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第四部分 电 子 电 路 仿 真 实 验

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2006-05-11 22:16:18





第四部分 电 子 电 路 仿 真 实 验
4.6 实 验
[要点提示]
1、实验4.6.1 放大器静态工作点对动态范围的影响
2、实验4.6.2晶体管放大电路通频带扩展
3、实验4.6.3 电压比较器特性研究
4、实验4.6.4 LC振荡器
5、实验4.6.5 编码器及其应用
6、实验4.6.6 同步二进制加法计数器的设计与调试
7、实验4.6.7 数字钟的设计与调试
8、实验4.6.8 不同数列数字显示电路的设计与调试
9、实验4.6.9 阶梯波发生器的设计与调试

[内容简介]

实验4.6.1 放大器静态工作点对动态范围的影响

一、实验目的
1．学习创建、编辑EWB电路的方法。
2．练习虚拟模拟仪器的使用。
3．通过观察和测试不同静态工作点下动态范围的不同，了解静态工作点的设置对晶体管放大电路动态范围的影响。

二、实验内容
1． 创建如图4.6.1所示的仿真实验电路。实验电路中晶体管的参数选用默认值，电位器阻值变化一次的幅度设置为5﹪。
2．调节Rp 使它等于3KΩ，运行电路，测出Ic，用示波器观察输出电压波形，并测量输出电压动态范围。
3. 调节Rp 使它分别等于1.5KΩ、15KΩ、30KΩ，测出相应的Ic值和输出电压动态范围。

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图4.6.1 放大器静态工作点对动态范围的影响实验电路
三、实验报告
1．自拟表格，整理实验数据。
2．分析总结放大器静态工作点对动态范围的影响。
3．回答思考题。

四、思考题：
1．输出波形失真的原因有哪些？怎样克服？
2．如果Rb2短路，放大器会出现什么故障？

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实验4.6.2晶体管放大电路通频带扩展

一、实验目的
1．通过观察和测量电压串联负反馈放大电路的频率特性，了解负反馈电路能够扩展通频带的特性。
2．练习EWB的交流分析和参数扫描分析功能。
二、实验内容
1．创建如图4.6.2所示的仿真实验电路。实验电路中的晶体管参数选用默认值。
2. 开关打向“2”断开反馈支路，选择分析菜单中的AC frequency项对实验电路进行交流分析，从幅频特性上测出通频带BW。
3. 开关打向“1”，接通反馈支路，重复2的测量。
4. 选择分析菜单的Parameter Sweep项，对实验电路进行参数扫描分析，选择待扫描分析的元件为Rf2。参数的起始值为1 KΩ，终值为50 KΩ。扫描类型为线型，扫描步长为10 KΩ。待分析节点为输出节点，扫描类型选为交流分析。观察Rf2不同时的幅频特性，并作记录。

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图4.6.2 晶体管放大电路通频带扩展实验电路
三、 实验报告
1. 整理实验数据，分析反馈支路开路和接通时，BW不同的原因。
2. 对参数扫描分析的结果进行总结。
3. 回答思考题。

四、思考题
1. 负反馈放大电路频带的展宽是以牺性放大器的什么为代价的，它能无限展宽频带吗？
2. 改变信号源幅度的大小，影响放大电路的幅频特性吗？为什么？

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实验4.6.3 电压比较器特性研究

一、 实验目的
1. 通过实验进一步了解电压比较器的工作原理。
2. 学习电压比较器传输特性的测量方法。
3. 研究参考电压和反馈系数对传输特性的影响。
4. 进一步练习EWB实验电路的创建和分析功能。

二、实验内容

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图4.6.3 单限电压比较器实验电路 图4.6.4 迟滞电压比较器实验电路
1．单限比较器
⑴ 用集成运算放大器μA741构成一单限电压比较器，电路如图4.6.3。
⑵ 设基准电压Vr=2V，从 Ui端输入一高电平3V，低电平0V，周期为100μS的方波，用示波器观察输入、输出波形。
⑶ 输入电压Ui为 ﹣5V～+5V的直流扫描电压，利用直流扫描分析功能，测量传输特性。
⑷ 设基准电压Vr=0V，输入电压为峰值2V，频率1KHZ的正弦波，观测输入、输出电压波形，并说明电路功能。
2. 迟滞电压比较器
⑴ 用专用集成比较器LM311构成迟滞电压比较器，电路如图4.6.4。
⑵ 设R1=R2=10 KΩ，输入电压Ui是峰值为5V，周期20μS的三角波，观测当VR分别为2V、﹣2V时的输入、输出电压波形，从波形上确定上、下触发电平VⅠ、VⅡ，画出电路的传输特性，讨论VR对传输特性的影响。
⑶ 设VR=0V R1=10 KΩ，输入电压波形同（2），观测R2分别为10 KΩ、5 KΩ时的输入、输出电压波形，确定其上下触发电平VⅠ、VⅡ，讨论反馈系数FV＝R1/（R1+R2）对传输特性的影响。
三、实验报告
1．整理实验数据，在坐标纸上画出观测到的波形，根据实验内容的要求，进行分析讨论。
2．回答思考题。

四、思考题
1．在单限电压比较器的实验内容（4）中VR＝0V，若输入信号的峰峰值为1V，含2V直流成分，比较器的输出信号是怎样的？
2. 参阅窗口比较器的资料，设计一比较电路来调选晶体管，要求把β值在90～110之间的晶体管挑选出来并用发光二极管作为指示。请画出电路图，选定元件参数，使之满足上述要求。

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实验4.6.4 LC振荡器

一、实验目的
1. 进一步了解LC振荡器的工作原理。
2. 研究反馈系数对起振点的影响。
3. 研究静态工作电流对振荡频率f O和振荡幅度的影响。

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图4.6.5 LC振荡器实验电路
二、 实验内容
1. 创建电容三点式LC振荡器，电路如图4.6.5。连接测试仪器。
2. 调节Rb1，使Ic≈1mA
3. 调节C3 分别等于20pF、160pF，用示波器观测输出波形，并测量振荡频率的变化范围f omin～f omax，确定f O＝6.5MHz时C3的取值。
4. C1 C2取如下不同值（反馈系数F不同），用瞬态分析功能测量起振点，填表4.6.1。
表4.6.1

C1 (pF)100110120680680680
C2 (pF)150010006801205020
F
起振点(μS)
5. 调节Rb2 改变电路静态工作电流，Ic取如下不同值，用示波器测量，振荡频率f O和幅值VP﹣P,填表4.6.2。

表4.6.2

Ic (mA) 0.51.01.52.0
Vp﹣p (V)
f o (MHz)
三、 实验报告
1. 整理实验数据，计算f o＝6.5MHz时C3的值，并与实验中确定的值比较。
2. 分析总结反馈系数对起振点的影响。
3. 分析总结静态工作电流对振荡频率和幅度的影响。
4. 回答思考题。

四、 思考题
1. 反馈系数过大或过小对LC振荡器的起振有益吗？为什么？
2. 为什么随工作电流的增加，振荡器的频率会升高？
3. Ic太大或太小会使振荡幅度增加还是下降？为什么？

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实验4.6.5 编码器及其应用

一、 实验目的
1. 加深理解编码器的逻辑功能。
2. 掌握WEB中的数字集成电路的使用方法。
3. 练习虚拟数字仪器的使用。
4. 练习WEB中的指示元件的使用。

二、 实验内容
1. 8线—3线二进制编码器功能测试
(1) 表４.6.3是８线—３线二进制编码器的真值表，根据此真值表写出各输出逻辑函数的表达式，在EWB的电路设计区创建用“或门”实现的逻辑图。

表4.6.3 ８线—３线二进制编码器真值表

输 入输 出
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
Y2 Y1 Y0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
(2) 从仪器库中选择字信号发生器，将图标下沿的输出端口连接到电路的输入端，打开面板，按照真值表中输入的要求，编辑字信号并进行其它参数的设置。
（3）从仪器库中选择逻辑分析仪，将图标左边的输入端口连接到电路的输出端，打开面板，进行必要合理的设置。
（4）从指示元件库中选择彩色指示灯，接至电路输出端。
（5）单击字信号发生器“Step”（单步）输出方式，记录彩色指示灯的状态（亮代表“1”，暗代表“0”）。记录逻辑分析仪所示波形与真值表比较。
2. 编码器的应用
（1）从数字集成电路库中选择74LS148优先编码器，按“F1”键了解该集成电路的功能。（74LS148在EWB中的型号是74148）。
(2) 用74LS148和门电路，设计一个呼叫系统，要求有1—5号五个呼叫信号，分别用五个开关输出信号，1号优先级最高，5号最低。用指示器件库中的译码数码管显示呼叫信号的号码，没有呼叫信号时显示“0”，有一个呼叫信号时，显示该呼叫信号的号码，有多个呼叫信号时显示优先级最高的号码。

三、 实验报告
1. 整理8线—3线二进制编码器的测试结果，说明电路的功能。
2. 画出用74LS148构成的呼叫系统的电路图，说明设计原理。
3. 回答思考题。

四、 思考题
1. 74LS148优先编码器的优先权是如何设置的，结合真值表分析其逻辑关系。
2. 译码数码管的管脚有四个，74SL148的输出代码仅有三位，多余的管脚应如何处理？为什么？

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实验4.6.6 同步二进制加法计数器的设计与调试

一、 实验目的
1. 了解同步时序逻辑电路的分析方法和设计。
2. 熟悉同步二进制加法计数器的逻辑功能。

二、 实验内容
1. 用D触发器设计一个同步三位二进制加法计数器，要求具有置零功能。
2. 在EWB的电路设计区创建设计好的实验电路，三位输出端接彩色指示灯和逻辑分析仪，CP脉冲的频率设为1Hz。
3. 调试：
(1) 打开逻辑分析面板进行参数设置。
(2) 计数器置零。
(3) 单击“O/I”开关，计数器计数，记录彩色指示灯的状态和逻辑分析仪显示的计数器各输出端波形。

三、 实验报告
1. 画出完整的同步三位二进制加法计数器的逻辑电路图，说明设计原理。
2. 整理记录的数据，给出该计数器的状态和时序图。
3. 简述调试过程。

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实验4.6.7 数字钟的设计与调试

一、 实验目的
1. 了解同步十进制集成计数器74160的功能。
2. 掌握利用同步十进制集成计数器构成任意进制计数器的设计方法。

二、 实验内容
1. 以EWB数字集成电路库中的74160为主要器件，设计一个数字显示电子钟,要求如下：
(1) 具有时、分、秒计数显示功能，以24小时循环。
(2) 用六只译码显示管分别显示时、分、秒的个位和十位。
(3) 具有清零功能。
(4) 用信号源库中的时钟脉冲源做计数秒信号。
2. 根据设计结果创建实验电路。
3. 仿真，调试。

三、 实验报告
1. 简述总体方案，画出框图。
2. 时、分、秒单元电路的设计。
3. 画出总体逻辑电路图。
4. 简述调试中遇到过哪些问题，是如何解决的。
5. 整理测试数据,依据仿真结果，分析是否满足设计要求。

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实验4.6.8 不同数列数字显示电路的设计与调试

一、 实验目的
1. 掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路的设计方法。
2. 通过数字小系统的设计，提高综合运用所学知识的能力。

二、 实验内容
1. 以EWB数字集成电路库中的7490为主要器件，设计一个不同数列数字显示电路，要求如下：
（1） 以译码数码管为显示元件，它能自动地依次显示出数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列）和0、1、2、3、4、5、6、7、0、1（音乐符号数列），然后又依次显示出自然数列、奇数列、偶数列、音乐符号数列，如此周而复始，不断循环。
（2）接通电源手动清零，然后按上述规律显示。
（3）用时钟脉冲源作计数信号，每个数字的显示时间相等，显示时间为1秒左右。
2. 依据设计结果创建实验电路。
3. 仿真、调试。

三、 实验报告
1. 简述设计思想、总体方案，画出框图。
2. 单元电路设计。
3. 画出总体电路图。
4. 简述调试步骤，调试中遇到的问题，解决办法。
5. 整理测试数据,依据仿真结果，分析是否满足设计要求。
6. 总结实验体会。

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实验4.6.9 阶梯波发生器的设计与调试

一、 实验目的
1. 了解D/A转换电路的工作原理。
2. 掌握用集成运算放大器设计D/A转换电路。

二、 实验内容
1. 以集成运算放大器和集成计数器为主要器件，设计一个阶梯波发生器，要求输出如图4.6.6所示波形。周期为2ms。用时钟脉冲源作计数器的计数脉冲。
2. 依据设计结果，创建实验电路。
3. 仿真、调试。

三、 实验报告
1. 简述设计思想、总体方案，画出框图。
2. 单元电路设计。
3. 画出总体电路图。
4. 简述调试步骤，调试中遇到的问题，解决办法。
5. 整理测试数据,依据仿真结果，分析是否满足设计要求。

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图4.6.6 阶梯波发生器输出波形
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