电子线路虚拟仿真实验项目.docx

1、电子线路虚拟仿真实验项目电子线路虚拟仿真实验项目课程介绍及课件2-1名称方波-三角波发生电路2-2实验目的掌握集成运算放大器的特点、性能及使用方法；掌握电压比较器电路的分析和计算；学会测试同相滞回电压比较器的方法；掌握积分电路的测试和分析方法；在实现以上目标的基础上，进一步掌握由积分电路、同相滞回电压比较器构成的方波-三角波发生电路的结构特点和分析、计算、测试方法；掌握使用Multisim仿真软件完成上述电路的设计、仿真及测试，进一步加强掌握Multisim的各种仿真设计功能和基本操作方法。2-3实验原理（或对应的知识点）集成运算放大器是高电压放大倍数、高输入阻抗、低输出阻抗的多级直接耦合放大

2、器，具有两个输入端和一个输出端，可对直流及交流信号进行放大，外接负反馈电路后，输出电压UO与输出电压Ui的运算关系仅取决于外接反馈网络和输入端的外接阻抗，而与运算放大器本身无关。运算放大器型号、品种繁多，应用十分广泛。本次实验采用通用型集成运放A741。 图1 A741电路符号1A741外管脚意义 图1是A741的引脚图，各引脚功能如下： 1、5 运放调零端 2 反相输入端 3 同相输入端 4 直流电源负端，通常为 -12V 6 运放输出端 7 直流电源正端，通常为+12V2. 积分电路利用集成运放作为放大电路，引入各种不同的负反馈，就可以构成具有不同功能的实用电路，例如比例、加减、积分、微分

3、、对数和指数运算电路等。其中利用集成运放构成的积分运算电路如图2所示。 图2 积分电路积分电路的运算关系： 3. 滞回电压比较器电压比较器（通常称为比较器）的功能是比较两个电压的大小。例如，将一个信号电压ui和另一参考电压UR进行比较，在uiUR和uiUR两种不同情况下，电压比较器输出两个不同的电平，即高电平和低电平。常用的电压比较器有简单电压比较器、滞回电压比较器和窗口电压比较器。滞回电压比较器是由集成运放外加反馈网络构成的正反馈电路，如图3所示。ui为信号电压，UR为参考电压值，输出端的稳压管使输出的高低电平值为UZ。可以看出，此电路形成的反馈为正反馈电路。图3 同相滞回电压比较器电压比较

4、器的特性可以用电路的传输特性来描述，它是指输出电压与输入电压的关系曲线，滞回电压比较器的电压传输特性曲线如图4所示。图4 电压传输特性曲线同相滞回电压比较器的电压传输曲线表明，当输入电压由低向高变化，经过阀值UTH1时，输出电平由低电平（-UZ）跳变为高电平（UZ）。 当输入电压从高向低变化经过阀值UTH2时，输出电压由高电平跳变为低电平， 3 电压比较器的测试测试过零比较器时，可以用一个低频的正弦信号输入至比较器中，直接用双踪示波器监视输出和输入波形，当输入信号幅度适中时，可以发现输入电压大于零、小于零时，输出的高、低电平变化波形，即将正弦波变换为方波。滞回电压比较器测试时也可以用同样的方法

5、，但在示波器上读取上、下阀值时，误差较大。采用直流输入信号的方案较好，调节输入信号变化，测出输出电平跳变时对应的输入电压值即为阀值。4方波-三角波发生电路集成运算放大器可构成方波和三角波的发生电路，其组成电路如图5所示，它包含两部分电路，前一部分为滞回电压比较器，后一部分为积分电路，同时输出方波和三角波。图5 方波-三角波发生电路设电路刚加电时，电容两端的电压等于0。若uo1=UZ，则积分电路中的电容充电，uo 按线性规律下降，当uo下降到零以后再下降到一定程度，使A1的u+略低于u-(0)时，则uo1从+UZ跳变为-UZ，同时u+也跳变到更低的值（比零低很多）。在uo1变为-UZ后，电容放电

6、，uo按线性规律逐渐上升，当uo上升到一定程度，使A1的u+略大于0时， uo1又从-UZ 变回UZ，使电路回到初始状态。如此周而复始，产生振荡，电路产生方波及三角波波形。 周期 三角波振荡幅度 2-4实验仪器设备（装置或软件等）PC机仿真软件：Multisim 13.02-5实验材料（或预设参数等） 输出波形种类：方波、三角波 输出电压：方波电压Vp-p12V，三角波电压Vp-p=1012V2-6 实验教学方法（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）1.同相滞回电压比较器（a）电路连接 通过在Multisim仿真软件中对电路的搭接，掌握741集成运算放大器各引脚功能，掌握同相

7、滞回电压比较器电路组成及工作原理。图6 利用Multisim仿真软件连接同相滞回电压比较器电路 （b）同相滞回电压比较器阈值测量 输入端正弦波信号ui幅值为2Vp-p，频率为500Hz。点击Simulate按钮，在双踪示波器上利用A/B通道同时观测输入、输出波形如图7所示，通过波形分析同相滞回电压比较器特点。掌握同相滞回电压比较器阈值的定义及测量方法，熟练Multisim中虚拟仪器示波器的使用方法，可利用示波器屏幕上两条可以左右移动的读数指针，快速方便的测量滞回电压比较器输出方波由正到负、以及由负到正跳变瞬间，输入正弦波的电压值，即为其阈值。图7 正弦波输入及方波输出波形输入端接通直流电源，改

8、变输入直流电压的大小，测量uo由高电平变为低电平、以及由低电平变为高电平时的阈值。图8 直流输入阈值测量电路图9 示波器测量由低到高跳变瞬间阈值将T2读数指针置于输出电平由低到高跳变位置，可以从示波器读数区域测出通道A幅值即为正阈值，约0.7V。2.方波-三角波发生电路（a）电路连接利用前面连接完成的积分电路、同相滞回电压比较器，组成正反馈闭环电路，连接完成方波-三角波发生电路。（b）观测波形并测量相关参数运行电路仿真开关，在示波器上可以显示出方波和三角波波形，如图11所示。利用示波器测量相关参数，包括方波和三角波的幅值、频率及周期等，与理论值进行比较。图10 方波-三角波发生电路图11 方波

9、和三角波波形2-7实验方法与步骤要求（学生操作步骤应不少于10步） 1积分电路 按照图2连接积分电路，检查无误后接通12V直流电源。 取ui= -1V，用示波器观察波形uo，并测量运放输出电压的正向饱和电压值。 取ui= 1V，测量运放的负向饱和电压值。 将电路中的积分电容改为0.1F，ui分别输入1kHz幅值为2V的方波和正弦信号，观察ui和uo的大小及相位关系，并记录波形。改变电路的输入信号的频率，观察ui和uo的相位，幅值关系。2. 同相滞回电压比较器连接图3所示实验电路，接通直流电压源，测出u0由高电平变为低电平时的阀值。同上，测出uo由低电平跳变为高电平时的阀值。将信号发生器接入ui

10、 ，并使之输出频率为500Hz，电压有效值为1V的正弦信号，用示波器观察并记录ui和uo波形。利用示波器读取上、下阀值，并与、步骤测得的阀值进行比较。将实验结果与同相滞回比较器的理论分析结果进行比较，分析误差产生原因。3. 方波-三角波发生电路将实验内容1、 2设计电路首尾相连，形成具有正反馈的闭环电路，构成如图5所示的方波-三角波发生电路。调整RP，用示波器观察方波、三角波幅值和频率将如何变化？分别实验并记录。改变积分电容C分别等于1𝛍F、10 𝛍F，重复实验步骤，观察输出波形、幅值和频率的变化。2-8实验结果与结论要求 根据实验步骤，首先对方波-三角波发生电

11、路的两部分组成模块：积分电路、同相滞回电压比较器进行仿真，测量电路相关参数。在两部分组成模块测量完成的基础上，进一步连接完成方波-三角波发生电路，并对波形发生电路的参数进行测量，与理论值进行比较，将实验结果记录在自拟的表格中。2-9考核要求本虚拟仿真实验重点考核学生是否能够熟练使用Multisim的电路设计、仿真和测试功能，正确连接由多个元器件构成的电路，熟练使用虚拟仪器如示波器、函数信号发生器、数字万用表等，对各个电路波形进行观察并对波形的参数，包括幅值、频率和周期等进行测量的能力。通过此次实验，将大幅提高学生对模拟电路中相关电路原理知识的理解，加强对电路的结构特点和参数进行分析、计算和测试的能力，提高学生的动手实践和创新能力。 2-10面向学生要求（1）专业与年级要求大二年级各专业学生（2）基本知识和能力要求等学习并掌握模拟电路相关理论知识；熟练掌握Multisim仿真软件的电路设计及基本操作方法。