EWb计算机电路基础实验指导 实验4 1.docx
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EWb计算机电路基础实验指导实验41
基于ElectronicWorkbench虚拟电子实验室的
计算机电路基础实验指导书
郭迪新编
二○一五年九月修订
目 录
EWB概述
实验一、实验平台的熟悉,基尔霍夫定律
实验二、晶体二极管和三极管的检测
实验三、晶体管单管共射电压放大电路
实验四、负反馈电路
实验五、集成运放基本运算电路
实验六、集成电压比较器设计与调试
实验七、基本门电路的测试
实验八、组合逻辑电路(译码器)
实验九、组合逻辑电路(加法器设计)
实验十、触发器电路分析测试
实验十一、时序逻辑电路(十进制计数器电路设计)
实验十二、555多谐振荡器电路设计
附:
计算机电路基础实验项目表
EWB电路实验概述
EWB英文全称ElectronicsWorkbench,是一种电子电路计算机仿真设计软件,北称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室。
它是加拿大InteractiveImageTechnologiesLtd.公司于1988年开发的,它以SPICE为基础,具有如下突出的特点:
1、EWB具有集成化、一体化的设计环境
2、EWB具有专业的原理图输入工具
3、EWB具有真实的仿真平台
4、EWB具有强大的分析工具
5、EWB具有完整、精确的元件模型
本实验指导书所列入的实验是建立在EWB平台上的,在普通微机上完成的实验。
要求实验者首先要熟悉EWB的基本操作。
实验一、实验平台的熟悉,基尔霍夫定律
实验目的:
熟悉EWB仿真实验平台;
验证基尔霍夫定律、加强对基尔霍夫定律的理解。
实验条件
普通微机、ElectronicWorkbench软件。
实验要求
1、要求在实验前熟悉ElectronicWorkbench软件的基本使用;
2、预习课程相关内容(基尔霍夫定律)、实验电路分析;
3、认真做好实验,并填写实验报告。
实验原理
基尔霍夫定律是电路的基本定理。
测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压,应能分别满足基尔霍夫电流定律(KCL)和电压定理(KVL)。
即对电路中的任一个节点而言,应有∑I=0;对任何一个闭合回路而言,应有∑U=0。
运用上述定理时必须注意各支路或闭合回路中电流的方向。
实验步骤
1、参照实验电路图1.1,在ElectronicWorkbench软件的操作界面中安装有关元件,并连接有关线路(注意:
任何两个元件之间可以用连接点过度,以方便增加连接其他仪表)。
2、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向,如图1-1中的I1、I2、I3所示。
3、将U1、U2两路直流稳压电源分别设定至U1=6V,U2=12V。
4、将数字毫安表的两端接至电路中的三条支路中(串联);记录相应电流值。
5、用直流数字电压表分别测量电阻元件上的电压值,数据填入表1-1中。
6、整理分析实验结果。
根据实验数据,选定实验电路中的任一个节点,验证基尔霍夫电流定律的正确性;根据实验数据,选定实验电路中的任一个闭合回路,验证基尔霍夫电压定律的正确性。
注意:
要求每次只能用一只万用表进行测量。
图1-1实验一电路图
表1-1
待测量
I1(mA)
I2(mA)
I3(mA)
UR1(V)
UR2(V)
UCD(V)
UAD(V)
UDE(V)
计算值
测量值
相对误差
思考
1、在图1-1中,A、D两结点的电流方程是否相同?
为什么?
2、根据图1-1的电路参数,估出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值,记入表中,以便实验测量时,可正确地选定毫安表和电压表的量限。
实验二、晶体二极管和三极管的检测
实验目的:
掌握二极管和三极管的检测方法;
加深对二极管和三极管特性和功能的理解
实验条件
普通微机、ElectronicWorkbench软件
实验要求
1、预习课程相关内容、查阅有关二极管和三极管的资料;
3、认真进行实验并填写实验报告。
实验原理
二极管具有单向导通特性(正向导通、反向截止);
三极管工作在放大区时,三极电流满足:
Ic=βIb,Ie=Ib+Ic,且Vce处于合理值。
此外,可以用万用表测量三极管,以判别各引脚极性。
实验步骤
1、建立仿真电路,如图2.1所示。
2、双击选择开关S,在SwitchPropertiesFault选项中改变开关端口(或单击“空格”键),使D1正向偏置或D2反向偏置。
3、双击电流表A,改变其属性,这里设置:
直流测量,内阻为1纳欧。
观察其显示数值。
D1正偏时,电流表显示10.26mA,D2反偏时,显示0A。
4、选择合适的三极管进行检测(说明:
可以建立一个简单的放大电路进行,也可以用其他方法,可以参考图2.2)。
注意怎样调整参数使三极管处于放大状态。
5、在三极管处于放大状态时,改变输入信号的频率,测试并绘出该三极管的频率特性图。
6、整理分析实验结果。
注:
图中的开关由“基本元件”中调用,默认的控制键是“空格键”,使用是双击开关符合可以修改,从而设置成任意键对其进行控制。
在一个电路中若使用多个开关,必须设置成不同的键控制不同的开关。
图2.1二极管单向导电性仿真电路
图2.2三极管简单测试仿真电路
思考
1、怎样判别二极管(或三极管)是硅材料的还是锗材料的?
2、如果实验中采用的是NPN三极管,那么换成PNP三极管会怎样?
实验三、晶体管单管共射电压放大电路
实验目的:
1、掌握放大器静态工作点的调试及其对放大性能的影响;
2、学习测量放大器Q点,Av,ri,r0的方法,了解共射级电路特性。
实验条件
普通微机、ElectronicWorkbench软件;
器件:
有极性电容、滑动变阻器、三极管、信号发生器、直流电源、示波器。
实验要求
1、预习课程相关内容、对实验电路进行分析计算(静态三参数和动态三参数);
2、认真进行实验、将实验测量数据与分析计算结果比较,填写实验报告。
实验原理
参考教材单管共射极放大电路部分内容。
实验步骤
1、建立仿真电路,如图3.1所示;
2、用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10KHz)用示波器可观察输入、输出信号如图3.2所示,图中VA表示输入电压(电路中的节点4)VB为输出电压(电路中的节点5)。
注意观察波形图,可观察到电路的输入、输出电压信号反相位关系。
3、可以改变信号源的正弦信号参数(幅值和频率),观测示波器波形变化。
并记录;
4、整理分析实验结果。
注:
图中矩形小框内的数字是“节点号”,即该框边上的节点(黑色实心点)编号。
双击电路中任何节点,都可以弹出有关对话框,从而进行有关设置。
图3.1共射级单级放大器仿真电路
图3.2共射极放大电路的输入、输出波形
由图3.2可得:
放大器的放大倍数:
Av=801.54mv/4.97mv=161.3
理论计算:
rbe=300+(1+β)×26mv/IE=300+26mv/IBQ=300+26mv/0.0226mA=1450Ω
Av=-βRL′/rbe=250×1000Ω/1450Ω=172.4
(其中RL′为RL与Rc的并联值,β的值约为250)
实验结果与理论值基本相符
放大器的放大倍数:
Av=832.24mv/4.97mv=167.45
理论计算:
rbe=300+(1+β)×26mv/IE=300+26mv/IBQ=300+26mv/0.0226mA=1450Ω
Av=-βRL′/rbe=250×1000Ω/1450Ω=172.4
(其中RL′为RL与Rc的并联值,β的值约为250)
实验结果与理论值基本相符
思考
1、如果三极管改用PNP型,如何进行测试?
实验四、负反馈电路
实验目的:
1、加深理解放大电路中引入负反馈的方法;
2、学习负反馈放大电路主要性能指标的测试方法;
3、研究负反馈对放大器各项性能指标的影响
实验条件
普通微机、ElectronicWorkbench软件;
器件:
双踪示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、晶体三极管2、电阻器、电容器若干
实验要求
1、预习课程相关内容、掌握负反馈放大电路有关知识;
2、对实验电路进行分析计算。
实验原理
实验步骤
1、建立仿真电路,如图4.2所示(
2、各级静态工作点测量:
VB、VC、VE、和IC的值,并与理论值进行比较;
第一级:
VBQ=R6/(R5+R6)V2=36/(36+75)*12=3.9V
IEQ=(VBQ-VBEQ)/(R1+R7)=(3.9-.07)/(4..3+0.1)=0.73mA
VE=VBQ-VBEQ=3.2V
ICQ≈IEQ=0.73mA
VCEQ=V2-ICQ*(R1+R2+R7)≈4.3V
第二级:
VBQ=R10/(R9+R10)V2=24/(24+75)*12=3.0V
IEQ=(VBQ-VBEQ)/(R4+R12)=(3.0-.07)/(1+0.5)=1.53mA
VE=VBQ-VBEQ=2.3V
ICQ≈IEQ=1.53mA
VCEQ=V2-ICQ*(R3+R4+R12)≈2.5V
在误差允许的范围内,计算值与理论值相符
3、去掉反馈通路(断开反馈支路的连接),测量基本放大器的各项性能指标:
中频(f=1KHz,Us约10mV正弦信号)电压放大倍数Au,输入电阻Ri和输出电阻Ro;
RL’=R2||R9||R10RL=R3||R14
rbe1=300+(1+β)*26(mA)/IE1rbe2=300+(1+β)*26(mA)/IE2
Au=Au1*Au2=uo1/ui1*uo2/ui2=-βRL’/[rbe1+(1+β)R7]*(-βRL/[rbe2+(1+β)R12])
Au=Uo/Ui≈139
输入电阻Ri=Ui/Ii=24.3K欧输出电阻Ro=R3=4.7K欧
4、恢复反馈通路(直接连通反馈支路),重复上面步骤的测量;
Au=Uo/Ui≈16
输入电阻Ri=Ui/Ii=24.3K欧输出电阻Ro=R3=4.7K欧
5、将两组实验数据(表4.1)进行比较分析,认真填写实验报告。
通过仿真数据得出,当接入反馈网络后,电压的放大倍数减小,但放到倍数的稳定性得到提高,波形失真程度减小。
图4.2负反馈放大器仿真电路
表4.1实验数据记录
基本放大器
Ui(mv)
UO(V)
AV
Ri(KΩ)
RO(KΩ)
10
1.39
139
24.3
4.7
负反馈放大器
Ui(mv)
UO(V)
AV
Ri(KΩ)
RO(KΩ)
10
0.16
16
24.3
4.7
思考
1、如何进一步提高该实验电路的反馈深度?
答案:
减小输出电阻或增大输入电阻。