和示波器等测量仪器，如何测量差分放大电路双端输出电压的幅度和波形？

答：将测量仪器的接地端与电路中地端相连，测量仪器的输入端接在电路的输出端，分别测出输出端对地的电压然后求出双端输出电压。

3、怎样提高差分放大电路的共模抑制比和减小零点漂移？

答：提高共模抑制比的方法：1提高恒流源的内阻；2使用对称性好的元件；3使用较小的射极偏置电阻。减小零点漂移的方法：1使用对称性好的元件；2调节调零电阻

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，学习克服输出中交约失真的方法。

2.学习求最大输出电压范围的方法。二、实验内容

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。

V1

12Vdc

Q1

0

Q2N3904

VV

VOFF = 0VAMPL = 5FREQ = 1000

Vi

Q2

R11k

Q2N3906

V2

12Vdc

0

0

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。在下图中绿色的曲线表示输入波形，红色的曲线表示输出波形。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

0s

V(R1:2)

0.1ms

V(Vi:+)

0.2ms

0.3ms

0.4ms

0.5ms Time

0.6ms

0.7ms

0.8ms

0.9ms

1.0ms

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。

5.0V

0V

-5.0V

-5.0V-4.0V

V(R1:2)V(Vi:+)

-3.0V-2.0V-1.0V0.0V V_Vi

1.0V2.0V3.0V4.0V5.0V

（二）甲乙类互补对称功放电路

为了可服（一）中的交越失真，我们将电路图作如下图所示的修改。

R22k

V1

12Vdc

Q1

0

Q2N3904

D1D1N4148

V

VOFF = 0VAMPL = 5FREQ = 1000

V3

V

R1

D2D1N4148

Q2Q2N3906

20

R3

V2

0

2k

12Vdc

0

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:

5.0V

0V

-5.0V

0s

V(V3:+)

0.1ms

V(Q1:e)

0.2ms

0.3ms

0.4ms

0.5ms Time

0.6ms

0.7ms

0.8ms

0.9ms

1.0ms

其中，红色的曲线表示输出波形，绿色的曲线表示输入波形。有上图可知，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，仿真范围分别为－2V到＋2V，及－12V到＋12V。观察电压传输特性如下可知最大输出电压为－5.3V及＋5V。

2.0V

1.0V

0V

-1.0V

-2.0V

-2.0V

V(Q1:e)

-1.5V-1.0V-0.5V0V V_Vi

0.5V1.0V1.5V2.0V

5.0V

0V

-5.0V

-10V

V(Q1:e)

-8V-6V-4V-2V0V V_Vi

2V4V6V8V10V

3、利用Po=

600m

1VOm

2RL

2

，设置瞬态仿真，观察功率，用游标可知Po＝0.53W。

400m

200m

00s

0.2ms0.4ms

V(R1:2) * V(R1:2) /(2*20)

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

注：Trace Expression中表达式为：（V(out)﹡V(out))/(2﹡20)。游标显示的y1值即为输出功率Po的值

2VCC

VO

4、利用P=RL观察功率Pv的传输特性曲线如下，利用游标知Pv＝

o

1.76W。

2.0V

(246.863u,1.7637)

1.0V

0V

-1.0V

-2.0V

0s

0.2ms0.4ms

2/3.14*12* V(Q1:e)/20

0.6ms

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

1VCCVOVO

PT()

R4L5、利用函数，观察每个功率管的管耗PT，利用游标知PT＝0.615W

400m

(246.863u,301.894m)

2

200m

0

-200m

-400m

0s

0.2ms0.4ms0.6ms0.8ms

0.5* V(Q1:e)* V(Q1:e)/20/(2/3.14*V(Q1:e)*12/20)

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

P1V2VCCVOVO

OO

P2RLRL4VCC，得到效率η＝30％。 V6、利用函数

2

1.0

(246.863u,615.615m)

-0.0

-1.0

-2.0

0s

0.2ms0.4ms0.6ms

1/20*(12*V(Q1:e)/3.14-V(Q1:e)*V(Q1:e)/4)

0.8ms

1.0ms Time

1.2ms

1.4ms

1.6ms

1.8ms

2.0ms

三、思考题

3.如何考虑求解功放电路的最大输出功率和效率？

答：输出电压的幅值与静态偏置电压相等来求解最大输出功率和效率。最大

Vcc2

输出功率为Pom 最大效率为=78.5%

2RL4

实验四方波三角波发生器

一、实验目的

1. 学习使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、实验说明

C1

1n

R4U1-U1-OUT

+OPAMP

R3

R2

OPAMP

R2

OUT

+

1k

1k

0

0

1k1k

D1D1N4735D1D1N4735

0

图4-3 方波和三角波发生电路

分析图4-3电路可知，方波和三角波的振荡频率相同，其值为f=×。

方波的输出幅度由稳压管Dz决定，方波经积分器积分后得到三角波，因此三角

波输出的幅值为Voml=Vz

1. 电路中元件的选择及参数的确定（1）集成运放放大器的选择

由于方波的前后沿时间与滞回比较器的转换速率有关，当方波频率较高或者对方波前后沿要求较高时，应选择高速集成运算放大器来组成滞回比较器。

（2）稳压管的选择

稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，此外方波振幅和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关，为了得到稳定而且对称的方波输出，通常都选用高精度双向稳压二极管，如2DW7.R3是稳压管的限流电阻，其值根据所用稳压管的稳压电流来确定。

（3）分压电阻R1和R2阻值的确定

R1和R2的作用是提供一个随输出方波电压而变化的基准电压，并由此决定三角波的输出幅度。所以R1和R2的阻值应根据三角波输出幅度的要求来确定。

例如，已知Vz=6v，若要求三角波的峰值为Voml=4v,则R1=R2.若取R1=10K欧，则R2=15K欧。当要求三角波的幅值可以调节时，R1和R2则可以用电位器来代替。

（4）积分元件R和C参数确定

R和C的值应根据方波和三角波发生器的振荡频率f0来确定。当分压电阻R1和R2的阻值确定后，先选择电容C的值，然后确定R的值。

对于图4-3所示电路，为了减小积分漂移，应尽量将电容C取大些。但是电容量大的电容，漏电也大，因此通常积分电容应不超过1uf.

2. 方波和三角波发生电路的调试方法

方波和三角波发生电路调试，应使其输出电压幅值和振荡频率均能满足设计要求。为此可用示波器测量方波和三角波的频率和幅值。调整电阻R的阻值，可以改变振荡频率f0;调整电阻R1和R2阻值，可以改变三角波的输出幅度。

三、实验内容

1、仿真分析方波输出端和三角波输出端的电压传输波形：

C1

0.8u

0

0

V2

12Vdc

R

2

780

3

-U3

V

V3

12Vdc

U4

4

V-

OS1

uA741

165

-

V-

4

2

OS1

uA7411

R3

65

0.6k

D1

D1N4735

V

OUT

+12Vdc

+12Vdc

V+R215k

0

OUT

3

OS2V4

V+

OS2V1

7

0

0

R110k

7

0

D2D1N4735

0

8.0V

4.0V

0V

-4.0V

-8.0V

8ms

V(R1:1)

V(R3:2)

10ms12ms14ms Time

16ms18ms20ms

分析：观察输出波形，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，满足实验要求。

观察方波波形，其周期与三角波相同，幅值为8v，满足Vom为8v的要求。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，满足实验最后要求。

2、仿真分析运放组成的滞回比较器的电压传输特性。

0

V3

12Vdc

U4

4

-

V-

2

OS1

uA741

1

R3

65

0.6k

D1

D1N4735

V

+12Vdc

V+R215k

0

OUT

3

OS2V4

R1

VOFF = 0VAMPL = 5FREQ = 1000

V510k

7

0

D2D1N4735

0

0

扫描范围从-6——10V。

10V

5V

0V

-5V

-10V

-6V

V(R2:2)

-4V-2V0V2V V_V1

4V6V8V10V

扫描范围从6— -10V。

10V

5V

0V

-5V

-10V

-10V

V(R2:2)

-8V-6V-4V-2V V_V1

0V2V4V6V

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、实验原理

(1)确定RC串并联选频网络的参数

RC串并联选频网络的参数应根据所要求的振荡频率来确定。为了使RC串并联电路的选频特性尽量不受集成运放输入电阻和输出电阻的影响，应按下列关系来初选电阻R的值：

式中，

＞＞R＞＞

为集

为集成运放的差模输入电阻，一般在几百千欧以上；

成运放的输出电阻，一般在几百欧以下。

（2）确定

和

和的阻值，应根据正弦波振荡电路的起振幅值条件来确定。为了

减小运放的输入失调电流及其温漂的影响，应尽量满足R=

//，即

R==

所以，=R=*16k=23.6k

取标称值=24k，则=2.1=50.4k，由可进一步求出和。

（3）稳幅元件及参数的确定

正弦波振荡电路常用的稳幅措施是根据振荡输出幅度的变化,采用非线性元件来自动的改变放大电路中负反馈的强弱，以实现稳幅目的。

在选择稳幅二极管时应注意以下两点;

a)

从温度稳定性来看，以选用硅二极管为宜。因为硅管比

锗管的温度稳定性好。

b)

为了保证振幅上、下半波对称，两只二极管的特性必须

相同，应注意配对选用。（4）、集成运算放大器的选择

在选择集成运算放大器时，除了要求输入电阻较高和输出电阻较低外，最主要的是要求集成运放的增益带宽积应满足下列关系：A·桥式正弦波振荡电路的调试

首先是调整反馈电阻

，使电路起振，且波形失真最小。如果电路不

，如果波形失真严重，

>3

起振，说明振荡的幅值条件不满足，应适当加大则应适当减小

或

。其次是测量和调整振荡频率，为此应适当改变RC串

并联选频网络的元件参数。

四、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。

D3D1N3900

R247k

D1N3900R3U110k

R1

2

24k

3

-D4

V112Vdc

4

V-

OS1

uA741165

R516k

12Vdc

V

OUT

+

0

V3

V+7

OS2

0

C0.01u

R16k

C50.01u

0

设置瞬态仿真后可得到下图所示的图像

20V

10V

0V

-10V

-20V

0s

V(D3:2)

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(D3:2)

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

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

（一）起振过程及稳定振荡时的输出电压波形（1）起振过程

skip initial transient solution条件下

不在skip initial transient solution条件下

时间选择30ms步长上限0.01ms条件下输出起振波形

（2）稳定输出时

（ 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(D3:2)

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

（6）改变R2的值，电压输出从无到有，从正弦波直至削顶 ①R2=5KΩ时输出波形如下

1.0mV

0.5mV

0V

-0.5mV

-1.0mV

0s

V(D5:2)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

没有输出电压

②R2=40KΩ时输出波形如下

10mV

5mV

0V

-5mV

-10mV

0s

V(D5:2)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

③R2=41KΩ时输出波形如下

40mV

20mV

0V

-20mV

-40mV

0s

V(D5:2)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

输出波形为正弦波

④R2=42KΩ时输出波形如下

800mV

400mV

0V

-400mV

-800mV

0s

V(D5:2)

Time

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

⑤R2=100KΩ时输出波形如下

输出波形被削顶结论：

这三种情况是改变R3的时候改变了电路的闭环电压增益Avf的大小造成的。

1

AF>1时即

R1

3R3时，电路能够正弦振荡 R1

3R3时，电路输出波形失真

1

AF>>1时即

1

AF<1时即

R1

3R3时，电路不能起振

本文来源：https://www.wddqw.com/doc/97657dffb24e852458fb770bf78a6529647d35b3.html

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