集成电路试验报告.docx
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集成电路试验报告
本科生实验报告
实验课程现代集成电路应用
学院名称信息科学与技术学院
专业名称信息工程（电子方向）
学生姓名田斌
学生学号201213010220
指导教师林凡强
实验地点5721
实验成绩
二〇一五年四月二〇一五年六月
目录
实验一负反馈放大器电路3
一实验目的3
二实验原理3
三实验仪器与设备4
四实验内容4
五实验总结6
实验二基于Multisim数字电路仿真实验6
一、实验目的6
二、实验内容6
三、实验原理7
四、实验步骤7
实验三逻辑电平测试器设计10
一、实验目的及要求10
二、实验原理10
三、实验内容11
第一部逻辑信号电平测试电路原理图11
第二部分三个主要部分的分解电路分析12
四、实验总结14
实验一负反馈放大器电路
一实验目的
掌握负反馈放大器电路的设计方法，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指标的影响。
二实验原理
负反馈在电子电路中的作用：
改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带，但同时也会使放大器的放大倍数降低。
负反馈的几种状态：
电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。
本实验以电压串联为例，分析负反馈对放大器指标的影响。
1.下图为带有电压串联负反馈的两极阻容耦合放大器电路，在电路中通过Rr把输出电压Uo引回到输入端，家在晶体管T1的发射极上，在发射极电阻Rf1上形成反馈电压Uf。
主要性能指标如下：
（1）闭环电压放大倍数Ar=Av/1+AvFv,Av为开环放大倍数。
图1为带有电压串联负反馈的两极阻容耦合放大器
（2）反馈系数Fv=RF1/Rf+RF1
（3）输入电阻R1f=（1+AvFv）RfRf为基本放大器的输入电阻
（4）输出电阻Rof=Ro/（1+AvoFv）Ro为基本放大器的输出电阻Avo为基本放大器Rl=∞时的电压放大倍数。
2.本实验还需测量放大器的动态参数，即去掉图1的反馈作用，得到基本放大器电路如下图2
图2基本放大器
三实验仪器与设备
Multisim虚拟仪器库
四实验内容
图1带有电压串联负反馈的两级阻容耦合放大器
图1所示为带有负反馈的两级阻容耦合放大电路，在电路中通过R13把输出电压引回到输入端，加在晶体管Q1的发射极上，在发射极电阻R6上形成反馈电压。
根据反馈的判断法可知，它属于电压串联负反馈。
（a）无负反馈
（b）有负反馈
图2负反馈对放大器失真的改善
（a）中示波器输出信号失真较严重，通过开关Key=A的闭合，（b）中输出波形失真得到很明显的改善。
图3未加负反馈时放大电路的幅频特性
图4加入负反馈放大电路的幅频特性
引入负反馈后，放大电路总得通频带得到了展宽。
五实验总结
不能用负反馈来改善输入失真，因为电路所接受的信号本身就是失真的，即使
经过负反馈调节的输出波形正常其所得的信号也是失真的。
其中
式中，
为基本放大器（无反馈）的电压放大倍数，既开环电压放大倍数；
为反馈深度，其大小决定了负反馈对放大器性能改善的程度。
实验二基于Multisim数字电路仿真实验
一、实验目的
1.掌握虚拟仪器库中关于测试数字电路仪器的使用方法，入网数字信号发生器和逻辑分析仪的使用。
2.进一步了解Multisim仿真软件基本操作和分析方法。
二、实验内容
用数字信号发生器和逻辑分析仪测试74LS138译码器逻辑功能。
三、实验原理
实验原理图如图所示：
四、实验步骤
1.在Multisim软件中选择逻辑分析仪，字发生器和74LS138译码器；
2.数字信号发生器接138译码器地址端，逻辑分析仪接138译码器输出端。
并按规定连好译码器的其他端口。
3.点击字发生器，控制方式为循环，设置为加计数，频率设为1KHz，并设置显示为二进制；点击逻辑分析仪设置频率为1KHz。
相关设置如下图
五、实验数据及结果
逻辑分析仪显示图下图
实验结果分析：
由逻辑分析仪可以看到在同一个时序74LS138译码器的八个输出端口只有一个输出为低电平，其余为高电平.结合字发生器的输入，可知.在译码器的G1=1，G2A=0，G2B=0的情况下，输出与输入的关系如下表所示
输入
输出
C
B
A
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
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1
0
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1
1
0
1
1
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0
0
1
1
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0
1
1
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1
0
1
1
1
1
1
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0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
当G1=1，G2A=0，G2B=0中任何一个输入不满足时，八个输出都为1
六、实验总结
通过本次实验，对Multisim的基本操作方法有了一个简单的了解。
同时分析了38译码器的功能，结果与我们在数字电路中学到的结论完全一致。
实验三逻辑电平测试器设计
一、实验目的及要求
逻辑电平测试器综合了数字电路和低频电子线路两门课的知识要求学生自己设计，并在Multisim电子工作平台上进行仿真。
培养学生的综合应用能力。
培养学生进行工程设计的能力。
1.理解逻辑电平测试器的工作原理及应用。
2.掌握用集成运放构建逻辑电平测试器的方法。
3.掌握逻辑电平测试器的调整和主要性能指标测试方法。
二、实验原理
逻辑信号电平测试器采用声音和指示灯来表示被测信号的逻辑状态，高电平和低电平用不同的声调和指示灯表示。
本文设计的电路采用了电压比较器和RC桥式正弦振荡电路实现对信号幅度检测、鉴别和音频的产生。
电路中使用了集成运算放大器、集成运算放大器、NPN晶体管、PNP晶体管9012、电位器、发光二极管、普通二极管等。
本电路有五部分组成：
电源、输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路、指示灯点电路。
主要的设计在于三个部分，即逻辑判断电路、音响电路和指示灯电路。
设计调试完成的电路可实现对高电平和低电平的逻辑判断。
在低电平UL<0.8V，500Hz的音响响起，绿色指示灯亮；在高电平UH>3.5V，1000Hz的音响响起，红色指示灯亮。
当被测信号在0.8—3.5V之间时，既不是高电平，也不是低电平，音响电路不发出声音，指示灯不亮。
三、实验内容
第一部逻辑信号电平测试电路原理图
该图为测试电路的原理图，各部分的标号以后面的分解电路的标号为准。
该图为模拟仿真图，Vcc初设的幅值为5V，调试流程中的标号将在后面分解后的电路图中给出。
逻辑信号电平测试器共有五部分组成。
它们分别是电源、输入电路、逻辑状态判断电路、音频产生电路、指示灯电路。
按照原理图调试成功的电路可实现声音和指示灯表示被测信号的逻辑状态。
具体来说是：
U<0.8V时被认为是低电平，500Hz的声音响起，绿色指示灯点亮；U>3.5V时被认为是高电平，1000Hz的声音响起，红色指示灯点亮；介于两者之间的被测电压不认为是低电平或者高电平，电路不发出声音，也不会点亮指示灯。
系统调试流程：
1.连接RC振荡电路部分，利用示波器观察集成运算放大器A3和A4的输出端u01和u02的电压波形是否满足设计要求。
2.连接输入和逻辑判断电路部分，调节输入电压Ui，利用数字万用表测试集成运算放大器A3和A4的输出端A和B，是否满足设计要求。
3.连接输出电路部分，缓慢调节输入电压Ui，观察输入电压变化时，发光二极管如何变化，音频如何让变化。
第二部分三个主要部分的分解电路分析
逻辑状态判断电路：
应用电压比较器进行模拟信号电压幅度的检测和鉴别。
Ui是被测信号，A1和A2为两个运算器，利用A1和A2分别与它们外围电路组成两个电压比较器。
当被测电压Ui<0.8时，A1反相端大于同相端电压，使A1输出端电压为负电源电压，经过二极管VD1后，UA为低电平（0V）。
A2的反相端电压小于同相端电压，使A2输出端电压为正电源电压，经过二极管和稳压管作用后，UB为高电平（5.1V）。
当Ui在0.8-3.5V时，UA为高电平，UB为低电平。
输入电路：
由R1和R2组成。
电路作用是保证测试器输入端Ui悬空时，既不是高电平也不是低电平。
一般情况下，在输入端悬空时使Ui为2.5V。
根据技术指标要求输入电阻大于20KΩ，故
R2Ucc/（R1+R2）=1.4V且R1R2/（R1+R2）>20KΩ
计算可得到R1=71KΩ，R2=27.6KΩ。
取标称值：
R1=75KΩ,R2=30KΩ
R3和R4的作用是给A1的反相端输入提供一个3.5V的参考电压，因此要求
R3Ucc/（R3+R4）=3.5V
R3和R4取值过大容易引入干扰，过小则耗电量大，工程上一般去几十千欧到几百千欧，所以取
R3=30KΩ，R4=68KΩ。
R5和R6的作用是给A2的同相输入端提供一个0.8V的参考电压，因此要求
R6Ucc/（R5+R6）=0.8V
同理选取
R5=68KΩ，R6=13KΩ。
音频产生电路：
利用RC桥式正弦振荡电路实现，RC串并联电路及时正反馈电路，又是选频电路。
为了产生频率为1KHz的正弦波，选取C1=C2=10nF，R10=R13=15KΩ；为了产生频率为500Hz的正弦波，选取C3=C4=10nF，R15=R14=31KΩ。
二极管的作用是实现自动限幅。
利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性，达到自动调节负反馈的目的。
当起振之初，振幅较小，尚不足以使二极管导通，二极管的正向电阻较大，使运算放大器的负反馈很弱，增益很高，因此可以很快建立起振荡。
而后，随着振荡幅度的增大，二极管导通，二极管的正向电阻逐渐变小，运算放大器的负反馈加深，增益自动下降，直到电路达到振幅平衡条件，振幅停止增加，电路达到稳定。
电位器R12和R19可用来调节振荡幅度的大小。
指示灯电路：
由发光二极管，限流电阻和NPN型晶体管组成，同样利用UA、UB来控
制晶体管V5和V6的通断。
1.当输入电压小于0.8V时，UB为高电平绿色发光二极管点亮。
2.当输入电压大于3.5V时，UB为低电平，UA为高电平红色发光二极管点亮。
3.当输入电压大于0.8V小于3.5V时，指示灯不亮。
四、实验总结
测试输出：
当输入大于3.5V时，输出为1KHz的音频，红色二极管发光；当输入小于0.8V时，输出为500KHz的音频电路，绿色二极管被点亮。
介于0.8和3.5V之间时，无输出响应。
学生实验心得
在这几次课程的学习中，学会了如何去分析电路，分析过程把整个电路分为三部分进行分析，称之为分解电路。
分解电路Multisim10.0软件进行绘制与仿真，在模拟过程中遇到了不少问题。
不过在老师和同学的帮助下，已经解决了问题，对于书本上的知识有了新的理解和体会，对于Multism软件的功能大致有了一个了解，并掌握了一定的电路仿真方法。
我在这次大作业的过程，感觉到自行设计和修改电路的难度很大，自己在电路仿真仍有不少欠缺之处，不过在将来的生活和工作中，我会付出更多的努力去丰富自己。
学生（签名）：
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指导教师（签名）：
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