模电实验Word格式.docx
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ComponentEditing(元件编辑)按钮用于在Multisim2001中修改元器件件,或者添加元件。
一般情况下不使用这个按钮,因为Multisim2001已经提供了数量相当可观的元器件库。
Instrmnent(仪器)设计按钮缺省时也是选被选中的,用户界面中显示出仪器工具条,其上的每一个按钮代表一种仪器或仪表。
通过这个工具条可以把各种仪器和仪表连接到电路中。
Simulate(仿真)按钮用来操作开始运行、暂停或停止电路的仿真过程,是仿真操作的另一种控制方式。
仿真运行时按钮上的绿色正弦波线会不断地从左向右移动。
Analysis(分析)按钮用来选择想要对电路执行的各种分析。
Postprocessor(后期处理器)按钮用于对仿真结果做进一步的操作。
VHDL/VerilogHDL按钮允许删VHDL模拟来进行运算。
Report(报告)按钮用于打印电路的情况报告(如元件列表、元件细节、仪器列表等)。
Transfer(传送)按钮用于同PCB设计软件进行通讯并把设计结果输出到PCB程序。
这个按钮也可以把仿真结果输出到一个诸如MathCAD和Excel的程序。
1.4定制Multisim2001界面
用户可以根据具体的情况自己来定制任意风格的Multisim2001界面,包括工具条、电路颜色、页面尺寸、缩放水平、自动备份间隔、符号系统(ANSI或DIN)以及打印设置等等。
定制后的设置单独与所使用的电路文件保存在一起。
因此,用户可以,比如说,对一个电路用广种颜色方案而对另一个电路用另一种颜色方案。
用户也可以针对个别情况或者是整个电路而覆盖原来的设置(例如,把某个具体元件的颜色从红色改成橙色)。
要为电路设置缺省的电路显示选项,选择“0pions/Preferences”菜单命令。
首选项屏幕显示出来,其中提供了6个选项标签,同时,“Circuit(电路)”标签处于激活(选中)状态。
通过这个标签可以控制电路的显示颜色和显示细节。
如下图1-2所示。
图1-2用户首选项窗口
2构建电路
2.1启动电路文件
要开始构建电路文件,只需运行Multisim2001即可。
Multisim2001将自动地打开一个空的电路文件以便可在其中进行操作。
运行Multisim2001时见到的电路窗口,具有它自己的基于先前设置值的缺省颜色、大小和显示选项。
通过使用弹出菜单,可以修改这些选项以适合需要。
2.2在电路中放置元件
现在准备开始为电路放置元件。
缺省情况下,“Components”设计栏按钮
是选中的并且元件工具条是可见的。
如果工具条不可见,请检查“Components”设计栏按钮是否按下。
需要用来产生电路的元器件分成几个组或元件盒。
每个元件盒由元件工具条中的一个按钮来表示。
把光标放到这些按钮上单击就可打开相应的元件盒,元件盒中包含着代表各种元件系列的许多按钮,如图1-3。
Transistors,三极管
Basic,基本元件
,电源
Sources,电源
Controls,控制器
Misc,其它
Indicators,指示器
Mixed,混合芯片
CMOS,CMOS芯片
TTL,TTL芯片
Analog,电源
ElectroMechanical
RF,射频
Miscdigital,其它
Diodes,二极管
图1-3元件工具条
需要放置元件时,点击该元件所在的系列按钮,然后从中选择。
例如放置一个直流电压源,点击Basic按钮,选择直流电压源;
又如放置一个电阻,点击Basic按钮选择电阻。
如图1-4。
可以对所放置的元件的属性进行修改,方法为:
双击该元件,弹出属性对话框,如图1-5。
(a)(b)
图1-4放置元件
图1-5修改元件属性
也可以对元件的放置位置或其他显示属性进行修改,方法为:
右击元件,弹出属性,如图1-6。
图1-6修改元件显示属性
2.3元件连线
在Multisim2001中,可以选择自动连线方式连接元件。
自动连线,Multisim2001的独特功能,意味着Multisim2001在选中的引脚之间选择最佳路径自动地进行导线连接。
自动的连线避免连线穿过其他的元件或与另外的连线重叠。
自动连线的方法:
1.光标指向某元件的引脚时,光标会变成一个十字叉符号,指示此时电路正处于连线模式中,单击鼠标开始连线操作;
2.光标上会有一根虚线随着光标一起移动;
在光标移动过程中,右击取消该条连线;
3.将光标移至要连接的另一元件的引脚,单击,连线会从虚线变成实线,两个元件自动地用导线连在了一起;
4.删除某连线时,用光标选中,按Delete键删除。
2.4添加文本到电路中
Multisim2001允许添加一个标题框及文本到电路中以对电路进行注释。
添加标题框,选择“View/ShowTitleBlockandBorder”菜单命令。
标题框显示在电路窗口的底部右侧。
编辑标题框,选择“0ptions/ModifyTitleBlock”菜单命令。
在域中输入想要的文本并单击“0K”按钮。
添加文本:
1.选择“P1ace/P1aceText”菜单命令。
2.在电路窗口中想要放置文本的地方单击。
显示出一个文本框。
3.输入文本——例如,输入“Mytutorialcircuit”(只能输入英文)。
4.在电路窗口的其他地方单击,文本将显示在电路中。
5.要删除文本,在文本框上右击并从弹出的菜单中选择“Cancel”命令或按“DELETE”键。
6.要改变文本颜色,在文本框上右击,从弹出的菜单中选择“Color”命令,然后选择希望的颜色。
7.要编辑文本,在文本框上双击并做修改。
在文本框外任意位置单击停止编辑文本。
8.要移动文本,在文本框上单击并把它拖拽到新的位置。
3添加仪器到电路中
3.1介绍
Multisim2001提供了许多的虚拟仪器,用这些仪器来测量电路的性能。
这些仪器就像它们的真实设备一样进行设置、使用及读数。
它们看起来感觉就像在实验室中见过及使用过的仪器一样。
仪器工具条是缺省显示的。
如果仪器工具条没有显示出来,请检查设计栏上的“Instrument”按钮的状态。
仪器工具条上的每一种仪器用一个按钮代表,如图1-7所示。
图1-7仪器工具条
仪器中最常用的是万用表、信号发生器和示波器,下面对这三种仪器重点介绍。
3.2万用表
万用表可以测量电压、电流、电阻和波特率。
万用表使用简单,用于对测量精度要求不高的场合。
在仪器工具条上选中万用表然后再电路上点击,即可添加一个万用表xmm1;
双击该万用表,弹出属性框,即可设置该表的参数。
如图1-8。
图1-8万用表及其属性框
3.3信号发生器
信号发生器可产生各种幅值和频率的正弦波、锯齿波和方波,用作信号源。
信号发生器及其属性框如图1-9。
图1-9信号发生器及其属性框
注意:
信号发生器在连接时,必须有一个引脚接地。
3.4示波器
示波器可以同时测量电路中两个地方的电压波形、瞬态值,并进行比较和分析,是功能比较强大、控制比较复杂的仪器。
示波器如图1-10。
图1-10示波器
示波器的连接注意事项:
G点接地,A、B分别连接电路中需测量的位置。
双击示波器可弹出属性框,在电路未运行时属性框中无显示,电路运行时属性框显示出波形图及其他参数,如图1-11。
图1-11示波器的属性框(运行中)
现对图中各区域分别说明:
1.波形图显示区域用于显示电压波形;
2.2个垂直光标表示2个运行瞬时,用于测量电压瞬时值,测量结果显示在垂直光标读数区内;
3.时间轴控制区域用于控制显示波形的时间轴控制,其中Scale控制时间轴刻度,Xposition控制时间轴(X轴)初始位置;
4.信号A控制区域用于控制信号A的显示,其中Scale控制信号A的显示刻度,Yposition控制信号A(Y轴上)的显示初始位置,AC按钮表示带纹波的显示,0按钮表示不显示(一般用于屏蔽该信号以观察另一信号),DC按钮表示不带纹波的显示;
5.信号B控制区域用于控制信号B的显示,其中Scale控制信号B的显示刻度,Yposition控制信号B(Y轴上)的显示初始位置,AC按钮表示带纹波的显示,0按钮表示不显示(一般用于屏蔽该信号以观察另一信号),DC按钮表示不带纹波的显示。
4运行电路
Multisim2001电路运行后,可通过仪器观察电路运行状况;
若要修改电路,则停止运行后修改。
暂停电路用于观察、分析仪器读数。
Multisim2001运行、暂停电路有4种方式:
1.在菜单Simulate上选择Run、Pause;
2.按快捷键F5运行和停止,按F6暂停;
3.在工具栏上按仿真按钮
,选择其中的Run和Pause;
4.在工具栏上按
运行和停止,按
暂停。
实验二电阻电路分析
1.进一步学习和掌握Multisim2001仿真系统的组成及其使用方法;
2.复习巩固电阻电路的分析方法。
1.电阻电路的基本分析方法;
2.电阻电路的基本定律、定理。
1.万用表、电流表、电压表;
2.直流电压源、直流电流源、电阻若干。
(一)基尔霍夫电流定律(KCL)
建立如图2-1的电路。
图中的电阻从Basic元件盒的真实电阻库中选取,直流电压源和接地从Sources元件盒选取,电流表取自Indicators元件盒。
1.运行电路,记录下各电流表的读数;
2.用KCL求R3支路的电流IR3和R5支路的电流Iout。
图2-1KCL应用电路
(二)基尔霍夫电压定律(KVL)
建立如图2-2所示的电路。
图2-2KVL应用电路
1.运行仿真,记录电压表的读数;
2.用KVL求电阻R2和R3两端的电压VR2和VR3。
(三)叠加定理
建立如图2-3所示的电路。
图2-3叠加定理的应用电路
1.根据迭加定理,分别建立V1和I1单独作用时的电路。
V1单独作用时,Il应当处开路状态;
I1单独作用时,VI应当用短路线来代替。
在两种情况下,都在电阻R1两端并联上电压表,在电阻R2支路中串联进电流表。
运行仿真后,先后读取V1单独作用时的电压表读数VV1、电流表读数IV1,和电流源单独作用时的电压表读数VI1、电流表读数II1。
由迭加定理可得:
VR1=VV1+VI1
IR2=IV1+II1
2.在图2-3中,直接在电阻R1两端并联上电压表,在电阻R2支路中串联进电流表。
运行仿真,读取电压表与电流表的读数为V’Rl和I’R2。
并将读数与第1步中的计算结果比较,以验证实验的正确性。
(四)戴维南定理
建立如图2-4的电路。
现要把a、b两点左边的电路用戴维南等效电路代替。
1.运行仿真,读取流过电阻RL的电流值IRL及其两端的电压降VRL,记录后停止仿真;
2.将电阻RL和电流表删除,把电压表直接连接在电路的a、b两点,运行仿真。
读取电压表的读数,记录后停止仿真。
此时的电压表显示即为开路电压Voc;
3.将电压源V1用短路连线代替,电压表用万用表代替(万用表设定在电阻档位),运行仿真。
读取万用表的电阻显示值,记录后停止仿真。
此时的万用表显示即为等效电阻Ro(亦即Rab);
4.根据以上的测量,建立如下图2-5所示的电路。
5.运行仿真,记录电流表与电压表的读数分别为I’RL和V’RL;
比较第1步中记录的电流值和电压值,验证戴维南等效电路的正确性。
图2-4戴维南定理的应用电路
图2-5戴维南等效电路
(五)诺顿定理
建立如图2-6的电路。
现要把a、b两点左边的电路用诺顿等效电路代替。
图2-6诺顿定理的应用电路
1.运行仿真,读取流过电阻RL的电流值IRL及两端的电压降VRL的读数;
2.将RL电阻和电压表删除,把电流表直接连接在电路的a、b两点,运行仿真。
读取电流表的读数,记录后停止仿真。
此时的电流表显示即为短路电流Isc;
3.将电压源V1用短路连线代替,电流表用万用表代替(万用表设定在电阻档位),运行仿真。
此时的万用表显示即为等效电阻Ro;
4.根据以上的测量,建立如下图2-7所示的电路。
图2-7诺顿等效电路
实验三二极管电路分析
1.掌握二极管的基本应用
2.掌握二极管电路的分析方法
3.学习信号发生发生器、示波器的使用方法
4.学习参数分析的使用方法
1.PN结与二极管的正向和反向特性
2.二极管的分类和主要参数
3.稳压二极管的特性和主要参数
1.函数信号发生器、示波器、电流表和电压表
2.虚拟二极管、虚拟稳压管、虚拟电阻器、虚拟电容器
3.实际电阻若干
4.电容器:
100uF
5.二极管:
1N4001、1N4007、1N41486
6.稳压二极管:
1N758、1N7517.
7.开关:
SPDT、SPST
二极管的特性实际上就是PN结的特性,PN结的重要特性之一就是单向导电性,电子线路中经常利用这个特性来设计整流电路、限幅电路、钳位电路等等。
当二极管一开始正向偏置时,二极管的电流并不立即增加,而是要在外加电压超过死区电压VT(硅为0.5V,锗为0.1V)后,二极管的电流才开始按指数规律增加。
当外加电压超过导通电压(硅为0.7V,锗为0.3V)时,二极管的电流迅速增加。
二极管表现为一个很小的电阻,外加电压的微小变化(如0.1V)就会引起二极管电流的较大变化,为保证二极管的正常工作,不同的二极都规定有最大整流电流值IL不允许二极正向电流的增加超过这个值,否则二极管损坏。
当二极管反向偏置时,表现为一个很大的电阻,此时二极管只有一个很小的反向饱和电流IS流过,外加反向电压的变化并不会引起反向电流的增大,IS数值基本恒定不变。
当外加反向电压超过一定的数值VB(反向击穿电压)时,PN结就会被反向击穿,反向电流急剧上升,但其两端的电压却相对稳定。
除稳压二极管外,其它的二极管都不允许工作时的外加反向电压超过它的耐压值。
稳压二极管,又叫做齐纳二极管,是一类特殊的二极管,它是专门设计用来工作在反向击穿状态的,利用的正是二极管反向击穿时,反向电流变化比较大,而两端的反向电压却只有很小变化的特点。
同样,稳压二极管也规定了一个最大齐纳电流值IR,不允许稳压管工作时的稳压电流超过这个最大值。
除以上的两种广泛应用二极管以外,还有发光二极管(LED)、变容二极管、光电二极管等二极管在电子技术中也得到了普遍的应用。
在这个实验中,我们只观测一般的二极管和齐纳二极管。
一般的二极管是整流、限幅、钳位、开关等电路中的主要元件:
齐纳二极管主要用于小功率稳压、限幅、电压参考等用途。
(一)整流电路
1.半波整流电路
半波整流电路可以把输入的AC电压转变成脉动的直流电压。
建立如图3-1所示的电路。
图中的二极管型号为1N4001,它的最大平均整流电流IF=1A,所能承受的最大反向峰值电压VR=50V。
元件从“Diodes”元件盒的“DIODE”元件系列中选取。
交流电压源从虚拟仪器工具条中选取信号发生器,双击图标打开面板后,把它输出设置为正弦波输出,幅值为24V,频率为50Hz。
输出电压的波形从虚拟仪器工具条中选取示波器观察,双击图标打开面板后把A、B通道均设为DC耦合模式,分辨率为10V/DIV。
图3-1半波整流电路
1.打开示波器的面板显示,以观测输入和输出电压的波形。
运行仿真,当示波器至少显示出两个完整的信号波形后,停止仿真。
2.用示波器的光标量测输入电压的峰-峰值VPP(in),输出电压的峰值VP(out)。
3.屏敝A通道的输入波形(A通道的耦合模式设为0),观察并绘出输出电压的波形。
(注意:
输出电压的峰值比输入电压的峰值小VD伏)
4.计算输出电压的平均电压Vage和负载平均电流计算流过每一个二极管的整流电流IRL。
2.全波整流电路
建立如图3-2所示的电路。
信号发生器输出10V/50Hz的正弦波电压信号。
1.运行仿真,用示波器观察in、out两点的波形;
2.读取它们的峰值电压VP(in)、VP(out);
3.计算输出电压的平均电压Vage和负载平均电流计算流过每一个二极管的整流电流IRL。
图3-2全波整流电路
3.桥式整流电路
建立如图3-3的电路。
交流电压源输出有效值为AC220V/50Hz的正弦波电压信号。
1.运行仿真,用示波器观察电路输出的波形;
2.读取它们的峰值电压VP;
图3-3桥式整流电路
(二)稳压管电路
建立如图3-4所示的电路。
图3-4并联稳压电路
电路中的稳压管型号是1N758,从“Diodes”元件盒的“ZENER'
’元件系列中选取。
它的参数是:
齐纳电压Vz=10V,最大齐纳电流IZM=35mA,最大齐纳电阻ZZT=17Q,反向电流IR=0.1uA。
开关J1用来控制一个产生电压波动的模拟电路。
开关型号为SPDT,从“Basic”元件盒的“SWITCH'
负载电阻RL为虚拟电阻。
1.操纵开关J1,使开关接通地线端。
运行仿真,根据读出的稳压管的反向电流(齐纳电流Iz)和流过负载的负载电流IRL,计算流过电阻Rs的源电流Is;
2.用下面的表达式,计算输出电压Vout,并与带负载时测得的输出电压Vout(FL)相比较;
Vout=VZ+IZ×
ZZT
3.把负载电阻RL换成200Ω、1kΩ、5kΩ、10kΩ等几种阻值,分别观察负载电流和齐纳电流;
4.断开负载电阻RL,观测源电流IS齐纳电流IZ和无负载时的输出电压Vout(NL),把此时的输出电压与上面计算的输出电压相比较;
5.根据下面的公式计算电压调整率:
6.操纵开关J1,使接通电压波动模拟电路:
连接上负载电阻,阻值改为2kΩ。
打开示波器的面板显示,将A通道的耦合方式设为AC模式,屏敝B通道,调整A通道的分辨率为200mV/DIV,观察输入纹波,测量它的峰-峰值Vin(ripple)。
同样,将B通道的耦合方式设为AC模式,屏敝A通道,调整B通道的分辨率为20mV/DIV,观察输出纹波了,测量它的峰-峰值Vout(ripple)。
(三)二极管限幅电路
1.正向限幅电路
图3-5是一个利用二极管进行正向限幅的电路,它把输入信号的正半周限制在一定的电压,而负半周则基本可以完整输出。
建立如图电路。
图3-5二极管正向限幅电路
信号发生器输出振幅为3V、频率为200Hz的正弦波。
用示波器观察输出波的波形,并测量输出波的正向峰值和反向峰值。
这个限幅电路将输入信号限制在什么样的电压上?
2.负向限幅电路
图3-6是一个负向限幅的电路,建立如图电路。
图3-6二极管负向限幅电路
(四)二极管钳位电路
建立如图3-7的电路。
该电路利用二极管把输入信号钳位在某一个DC电压上,但与限幅电路比,输出信号的形状并未改变。
图中的电容和二极管均采用虚拟元件,信号发生器输出振幅5V、频率1KHz的正弦波。
图3-7二极管钳位电路
五、思考题
1.试总结半波整流、全波整流和桥式整流三种整流方式各有什么优缺点?
2.在限幅电路中,如果要把输入信号限制在-V~+V(V<
Vd)的范围内,应当怎样使用二极管呢?
3.稳压二极管是专门设计用来工作在击穿区的,如果把两个稳压二极管的正极或负极连在一起,替换电路中的稳压管,电路能能正常工作吗?
输出有什么变化?
4.试分析钳位电路的工作原理。
实验四单级低频放大电路分析
1.掌握按照给定的技术指标设计三极管放大电路的方法
2.掌握三极管放大电路静态工作点的设置与调整方法
3.掌握三极管放大电路的基本性能指标及其测试方法
1.三极管的工作原理、特性、参数和分类
2.三极管放大电路的图解分析和微变等效电路分析方法
3.三极管放大电路的性能指标及计算方法
1.函数信号发生器、示波器、万用表
2.晶体三极管:
2N3394
3.电阻器、电容器若干,开关:
SPST
试设计一个单级、低频、阻容耦合式的晶体三极管放大电路,放大电路要放大的信号为1KHz的正弦波电压,VP(in)=10mV,信号源内阻Rs=600Ω。
放大电路的负载RL=3KΩ。
要求:
1.电路性能稳定、供电电压为+12V;
2.放大倍数AV>
50;
3.输入电阻Ri>
2KΩ,输出电阻Ro<
3KΩ;
4.下限频率fL<
100Hz、上限频率fH>
200KHz。
该电路的形式选用射极偏置的共发射极的电路形式,如图4-1。
三极管选用2N3394。
图4-1射极偏置放大电路
(一)计算电路参数
电路形式和三极管确定之后,我们需要确定电路中各个电阻和电容的值(合称电路参数)。
计算电路参数的方法是:
首先估计电路的静态工作点和动态参数,根据估计值进行估算。
对于图4-1的放大电路,要使其工作在放大区,要求的静态工作点:
VBQ=3V~5V
ICQ=0.5m