EWb计算机电路基础实验指导112实验要点.docx

1、EWb计算机电路基础实验指导112实验要点基于Electronic Workbench 虚拟电子实验室的计算机电路基础实验指导书郭迪新 编二一一年九月目录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（用MSI设计组合逻辑）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

2、英文全称Electronics Workbench，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Interactive Image Technologies Ltd.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

3、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、Electronic Workbench软件。实验要求1、要求在实验前熟悉Electronic Workbench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E

4、lectronic Workbench软件的操作界面中安装有关元件，并连接有关线路（注意：任何两个元件之间不要直接连接，要用连接点过度，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U16V，U212V。 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

5、压定律的正确性。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、Electronic Workbench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

6、；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 = Ib，Ie = Ib +Ic。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Switch Properties Fault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，

7、也可以用其他方法）。5、整理分析实验结果。图2.1 二极管单向导电性仿真电路思考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、Electronic Workbench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

8、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。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=8

9、01.54mv/4.97mv=161.3理论计算：rbe=300+(1+)26mv/IE=300+26mv/IBQ=300+26mv/0.0226mA=1450Av=-RL/ rbe= 2501000/1450=172.4(其中RL为RL与Rc的并联值，的值约为250)实验结果与理论值基本相符思考1、如何测量该实验电路的通频带？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、Electronic Workbench软件；器件：双踪示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、晶

10、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；3、去掉反馈通路（断开开关S），测量基本放大器的各项性能指标：中频（f1KHZ,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；4、恢复反馈通路（闭合开关S），重复上面步骤的测量；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。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)AVR

11、i(K)RO(K)负反馈放大器Ui(mv)UO(V)AVRi(K)RO(K)思考1、？实验五、集成运算放大器基本运算电路实验目的：1、熟悉A741集电路使用技术要求。 2、掌握A741的运算电路的组成，并能验证运算的功能。实验条件普通微机、Electronic Workbench软件、虚拟仪器：直流稳压电源1台，函数信号发生器1台，示波器1台，晶体管毫伏表1台，数字万用表1块。实验要求1、预习课程相关内容、查阅有关集成运放A741的资料；2、认真填写实验报告实验原理 1、反相放大器电路结构：理想条件下，表达式。说明R1=R2时电路保持平衡。 2、同相放大器电路结构： 理想条件下，表达式。说明R

12、1=R2,R3=Rf 电路保持平衡。减少输入引起失调电压的误差。3、反相比例加法器电路结构：理想条件下，表达式。说明R3=R4，R3/R4=R5电路保持平衡。单电供电，利用分压方式得设计要求和内容： 1、反相放大器。 选择波形“正弦波”，选择信号为中频，Vi的幅度为V0不失真。 （1）电路指标：AV =10；写出理论计算表达式。 （2）确定电路的结构。 （3）确定R1，R2，Rf的电阻值。 2、同相放大器。选择波形“正弦波”，选择信号“正弦信号”（中频）。（1）电路指标：AV =11；写出理论计算表达式。（2）确定电路的结构。 （3）确定R1，R2，R3，Rf的电阻值。 3、反相比例加法器。选

13、择波形“正弦波” ，选择信号“正弦信号”（中频）。 （1）电路指标：Uo=400，写出理论计算表达式。 （2）确定电路结构。（3）确定电路各电阻元件值。预习要求1、查阅集成电路数据手册，了解A741的性能参数和管脚排列及使用方法。2、认真复习有关运放应用方面的理论知识。3、设计并画出实验电路图，标明各元器件数值和型号。4、事先计算好实验内容中的有关理论值，以便和实验测量值比较。5、自拟实验步骤和实验数据表格。六实验报告要求1、列出各实验电路的设计步骤及元件计算值。2、列表整理实验数据，并与理论值进行比较、分析和讨论。3、实验心得体会。4、回答思考题。 七思考题1、集成运放在运放前，为什么要连接

14、成闭环状态调零？可否将反馈支路电阻Rf 开路调零？实验六、电压比较器的设计与调测实验目的：1通过实验学习电压比较器的工作原理及电路形式。 2研究参考电压和正反馈对电压比较器的传输特性的影响。 3了解专用电压比较器LM311、LM318的使用方法。实验条件：普通微机、Electronic Workbench软件、虚拟仪器：直流稳压电源、函数信号发生器、双踪示波器、数字万用表。实验要求1、预习课程相关内容、查阅有关门电路IC（A741、LM318）的资料；2、实验前做好实验电路设计，认真填写实验报告。实验原理1、无滞后电压比较器比较器是一种信号处理电路，它用来比较两个电压的大小。通常是将一个模拟电

15、压信号与一个基准电压进行比较，比较的结果（即比较器的输出）通常用两种电位（一高一低）分别表示被比较信号的大小。基本电路如图6-1所示：基准电压加在同相端；如图6-2所示：基准电压加在反相端。图中R1，R2分别代表信号源和参考电压的内阻，应用中使它们相等，以便减小输入偏置电流及其漂移的影响。稳压管DW是为了输出箝位用的。如图6-3所示：为图6-1的传输特性。如图6-4所示：为图6-2的传输特性。从传输特性可知：其中VDW为稳压管，VDW用两个稳压管1N4733串连而成, 其UZ=5.1V，VD=0.75v电压, 稳压电流约为178mA。 图6-1 图6-2 图6-3 图6-4 2、迟滞电压比较器

16、 图6-5 图6-6 将比较器输出电压通过反馈网络加到同相输入端，形成正反馈，实验电路如图6-5所示：待比较电压ui加到反相输入端。在理想情况下，它的比较特性如图6-6所示。由图可见，它有两个门限电压，分别为上门限电压uth+和下门限电压uth-，两者的差值为门限宽度或迟滞宽度：V= uth+ uth 。比较器输出高电平uomax ，则uomax和VR共同加到同相输入端的合成电压为： 当ui由小增大地通过上门限电压uth+，输出电压由uomax下跃到uomin。比较器输出低电平uomin，则uomin和VR共同加到同相输入端的合成电压为： 当ui由大减小地通过下门限电压uth-，输出电压由uo

17、min下跃到uomax。迟滞宽度： 。 调节R2和Rf可以改变V。（1）根据输出高电平uomax，输出低电平uomin,确定限幅电路中VDw的型号,又根据VDw的额定电流确定R3的值。（2）根据上门限电压uth+和下门限电压uth-以及参考电压VR大小确定R2和Rf的值；一般为几千欧姆到几百千欧姆。（3）R1=R2。（4）根据响应速度的要求选择带宽乘积和电压转換速率合适应运放。预习要求1、复习有关比较器理论知识。2、设计并画出实验电路标明元器件的参数或型号。3、自拟实验步骤和数据表格。实验内容1、按实验任务要求接好电路。2、无滞后电压比较器(1)用A741构成无滞后电压比较器选用的稳压管用两个

18、稳压管1N4733串连而成（其UZ=5.1V，VD=0.75v电压, 稳压电流约为178mA），确定R1，R2,R3电阻值(2)VR分别为0v,1v（电源电压分压而得）。输入f=1kHZ的正弦波, 用示波器观察比较器波形并记录输入、输出波形。(3)用示波器X-Y, 观察比较器传输特性并用坐标纸记录示波器上信号波形。(4)将输入信号f=5kHZ的正弦波,UR =0v；用示波器观察比较器波形并记录输入、输出波形。(5)将A741改为LM318；f=5kHZ的正弦波,UR =0v；重复（3）（4）内容。3、迟滞电压比较器 图6-7（1）用A741设计迟滞电压比较器，其传输特性如图-7所示：选用的稳压

19、管用两个稳压管1N4733串连而成（其UZ=5.1V，VD=0.75v电压, 稳压电流约为178mA）。确定R2，Rf,R3电阻值。（2）用A741设计迟滞电压比较器，分别为f=1kHZ和f=5kHZ的正弦波,用示波器观察比较器的波形并记录输入、输出波形，比较它们的结果。（3）用LM318设计迟滞电压比较器, 重复（2）内容将结果与（2）的结果进行比较。（4）用LM318设计迟滞电压比较器, f=1kHZ的正弦波, VR为1v（电源电压分压而得）用示波器观察比较器的传输特性曲线，并记录传输特性。4专用电压比较器LM311的使用, 其传输特性如图-8所示 图6-8（1）用LM311设计迟滞电压比

20、较器,已知电压+5v, VR为0v。（2）分别为f=1kHZ和f=5kHZ的正弦波,用示波器观察比较器的波形及传输特性，并记录信号波形和传输特性曲线。（3）f=1kHZ的正弦波, VR为+1v，用示波器观察比较器的波形及传输特性，并记录信号波形和传输特性曲线。实验报告要求1、列出各实验电路设计步骤及元件的计算值。2、用坐标纸描绘观测到的各个信号波形。3、将各个实验结果进行分析讨论。4、实验心得体会。5、回答思考题。6、提出实验改进意见。思考题1、用运放设计一个电压比较器，将f=5kHZ的正弦波变换为方波，要求方波的输出幅度为20v，前后沿上升、下降时间不大于半周期的1/10，请问选用A741还

21、是LM318？为什么？ 2、怎样示波器从所显示比较器输入、输出信号波形上读出uomax，uomin，uth+,uth-？实验七、基本门电路的测试实验目的1. 熟悉门电路逻辑功能并掌握常用的逻辑电路功能测试方法。2. 熟悉EWB软件在数字电路实验中的应用。实验条件普通微机、Electronic Workbench软件；虚拟仪器：示波器1台，数字万用表1块。器件：74LS00 四2输入与非门 1片74LS86 四2输入异或门 1片预习要求1. 阅读实验指导，懂得数字电子技术实验要求和实验方法。2. 复习门电路工作原理及相应逻辑表达式。3. 熟悉所用集成电路的外引线排列图，了解各引出脚的功能。实验原

22、理用以实现基本逻辑关系的电子电路通称为门电路。常用的门电路在逻辑功能上有非门、与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。 非逻辑关系：Y= 与逻辑关系：Y= 或逻辑关系：Y= 与非逻辑关系：Y= 或非逻辑关系：Y= 与或非逻辑关系：Y= 异或逻辑关系：Y=实验任务 任务一：异或门逻辑功能测试集成电路74LS86是一片四2输入异或门电路，逻辑关系式为1Y=1A1B，2Y=2A2B， 3Y=3A3B，4Y=4A4B，其外引线排列图如图7.1所示。它的1、2、4、5、9、10、12、13号引脚为输入端1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B，3、6、8、11号引脚为输出端1Y、2Y、

23、3Y、4Y，7号引脚为地，14号引脚为电源+5V。 （1）按图7.2接线测试其逻辑功能。芯片74LS86的输入端1、2、4、5号引脚分别接任意4个电平开关（开关动作时可以分别输入高低电平），输出端3、6、8分别接任意3个发光二极管。14号引脚+5V电源，7号引脚接“”（地）。（2）将电平开关按表7.1设置，观察输出端A、B、Y所连接的电平显示器的发光二极管的状态，测量输出端Y的电压值。发光二极管亮表示输出为高电平（H），发光二极管不亮表示输出为低电平（L）。把实验结果填入表7.1中。图7.1 四2输入异或门74LS86外引线排列图 图7.2异或门逻辑功能测试连接图表7.1 异或门逻辑功能测试的

24、实验数据输入输出K3 K2K1 K0ABYVZ(电压值)L LH LH HH HH HL HL LL LL LH LH HL H将表中的实验结果与异或门的真值表对比，判断74LS86是否实现了异或逻辑功能。根据测量的VZ电压值，写出逻辑电平0和1的电压范围。任务二：利用与非门控制输出选一片四2输入与非门电路74LS00，按图7.3接线。在输入端A输入200KHZ连续脉冲，将S端接至任一逻辑电平开关，当用示波器观察S端为0电平和1电平时，输入端A和输出端Y的波形，并记录之。图1.3.3 74LS00与非门控制输出的连接图实验报告要求思考题1、怎样判断门电路逻辑功能是否正常？2、与非门一个输入接入

25、连续脉冲，其余端什么状态是允许脉冲通过？什么状态时不允许脉冲通过？3、与非门又称可控方向门，为什么？实验八、组合逻辑电路（译码器）实验目的：掌握译码器电路的工作原理，熟悉中规模IC的使用实验条件1、普通微机、Electronic Workbench软件2、3-8线译码器IC74138、虚拟字符发生器、虚拟时钟信号源实验要求1、预习译码器电路原理、查阅3-8线译码器IC74138的有关资料；2、建立译码器实验电路；3、将3-8线译码器74138构成数据分配器实验原理及参考电路译码器的逻辑功能是将输入的二进制代码译成对应输出端的高、低电平信号。3-8线译码器74138除了三个代码输入端和八个信号输

26、出端外，还有三个控制端G1、G2A、G2B，只有当G1=1、G2A=G2B=0时，译码器才处于工作状态，否则译码器被禁止工作，所有输出端被封锁为高电平。数据分配器的逻辑功能是将一路输入数据，根据其不同的地址分配到不同的通道上去。如果将3-8线译码器74138的代码输入作为地址输入，控制端之一作为数据输入端，那么就可以构成一个数据分配器。实验步骤1、画出实验电路原理图、连线图及对应的真值表（编码表）；2、在Electronic Workbench软件的操作界面中安装有关元件，并连接有关线路（如图）。调用字符发生器输入三位二进制代码，双击字符发生器，打开字符发生器面板，单击Pattern键，在其对

27、话框中选择按递增编码Up counter输出。用绿色逻辑探针显示输入状态，用红色逻辑探针显示输出状态；3、打开仿真开关，不断单击字符发生器面板上的单步输出Step按钮，观察输出信号与输入代码的对应关系，并记录下来；4、用3-8线译码器74138构造数据分配器实验电路。控制端G2B作为数据输入端，G2A接低电平、G1端接高电平。用频率为1Hz的时钟信号源作为数据输入。用键盘上的A、B、C三个按键分别控制三个开关，提供三位地址输入。各输入、输出端的状态变化均用逻辑探针观察；5、打开仿真开关，用按键依次输入不同的三位地址信号，观察输出信号与输入代码的变化，并记录下来；6、整理分析实验结果。思考1、如

28、何利用3-8线译码器74138构成4-16线译码器？实验九、用MSI设计组合逻辑（加法器设计）实验目的：掌握中规模集成电路MSI设计组合电路的方法。实验条件1、普通微机、Electronic Workbench软件2、虚拟门电路IC、虚拟全加器实验要求1、预习课程相关内容，用门电路设计1位全加器电路；2、用全加器设计4位串行进位加法器；3、认真填写实验报告实验原理及参考电路全加器是实现两个1位二进制加数A、B和低位进位Ci进行相加运算，产生和数输出S及进位输出Co的逻辑器件。根据二进制加法运算规则可以列出1位全加器的真值表（如下表）。AB CiS Co0 0 00 00 0 11 00 1 0

29、1 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1依次将低位全加器的进位输出端接到高位全加器的进位输出端就可以构成一个多位串行进位加法器。这种加法器结构简单，但运算速度较慢。实验步骤1、设计用门电路构成的全加器电路（提示：依据全加器的真值表可得S=ABC和Co=AB+Ci(AB)，用与门、或门和异或门来实现），并画出其逻辑电路图，2、在Electronic Workbench中实现全加器实验电路。用开关接输入，用逻辑探针监视输入、输出状态，改变开关的状态，观察输入、输出的变化并记录；3、用四个全加器构成4位串行进位加法器。并用开关接输入，用逻辑探针监视输入、输出状态，改变开关的状态，观察输入、输出的变化并记录，检验加法器是否能正常工作；提示：将前面实现的全加器电路调整成紧凑型（以节省空间），然后拖动鼠标选中整个电路（这时所有元件均呈现红色）；用“Ctrl+C”复制，用“Ctrl+V”粘贴三次（注意拖动使其不重叠），就可