EWb計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 實(shí)驗(yàn)4 -12015

1、基于Electronic Workbench 虛擬電子實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書郭迪新 編二一五年九月修訂目錄EWB概述實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的熟悉，基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)二、晶體二極管和三極管的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)三、晶體管單管共射電壓放大電路實(shí)驗(yàn)四、負(fù)反饋電路實(shí)驗(yàn)五、集成運(yùn)放基本運(yùn)算電路實(shí)驗(yàn)六、集成電壓比較器設(shè)計(jì)與調(diào)試實(shí)驗(yàn)七、基本門電路的測(cè)試實(shí)驗(yàn)八、組合邏輯電路（譯碼器）實(shí)驗(yàn)九、組合邏輯電路（加法器設(shè)計(jì)）實(shí)驗(yàn)十、觸發(fā)器電路分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)十一、時(shí)序邏輯電路（十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)）實(shí)驗(yàn)十二、555多諧振蕩器電路設(shè)計(jì)附：計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目表EWB電路實(shí)驗(yàn)概述EWB英文全稱Electronics Workbenc

2、h，是一種電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)軟件，北稱為電子設(shè)計(jì)工作平臺(tái)或虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。它是加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司于1988年開發(fā)的，它以SPICE為基礎(chǔ)，具有如下突出的特點(diǎn)：1、EWB具有集成化、一體化的設(shè)計(jì)環(huán)境2、EWB具有專業(yè)的原理圖輸入工具3、EWB具有真實(shí)的仿真平臺(tái)4、EWB具有強(qiáng)大的分析工具5、EWB具有完整、精確的元件模型本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書所列入的實(shí)驗(yàn)是建立在EWB平臺(tái)上的，在普通微機(jī)上完成的實(shí)驗(yàn)。要求實(shí)驗(yàn)者首先要熟悉EWB的基本操作。實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的熟悉，基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜WB仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；驗(yàn)證基爾霍夫定律、加強(qiáng)對(duì)基爾霍夫定

3、律的理解。實(shí)驗(yàn)條件普通微機(jī)、Electronic Workbench軟件。實(shí)驗(yàn)要求1、要求在實(shí)驗(yàn)前熟悉Electronic Workbench軟件的基本使用；2、預(yù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容（基爾霍夫定律）、實(shí)驗(yàn)電路分析；3、認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)，并填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)原理基爾霍夫定律是電路的基本定理。測(cè)量某電路的各支路電流及每個(gè)元件兩端的電壓，應(yīng)能分別滿足基爾霍夫電流定律（KCL）和電壓定理（KVL）。即對(duì)電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，應(yīng)有I=0；對(duì)任何一個(gè)閉合回路而言，應(yīng)有U=0。運(yùn)用上述定理時(shí)必須注意各支路或閉合回路中電流的方向。實(shí)驗(yàn)步驟1、參照實(shí)驗(yàn)電路圖1.1，在Electronic Workbench軟件的操作

4、界面中安裝有關(guān)元件，并連接有關(guān)線路（注意：任何兩個(gè)元件之間可以用連接點(diǎn)過度，以方便增加連接其他儀表）。2、實(shí)驗(yàn)前先任意設(shè)定三條支路的電流參考方向，如圖1-1中的I1、I2、I3所示。3、將U1、U2兩路直流穩(wěn)壓電源分別設(shè)定至U16V，U212V。4、將數(shù)字毫安表的兩端接至電路中的三條支路中（串聯(lián)）；記錄相應(yīng)電流值。5、用直流數(shù)字電壓表分別測(cè)量電阻元件上的電壓值，數(shù)據(jù)填入表1-1中。6、整理分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定實(shí)驗(yàn)電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證基爾霍夫電流定律的正確性；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定實(shí)驗(yàn)電路中的任一個(gè)閉合回路，驗(yàn)證基爾霍夫電壓定律的正確性。注意：要求每次只能用一只萬用表進(jìn)行測(cè)量。圖1-

5、1 實(shí)驗(yàn)一電路圖表1-1待測(cè)量I1(mA)I2(mA)I3(mA)UR1(V)UR2(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)計(jì)算值 測(cè)量值相對(duì)誤差思考1、在圖1-1中,A、D兩結(jié)點(diǎn)的電流方程是否相同？為什么？2、根據(jù)圖1-1的電路參數(shù)，估出待測(cè)的電流I1、I2、I3和各電阻上的電壓值，記入表中，以便實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，可正確地選定毫安表和電壓表的量限。實(shí)驗(yàn)二、晶體二極管和三極管的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆斩O管和三極管的檢測(cè)方法；加深對(duì)二極管和三極管特性和功能的理解實(shí)驗(yàn)條件普通微機(jī)、Electronic Workbench軟件實(shí)驗(yàn)要求1、預(yù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容、查閱有關(guān)二極管和三極管的資料；3、認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并填寫

6、實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)原理二極管具有單向?qū)ㄌ匦裕ㄕ驅(qū)?、反向截止）；三極管工作在放大區(qū)時(shí)，三極電流滿足：Ic = Ib，Ie = Ib +Ic，且Vce處于合理值。此外，可以用萬用表測(cè)量三極管，以判別各引腳極性。實(shí)驗(yàn)步驟1、建立仿真電路，如圖2.1所示。2、雙擊選擇開關(guān)S，在Switch Properties Fault選項(xiàng)中改變開關(guān)端口（或單擊“空格”鍵），使D1正向偏置或D2反向偏置。3、雙擊電流表A，改變其屬性，這里設(shè)置：直流測(cè)量，內(nèi)阻為1納歐。觀察其顯示數(shù)值。D1正偏時(shí)，電流表顯示10.26mA，D2反偏時(shí)，顯示0A。4、選擇合適的三極管進(jìn)行檢測(cè)（說明：可以建立一個(gè)簡(jiǎn)單的放大電路進(jìn)行，也可

7、以用其他方法，可以參考圖2.2）。注意怎樣調(diào)整參數(shù)使三極管處于放大狀態(tài)。5、在三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，改變輸入信號(hào)的頻率，測(cè)試并繪出該三極管的頻率特性圖。6、整理分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。注：圖中的開關(guān)由“基本元件”中調(diào)用，默認(rèn)的控制鍵是“空格鍵”，使用是雙擊開關(guān)符合可以修改，從而設(shè)置成任意鍵對(duì)其進(jìn)行控制。在一個(gè)電路中若使用多個(gè)開關(guān)，必須設(shè)置成不同的鍵控制不同的開關(guān)。圖2.1 二極管單向?qū)щ娦苑抡骐娐穲D2.2 三極管簡(jiǎn)單測(cè)試仿真電路思考1、怎樣判別二極管（或三極管）是硅材料的還是鍺材料的？2、如果實(shí)驗(yàn)中采用的是NPN三極管，那么換成PNP三極管會(huì)怎樣？實(shí)驗(yàn)三、晶體管單管共射電壓放大電路實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握放大

8、器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試及其對(duì)放大性能的影響；2、學(xué)習(xí)測(cè)量放大器Q點(diǎn)，Av，ri，r0的方法，了解共射級(jí)電路特性。實(shí)驗(yàn)條件普通微機(jī)、Electronic Workbench軟件；器件：有極性電容、滑動(dòng)變阻器、三極管、信號(hào)發(fā)生器、直流電源、示波器。實(shí)驗(yàn)要求1、預(yù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容、對(duì)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行分析計(jì)算（靜態(tài)三參數(shù)和動(dòng)態(tài)三參數(shù)）；2、認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、將實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與分析計(jì)算結(jié)果比較，填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)原理參考教材單管共射極放大電路部分內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)步驟1、建立仿真電路，如圖3.1所示；2、用儀器庫(kù)的函數(shù)發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號(hào)Vi（幅值為5mV，頻率為10KHz）用示波器可觀察輸入、輸出信號(hào)如圖3.2所示，

9、圖中VA表示輸入電壓（電路中的節(jié)點(diǎn)4）VB為輸出電壓（電路中的節(jié)點(diǎn)5）。注意觀察波形圖，可觀察到電路的輸入、輸出電壓信號(hào)反相位關(guān)系。3、可以改變信號(hào)源的正弦信號(hào)參數(shù)（幅值和頻率），觀測(cè)示波器波形變化。并記錄；4、整理分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。注：圖中矩形小框內(nèi)的數(shù)字是“節(jié)點(diǎn)號(hào)”，即該框邊上的節(jié)點(diǎn)（黑色實(shí)心點(diǎn)）編號(hào)。雙擊電路中任何節(jié)點(diǎn)，都可以彈出有關(guān)對(duì)話框，從而進(jìn)行有關(guān)設(shè)置。圖3.1 共射級(jí)單級(jí)放大器仿真電路圖3.2 共射極放大電路的輸入、輸出波形由圖3.2可得：放大器的放大倍數(shù)：Av=801.54mv/4.97mv=161.3理論計(jì)算：rbe=300+(1+)×26mv/IE=300+26mv/

10、IBQ=300+26mv/0.0226mA=1450Av=-RL/ rbe= 250×1000/1450=172.4(其中RL為RL與Rc的并聯(lián)值，的值約為250)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值基本相符放大器的放大倍數(shù)：Av=832.24mv/4.97mv=167.45理論計(jì)算：rbe=300+(1+)×26mv/IE=300+26mv/IBQ=300+26mv/0.0226mA=1450Av=-RL/ rbe= 250×1000/1450=172.4(其中RL為RL與Rc的并聯(lián)值，的值約為250)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值基本相符思考1、如果三極管改用PNP型，如何進(jìn)行測(cè)試？實(shí)驗(yàn)四、負(fù)

11、反饋電路實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、加深理解放大電路中引入負(fù)反饋的方法; 2、學(xué)習(xí)負(fù)反饋放大電路主要性能指標(biāo)的測(cè)試方法；3、研究負(fù)反饋對(duì)放大器各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響 實(shí)驗(yàn)條件普通微機(jī)、Electronic Workbench軟件；器件：雙蹤示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、交流毫伏表、晶體三極管2、電阻器、電容器若干實(shí)驗(yàn)要求1、 預(yù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容、掌握負(fù)反饋放大電路有關(guān)知識(shí)；2、 對(duì)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行分析計(jì)算。 +UCC+12VRC2RC1RB2RW2RW1RB21RF1RE1C1100K20K5.1K2.4K47K10K20K1K1K2.4K2.4K8.2K10KRB1RB22RLRE2CE2CE1C2C3T1T2CfUSU

12、iUoRf20101001010010100R 圖4.1 帶有電壓串聯(lián)負(fù)反饋的兩級(jí)阻容耦合放大器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)步驟1、建立仿真電路，如圖4.2所示（ 2、各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)量：VB、VC、VE、和IC 的值，并與理論值進(jìn)行比較；第一級(jí)：VBQ=R6/(R5+R6)V2=36/(36+75)*12=3.9VIEQ=(VBQ-VBEQ)/(R1+R7)=(3.9-.07)/(4.3+0.1)=0.73mAVE=VBQ-VBEQ=3.2V ICQ IEQ=0.73mAVCEQ=V2-ICQ*(R1+R2+R7) 4.3V第二級(jí)：VBQ=R10/(R9+R10)V2=24/(24+75)*12=3.0VI

13、EQ=(VBQ-VBEQ)/(R4+R12)=(3.0-.07)/(1+0.5)=1.53 mAVE=VBQ-VBEQ=2.3V ICQ IEQ=1.53mAVCEQ=V2-ICQ*(R3+R4+R12) 2.5V在誤差允許的范圍內(nèi)，計(jì)算值與理論值相符3、 去掉反饋通路（斷開反饋支路的連接），測(cè)量基本放大器的各項(xiàng)性能指標(biāo)：中頻（f1KHz,Us約10mV正弦信號(hào)）電壓放大倍數(shù)Au，輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；RL=R2|R9|R10 RL=R3|R14rbe1=300+(1+)*26(mA)/IE1 rbe2=300+(1+)*26(mA)/IE2 Au=Au1*Au2=uo1/ui1*uo2/ui2=-RL/rbe1+(1+)R7*(- RL/rbe2+(1+)R12) Au=Uo/Ui 139輸入電阻Ri=Ui/Ii= 24.3K歐 輸出電阻Ro=R3=4.7K歐4、 恢復(fù)反饋通路（直接連通反饋支路），重復(fù)上面步驟的測(cè)量； Au=Uo/Ui 16輸入電阻Ri=Ui/Ii= 24.3K歐 輸出電阻Ro=R3=4.7K歐5、將兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表4.1）進(jìn)行比較分析