EWb计算机电路基础实验指导 实验4 1资料.docx

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EWb计算机电路基础实验指导实验41资料

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。