模拟电路虚拟实验.docx

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模拟电路虚拟实验

《模拟电路》虚拟实验

用户手册

北京邮电大学

网络教育技术研究所

二○○九年八月

一、系统使用说明

本系统是针对大学专科、本科《模拟电路》实验课程配套开发的可在网上开展的虚拟实验，系统模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境，提供网上实验管理功能。

可满足高校和各类培训机构实验教学环节的需要，尤其适用于远程教学。

1、实验环境

1.1整体界面

实验操作平台界面包括实验平台、器材栏和属性栏三部分，属性栏位置可自由移动（单击边框，鼠标拖动）。

如图1-1所示。

图1-1整体界面

实验区：

在此区域中，搭建实验电路，进行实验操作，仪表读数等。

器材栏：

提供当前实验所要使用的器材。

使用器材的图标和相应描述文字进行显示和说明。

属性栏：

提供用户在实验区中所选择的器材的属性和和对复杂器材的操作。

2、实验操作

2.1器材栏

2.1.1器材栏概述

2.1.1.1器材栏种类

实验平台提供十二大类100种实验器材模型。

器材名称及型号如图1-2所示：

✧电阻：

57种常用阻值的电阻、1个可自定义阻值的电阻和1个滑动变阻器

✧电容：

9种常用电容值的电容和1个可自定义电容值的电容

✧电感：

2种常用电感值的电感和1个可自定义电感值的电感

✧二极管：

2种一般二极管和2种稳压管

✧结型场效应管：

2种JFET-NJF场效应管和2种JFET-PJF场效应管

✧双极型晶体管：

2种BJT-PNP晶体管和3种BJT-NPN晶体管

✧仪器仪表：

数字直流电流表、数字直流电压表、数字交流电流表、数字交流电压表、万用表、信号发生器、示波器、直流稳压电源、功率计

✧集成运算放大器：

μA741集成运算放大器

✧三端稳压器：

LM7805CT三端稳压器

✧线性变压器：

TS_PQ4_10变压器

✧桥堆：

1B4B42桥堆

✧开关：

单刀单掷开关、单刀双掷开关

普通电阻：

普通电容：

结型场效应管：

双极型晶体管：

一般二极管：

电感：

三端稳压器

线性变压器

桥堆

滑动变阻器

集成运算放大器：

常用集成运算放大器

μA741

信号发生器：

数字直流电压表：

数字直流电流表：

数字交流电压表

数字交流电流表

功率计

单刀单掷开关

单刀双掷开关

万用表：

直流稳压电源：

示波器：

图1-2器材栏小图标含义

2.1.1.2器材实物栏

器材实物栏由各类器材实物及符号显示，呈树状。

点击器材树的结点处，可以打开或收起各类器材列表。

2.1.2器材栏操作

2.1.2.1显示和关闭器材栏

在实验平台任意位置单击鼠标右键，弹出如图1-3窗口，点击【显示器材栏】，弹出器材实物栏及器材属性窗口，如图1-4所示，从器材实物栏中可以选择实验所需要的器材。

当器材栏窗口处于显示状态下，在实验平台任意位置单击鼠标右键，弹出如图1-5的关闭器材栏窗口。

点击【关闭器材栏】，器材实物栏及属性将被隐藏。

图1-3显示器材栏窗口

图1-４器材栏及器材属性窗口

图1-5关闭器材栏窗口

2.2实验台

2.2.1器材操作

2.2.1.1添加器材

选择器材栏的某个器材并单击鼠标左键，然后将光标移动到实验平台的合适位置（这期间可以放松鼠标左键），再单击左键，这时，系统会自动在该器材实物的四周加上红框，如图1-6所示，表示该器材的有效操作区域，现在的所有操作都是针对它进行的。

于是所选器材实物将被添加到实验平台上。

图1-6添加器材

2.2.1.2移动器材

实验器材添加到实验平台上后，可以自由移动器材的位置。

选中器材后，单击左键并拖动，器材随光标在实验平台内任意移动，直到位置满意为止，放开左键，器材在新位置上显示出来。

2.2.1.3删除器材

选择实验平台的器材，单击右键会出现如图1-7所示的菜单。

菜单中包含“关闭器材栏”、“删除器材”、“属性”三项功能。

单击【删除器材】，出现如图1-8所示的对话框，点击【确定】按钮即可完成删除该器材的操作。

图1-7右键菜单

图1-8删除器材

将鼠标移到实验平台的空白处，点击右键出现如图1-9所示的菜单，点击【删除全部器材】，出现如图1-10所示的对话框，点击【确定】按钮，可将平台上的全部器材删除

图1-9删除所有器材

图1-10删除全部器材

2.2.2器材连线

实验区的器材，均有接线处。

器材节点（接线处）用黑色圆环表示。

当光标在某一节点附近，光标变成小手形状，此时单击左键，从此点拖出蓝色导线。

导线随光标位置移动。

当光标靠近另一个黑色圆环时，在圆环处单击左键，完成连线，导线固定。

导线的删除：

单击某一导线，导线变粗，右键单击导线，弹出菜单选择删除导线。

导线没有属性栏。

导线特性如下：

（1）导线为直线，且只能为竖直或水平方向。

（2）两条导线可交叉，互不影响。

（4）两条导线除节点可相同外，不能出现重合部分。

（5）导线可拐弯，拖出待连导线后，在任意空白处单击左键，可作为固定的拐点。

点击右键表示放弃连线。

（6）同一节点可同时连接多根导线。

2.3属性栏

2.3.1概述

每一器材的属性栏均由“属性设置”和“使用说明”两页组成。

单击按钮处可以显示相应的内容。

利用“属性设置”页可实现对数字直流电流表、数字直流电压表、万用表、信号发生器、示波器五种器材的实际按钮、按键等的操作。

对电阻、电容、电感等器材进行参数和名称设置。

“使用说明”页用文字介绍该器材的使用方法和注意事项。

2.3.2属性栏操作

2.3.2.1属性栏的显示

1、器材栏中的全部器材都有对应的属性栏。

导线没有属性栏。

2、通过在在器材上点击右键选择“属性”，可以显示属性栏。

3、所有器材的属性栏可以同时显示。

2.3.2.2属性栏的移动和关闭

1、属性栏移动

将光标移动到属性栏的最上方横条框处，左键单击后拖动，放开左键，属性栏移动到当前虚线框停留的位置。

2、关闭属性栏

点击属性栏的“确定”或者关闭按钮就可关闭属性栏。

2.3.2.3属性栏具体操作

1、属性设置页

在属性栏中的属性设置页面中，可以对当前器材的属性进行设置。

2、使用说明页

在属性栏中，选择“使用说明”，在这里可以对当前器材的功能进行解释说明。

3、各器材具体属性

普通电阻

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

通过“参数设置”页可对电阻的“器材名称名称”及“电阻值”两个可变参数进行设置（见图1-11）：

【名称】默认名字为“Rn”。

n=0,1,2,3…

在向实验区放置一个新的电阻时，系统默认它的名称中的n的取值为：

当前平台上的电阻个数减一。

如平台上已有3个电阻，新放置的第4个电阻的名称将自动设置为“R3”。

直接在“器材名称”编辑框内填写，然后点击“确定”，就可以给电阻改名。

可输入中文、英文（大小写均可）或数字以及其他符号。

【电阻值】默认电阻值为2000欧姆。

图1-11

直接在“电阻值”编辑框内填写新的电阻值，然后点击“确定”，就可以改变该电阻的阻值。

也可以点击编辑栏旁边的下拉箭头，选择电阻值。

固定电阻只能改变器材名称，不能改变电阻值。

电容

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

通过“参数设置”页可对电阻的“器材名称”及“电容值”两个可变参数进行设置（见图1-12）：

【名称】默认名字为“Cn”。

n=0,1,2,3…

在向实验区放置一个新的电容时，系统默认它的名称中的n的取值为：

当前平台上的电容个数减一。

如平台上已有3个电容，新放置的第4个电容的名称将自动设置为“C3”。

直接在“器材名称”编辑框内填写，然后点击“确定”，就可以给电容改名。

可输入中文、英文（大小写均可）或数字以及其他符号。

【电容值】默认电阻值为0.01uF。

图1-12

直接在“电容值”编辑框内填写新的电容值，然后点击“确定”，就可以改变该电容值。

也可以点击编辑栏旁边的下拉箭头，选择电容值。

固定电容只能改变器材名称，不能改变电容值。

电感

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

通过“参数设置”页可对电阻的“器材名称”及“电感值”两个可变参数进行设置（见图1-13）：

【名称】默认名字为“Ln”。

n=0,1,2,3…

在向实验区放置一个新的电感时，系统默认它的名称中的n的取值为：

当前平台上的电感个数减一。

如平台上已有3个电感，新放置的第4个电感的名称将自动设置为“L3”。

直接在“器材名称”编辑框内填写，然后点击“确定”，就可以给电感改名。

可输入中文、英文（大小写均可）或数字以及其他符号。

图1-13

【电感值】默认电感值为10mH。

直接在“电感值”编辑框内填写新的电感值，然后点击“确定”，就可以改变该电感值。

也可以点击编辑栏旁边的下拉箭头，选择电感值。

固定电感只能改变器材名称，不能改变电感值。

直流稳压电源

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

直流稳压电源输出电压-36.9～+36.9v，LED显示屏可显示电压调节值。

正负电压输出按钮，当按钮弹起时输出的是正电压，按下按钮则输出负电压。

数字直流电压表

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

数字直流电压表的量程为：

3mV、30mV、300mV、3V、30V、300V

数字直流电流表

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

数字直流电流表的量程为：

0.2mA、2mA、20mA、200mA、2A、20A

数字交流电压表

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

数字交流电压表的量程为：

3mV、30mV、300mV、3V、30V、300V

数字交流电流表

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

数字交流电流表的量程为：

0.2mA、2mA、20mA、200mA、2A、20A

万用表

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

直流电压有5个量程，分别为200mV、2V、20V、200V、1000V；交流电压有5个量程，分别为200mV、2V、20V、200V、750V；直流电流有4个量程，分别为2mA、20mA、200mA、20A；交流电流有4个量程，分别为2mA、20mA、200mA、20A；电阻有7个量程，分别为200Ω、2KΩ、20KΩ、200KΩ、2MΩ、20MΩ、200MΩ；电容有5个量程，分别为200uF、2uF、200nF、20nF、2nF。

信号发生器

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

1、电源开关按键

2、波形选择按键：

正弦波

3、波形选择按键：

方波

4、波形选择按键：

三角波

5、确定按键

6、复位按键

7、振幅衰减按键

8、振幅调节旋钮

9、频率粗调旋钮

10、频率微调旋钮

11、振幅数值显示屏

12、频率单位选择按键：

1Hz

13、频率单位选择按键：

10Hz

14、频率单位选择按键：

100Hz

15、频率单位选择按键：

1KHz

16、频率单位选择按键：

10KHz

17、频率单位选择按键：

100KHz

18、频率单位选择按键：

1MHz

19、频率数值显示屏

示波器

可进行相应的属性设置以及查看使用说明。

1、输出通道1的波形

2、输出通道2的波形

3、同时输出通道1和通道2的波形

4、通道1纵轴位置调节旋钮

5、通道1纵轴增益调节旋钮，刻度值可在面板图上直接读出

6、通道2纵轴位置调节旋钮

7、通道2纵轴增益调节旋钮，刻度值可在面板图上直接读出

8、横轴位置调节旋钮

9、横轴增益调节旋钮，刻度值可在面板图上直接读出

10、波形显示屏

11、电源开关按键

二、典型实验

1、典型实验指导书

1.1实验一：

单管交流放大电路

【实验目的】

a）熟悉电子元器件和模拟电路实验箱

b）掌握放大电路静态工作点的调试方法及其对放大电路性能的影响

c）学习测量放大电路Q点，AV，ri，ro的方法，了解共射极电路特性

d）学习放大电路的动态性能

【实验器材】

1.示波器

2.信号发生器

3.数字万用表

【实验步骤】

1、装接电路与简单测量

图2.l基本放大电路

a）用万用表判断实验箱上三极管V的极性和好坏，电解电容C的极性和好坏。

b）按图2.1所示，连接电路（注意：

接线前先测量+12V电源，关断电源后再连线），将RP的阻值调到最大位置。

2、静态测量与调整

a）接线完毕仔细检查，确定无误后接通电源。

改变RP，记录IC分别为2mA、3mA、4mA、5mA时三极管V的β值。

注意：

Ib和Ic的测量和计算方法

测Ib和Ic一般可用间接测量法，即通过测Vc和Vb，Rc和Rb计算出Ib和Ic（注意：

图2.2中Ib为支路电流）。

此法虽不直观，但操作较简单，建议初学者采用。

直接测量法，即将微安表和毫安表直接串联在基极（集电极）中测量。

此法直观，但操作不当容易损坏器件和仪表。

不建议初学者采用。

b）按图2.2接线，调整RP使VE=2.2V，计算并填表2.1。

图2.2工作点稳定的放大电路

表2.1

实测

实测计算

VBE（V）

VCE（V）

Rb（KΩ）

IB（μA）

IC（mA）

3、动态研究

a）按图2.3所示电路接线，调Rb使Vc为6V。

b）将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，VP-P为500mV，接至放大电路的A点，经过R1、R2衰减（100倍），Vi点得到5mV的小信号，观察Vi和VO端波形，并比较相位。

c）信号源频率不变，逐渐加大信号源幅度，观察VO不失真时的最大值并填表2.2。

表2.3

给定参数

实测

实测计算

估算

Vi（mV）

VO（V）

5K1

2K2

5K1

2K2

d）保持Vi=5mV不变，空载时调VC到6V，放大电路接入负载RL，按表2.3中给定不同参数的情况下测量Vi和VO，并将计算结果填表中。

表2.3

给定参数

实测

实测计算

估算

Vi（mV）

VO（V）

5K1

2K2

5K1

2K2

e）Vi=5mV（RC=5.1K断开负载RL），减小RP，使Vc＜4V，可观察到（VO波形）饱和失真；增大RP，使Vc＞9V，将R1由5.1K改为510Ω（即：

使Vi=50mV），可观察到（VO波形）截止失真，将测量结果填入表2.4。

表2.4

输出波形情况

小

合适

大

4、测放大电路输入，输出电阻

a）输入电阻测量。

在输入端串接一个5K1电阻如图2.4，测量VS与Vi，即可计算ri。

图2.4输入电阻测量

b）输出电阻测量（见图2.5）

图2.5输出电阻测量

在输出端接入可调电阻作为负载，选择合适的RL值使放大电路输出不失真（接示波器监视），测量带负载时VL和空载时的VO，即可计算出rO。

将上述测量及计算结果填入表2.5中。

表2.5

测算输入电阻（设：

RS=5K1）

测算输出电阻

实测

测算

估算

实测

测算

估算

VS（mV）

Vi（mV）

RL=∞

RL=

RO（KΩ）

1.2实验二：

晶体管共射极单管放大电路

【实验目的】

1、学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。

2、掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。

3、熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

【实验器材】

1、＋12V直流电源　　　　　　　2、函数信号发生器

　　3、双踪示波器　　　　　　　　　4、万用表

5、直流电压表6、直流毫安表

　　7、晶体三极管BJT-NPN型

电阻器、电容器若干

【实验步骤】

图1-1

　　实验电路如图1－1所示。

各电子仪器，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。

1调试静态工作点

接通直流电源前，先将RW调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零。

接通＋12V电源、调节RW，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V），用直流电压表测量UB、UE、UC及用万用电表测量RB2值。

记入表1－1。

表1-1IC＝2mA

测量值

计算值

UB（V）

UE（V）

UC（V）

RB2（KΩ）

UBE（V）

UCE（V）

IC（mA）

2测量电压放大倍数

在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui

10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值，并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系，记入表1－2。

表1－2Ic＝2.0mAUi＝mV

（KΩ）

（V）

观察记录一组uO和u1波形

2.4

∞

1.2

∞

2.4

3观察静态工作点对电压放大倍数的影响

置RC＝2.4KΩ，RL＝∞，Ui适量，调节RW，用示波器监视输出电压波形，在uO不失真的条件下，测量数组IC和UO值，记入表1－3。

表1－3　　　　RC＝2.4KΩRL＝∞Ui＝　　mV

IC（mA）

2.0

UO（V）

　　测量IC时，要先将信号源输出旋钮旋至零（即使Ui＝0）。

4观察静态工作点对输出波形失真的影响

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，ui＝0，调节RW使IC＝2.0mA，测出UCE值，再逐步加大输入信号，使输出电压u0足够大但不失真。

然后保持输入信号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出u0的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表1－4中。

每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。

表1－4RC＝2.4KΩRL＝2.4KΩUi＝　　mV

IC（mA）

UCE（V）

u0波形

失真情况

管子工作状态

2.0

5测量最大不失真输出电压

置RC＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ，按照实验原理2.4）中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器RW，用示波器和交流毫伏表测量UOPP及UO值，记入表1－5。

表1－5RC＝2.4KRL＝2.4K

IC（mA）

Uim（mV）

Uom（V）

UOPP（V）

1.3实验三：

场效应管放大电路

【实验目的】

e）了解结型场效应管的性能和特点

f）进一步熟悉放大器动态参数的测试方法

【实验器材】

1、＋12V直流电源　　　　2、函数信号发生器

　　3、双踪示波器　　　　　4、万用表

　　5、直流电压表　　　6、结型场效应管JFET-NJF型

电阻器、电容器若干。

【实验步骤】

1、静态工作点的测量和调整

图3－1结型场效应管共源级放大器

c）按照图形连接电路，令ui＝0，接通＋12V电源，用直流电压表测量UG、US和UD。

检查静态工作点是否在特性曲线放大区的中间部分。

如合适则把结果记入表3－1。

d）若不合适，则适当调整Rg2和RS，调好后，再测量UG、US和UD记入表3－1。

表3－1

测量值

计算值

UG（V）

US（V）

UD（V）

UDS（V）

UGS（V）

ID（mA）

UDS（V）

UGS（V）

ID（mA）

2、电压放大倍数AV、输入电阻Ri和输出电阻RO的测量

a）AV和RO的测量

在放大器的输入端加入f＝1KHz的正弦信号Ui（≈50～100mV），并用示波器监视输出电压u0的波形。

在输出电压u0没有失真的条件下，用交流毫伏表分别测量RL＝∞和RL＝10KΩ时的输出电压UO（注意：

保持Ui幅值不变），记入表3－2。

表3－2

测量值

计算值

ui和uO波形

Ui（V）

UO（V）

RO（KΩ）

RL＝∞

RL＝10K

　　用示波器同时观察ui和uO的波形，描绘出来并分析它们的相位关系。

b）Ri的测量

图3－2输入电阻测量电路

按图3－2改接实验电路，选择合适大小的输入电压US（约50－100mV），将开关K掷向“1”，测出R＝0时的输出电压U01，然后将开关掷向“2”，（接入R），保持US不变，再测出U02，根据公式

求出Ri，记入表3－3。

表3－3

测量值

计算值

U01（V）

U02（V）

Ri（KΩ）

1.4实验四：

负反馈放大器

【实验目的】

g）加深理解放大电路中引入负反馈的方法和负反馈对放大器各项性能指标的影响。

【实验器材】

1、　＋12V直流电源　　　　　2、　函数信号发生器

　　3、　双踪示波器　　　　　　4、万用表

　　5、直流电压表　　　　　　6、晶体三极管BJT-NPN型

　　电阻器、电容器若干。

【实验步骤】

1．测量静态工作点

按图4－1连接实验电路，取UCC＝＋12V，Ui＝0，用直流电压表分别测量第一级、第二级的静态工作点，要求

。

记入表4-1。

表4－1

UB（V）

UE（V）

UC（V）

IC（mA）

第一级

第二级

2．测试基本放大器的各项性能指标

保持1的静态工作点，将实验电路按图4－2改接，即把Rf断开后分别并在RF1和RL上，其它连线不动。

a）测量中频电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO。

以f＝1KHZ，Ui约2mV正弦信号输入放大器，用示波器监视输出波形uO，在uO不失真的情况下，用交流毫伏表测量US、Ui、UL，记入表4－2。

表4-2

基本放大器

（mv）

（V）

（KΩ）

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