11-2911-2911-2911-2911-2911-2911-2911-2911-2911-29最新范文01-0101-0101-0101-0101-0101-0101-0101-0101-0101-0101-0101-0101-0101-0101-01当前位置： >>
第1章 用Multisim设计电路实验
第1章用 Multisim 设计电路实验第1章 用 Multisim 设计电路实验Multisim 电路仿真器是一个完整的系统设计工具，不仅可以作为专业软件真实地仿 真、 分析电路的工作， 也可以在电子实验课中作为虚拟实验平台对电路进行测试。 Multisim 提供了众多仿真分析方法、测试仪表和大量的元器件模型，为电路分析、模拟电路和数字 电路的分析设计带来了极大的方便。与 EWB 以前版本比，Multisim 在编辑电路原理图， 设置仿真参数等，都有新的方法和要求。下面用 Multisim 设计一些电路实验。1.1 基本电路的分析与测试1.1.1 欧姆定律的验证一、实验目的验证欧姆定律的正确性。二、实验准备欧姆定律的表达式为：U s = IR也可表示为：I=Us R当 R 不变、 U s 变化时， I 与 U s 成正比；当 U s 不变、 R 变化时，Ｉ与 R 成反比。 以下面电路进行分析：1EDA 技术与电子工程设计图 1-1-1 欧姆定律电路三、实验步骤1. 编辑图 2.1-1 电路：分别从电源库、元件库和指示部件库中调用所需电源、电阻 和电压表、电流表。其中电位器、电阻选用虚拟元件。注：放置元件和电压、电流表时， 可调整摆放位置，选择此元器件或仪表，点击右键，选择使用左右、上下、顺旋转 90 度 或逆旋转 90 度功能。标注性文字 1、2 用 Place 菜单中的（或点击鼠标右键）Place Text 命令完成。然后按电路图的形式连接起来。 元器件参数设置如下：开关 J1 键值为 Space 键，电位器 R1 设为 10Ω的变阻器，对 电压源 V1 进行分压处理，变阻键选择字母 A，在仿真时，按 A 键，变阻器的阻值随着一 旁的百分比改变而减少，按 Shift+A 键，则阻值随着百分比改变而增大。电位器 R2 设为 100Ω的变阻器，用来改变电路的电阻值，变阻键选择字母 B。确定电流表、电压表属性 中 Mode 为 DC。 2. 如图 1-1-1 连接线路。 3. 进行仿真，设定 R2＝0，R3＝10Ω，设 R＝R2＋R3，将开关拨向 1，按 A 键， 将电源电压设置为表 2.1-1 第一列所示的各个值，并激活电路，将测试到的电压和电流的 结果填入表 2.1-1 第二列中。设定 V1＝10Ｖ，将开关拨向 2,按 B 键，并依次将电阻 R 设 定为表 2.1-2 第一列中的各个值，并激活电路，将测到的电流值填入表 1-1-2 第二列中。V2 (V) 8.481 7.149 6.068 5.157 3.641 I(mA) 848 175 607 516 364RΩ)20 30 50 65 80 表 1-1-2I(mA) 500 333 200 154 125 V1＝10Ｖ时的测试结果表 1-1-1 R=10Ω时的测试结果 2第1章用 Multisim 设计电路实验将表 1-1-1 的值在 I－U 平面上画出各点，连接点并画出曲线，则其斜率即为电阻值。 将表 1-1-2 的值在 R－I 平面上画出各点， 并画出曲线， 由曲线可发现电流与电阻的反比关 系。 【注】 ：在测量时，采用虚拟电压表和电流表，其内阻分别为非常大和非常小，测量 时可不考虑其内阻的影响，但在实际中，需考虑其内阻的影响，测量时需注意电流表内接 和外接。1.1.2 基尔霍夫定律的验证一、实验目的验证基尔霍夫定律的正确性。二、实验准备基尔霍夫定律表明，在任一时刻，电路中的任一节点上，流入（或流出）该节点的所 有电流之和为零。电路中任一回路上电压降（或电压升）之和为零。 以下面电路进行分析+ 16.154 VV1Is1AR130ohm+ 0.538AU220.308 + A64A1Us10V0.154 + AV2+A27A3R220ohm8R340ohm-6.154 -V0图 1-1-2 基尔霍夫定律电路图3EDA 技术与电子工程设计三、实验步骤1. 编辑图 1-1-2 电路：分别从电源库、元件库和指示部件库中调用所需电源、电阻 和电压表、 电流表。 启动 Options 菜单中的 Preference…命令， Circuit 标签中选中 show 在 node names 项，显示出节点。 2. 如图 1-1-2 连接线路。 3. 打开仿真进行测试，将测试得到的电压和电流结果填入表 1-1-3 中。 改变各元件参数及电压源和电流源参数分别为（a）R1=30、R2=20、R3=40、US=10V、 IS=1A。 b）R1=30、R2=20、R3=40、US=15V、IS=3A， c）R1=30、R2=20、R3=40、US=20V、 （ （ IS=3A再激活电路将测到的电流值、电压值填入表 2.1-3 中。表 1-1-3 V1(V) 16.154 38.076 41.538 V2(V) -6.154 -23.076 -21.538 Us(V) -10 -15 -20 V1+V2+Us 0 0 0 基尔霍夫定律数据表 A1(A) 0.538 1.269 1.385 A2(A) 0.308 1.154 1.077 A3(A) 0.154 0.577 0.538 Is(A) －1 －3 －3 A1+A2+A3+Is 0 0 0将表中的电压值V1，V2，Us相加，结果填入表中，电流值I1，I2，I3，Is相加，结果填入 表中，则由表中结果可证明基尔霍夫定律的正确性。 【注】 ：各个电流表的读数均以流出节点 2 的方向为正，电压表读数以回路顺时针方 向为正。1.1.3 戴维南和诺顿等效电路一、实验目的求单口网络的戴维南及诺顿等效电路。二、实验准备对一个单口网络如果求得开路电压， 再求得等效电阻， 则此电路可用戴维南电路代替。 对一个单口网络如果求得短路电流，再求得等效电阻，则此电路可用诺顿电路代替。4第1章用 Multisim 设计电路实验以下面图 1-1-3 示 a、b 端口内的电路进行分析R3R1 10ohmI1 5AR5R4 10ohma20ohmR2 12ohm15ohmV1 10Vb图 1-1-3 求解戴维南和诺顿等效电路三、实验步骤1. 编辑图 2.1-3 电路：分别从电源库、元件库和指示部件库中调用所需电源、电阻 和电压表、电流表。 2. 如图 2.1-4 将电压表接至 a，b 两端，确定电压表属性中 Mode 为 DC。打开仿真， 记下电压表数据为 21.904V。R3R5aR1 10ohm20ohmR2 12ohmR4 10ohmV1 10V15ohmI1 5A+ -21.904Vb图 1-1-4 测端口电压图3. 如图 2.1-5 将电流表接至 a，b 两端，确定电流表属性中 Mode 为 DC。打开仿真， 记下电流表数据为 0.968A。5EDA 技术与电子工程设计R3R1 10ohmI1 5AR5R4 10ohma20ohmR2 12ohm15ohmV1 10V+ 0.968 Ab图 1-1-5测端口电流图该电路的等效电阻为 R＝21.904/0.968Ω＝22.6Ω。 戴维南和诺顿等效电路如图 1-1-6(a)、(b)所示。R122.6ohmaR222.6ohmaV121.904VI10.968Abbab图 1-1-6 戴维南等效电路和诺顿等效电路1.1.4 RLC 串联电路的阻抗一、实验目的求 RLC 串联电路的阻抗及阻抗角。二、实验准备对于如图 1-1-7 RLC 串联电路进行分析：6第1章用 Multisim 设计电路实验图 1-1-7RLC 串联电路由电路理论可知，RLC 串联电路的阻抗为：故：Z = R 2 + (ωL ?1 2 ) ωC该阻抗角即为电路中电压与电流的相位差，当 ωL&1/ωC 时θ为正角，RLC 串联电路为 电感性，电流落后于所加电压。反过来如果当 ωL&1/ωC 时θ为负角，RLC 串联电路为电容性， 电流超前于所加电压。 以下面电路为例，来测量串联电路的阻抗：R1500ohmL12.6HC11.3uFV114.14V 60Hz 0Deg10v+ 8.529mA图 1-1-8RLC 串联测量电路7EDA 技术与电子工程设计三、实验步骤1. 编辑图 1-1-8 电路：分别从电源库、元件库和指示部件库中调用所需电源、电阻、 电感、电容和电流表。确定电流表属性中 Mode 为 AC。 2. 如图 1-1-8 连接线路。 3. 打开仿真， 记下电流表数据为 8.529mA， 则串联电路的阻抗值为 V/I＝10/8.529E-3 ＝1.172KΩ。 4. 为方便测电流的相位，可在电路中放置 1Ω电阻，测它的电压相位就可得所需电流相 位，从仪表栏中调出示波器如图 1-1-9 接法，打开仿真，如图 1-1-10 可测得：相位差T2－T1＝ 2.9ms，转换成角度：θ＝360*2.9/16.667＝62.6?，所以电路的阻抗为：Z＝1172 ∠62.6?R1500ohmL12.6HC1XSC1G A B T1.3uFV114.14V 60Hz 0Deg10vR21ohm+ 8.526mA图 1-1-9RLC 串联电路接示波器图 2.1-10RLC 串联电路测相位差注：1.电流和电压间相位差可以由在被测量的元件到地间串入远小于该元件阻抗的电阻，再用示波8第1章器来测量该电阻上的电压差而获得。用 Multisim 设计电路实验2.交流电压表和交流电流表测值为波形的有效值。 3.示波器测量的值为电压的峰值。1.1.5 GCL 并联电路的导纳一、实验目的求 GCL 并联电路的导纳及导纳角二、实验准备对于如图 1-1-11GCL 并联电路进行分析：图 1-1-11GCL 并联电路由电路理论可知，GCL 并联电路的导纳为：故：Y = G 2 + (ωC ?1 2 ) ωL该导纳角就是电路中电流与电压的相位差。如果当 ωL&1/ωC 时，流经电感的电流大 于流经电容的电流，RLC 并联电路为电感性，电压超前于电流，当 ωL&1/ωC 时，流经电 容的电流大于流经电感的电流，RLC 并联电路为电容性，电压落后于所加电流。 以下面电路为例，来测量并联电路的导纳：9EDA 技术与电子工程设计XSC1GR11kohmC12.6uFL11.3HABTV114.14V 60Hz 0Deg10v+ 0.015AR21ohm图 1-1-12GCL 并联测量电路三、实验步骤1. 编辑图 1-1-12 电路： ：分别从电源库、元件库、指示部件库中调用所需电源、电 阻、电感、电容和电流表，确定电流表属性中 Mode 为 AC。 2. 从仪表栏中调出示波器如图 1-1-12 接法，为方便测电流的相位，可在电路中放置 1 Ω电阻，测它的电电压相位就可得所需电流相位。 3. 打开仿真， 记下电流表数据为 0.015A， 则并联电路的导纳为I/V＝0.015/10＝1.5E-3 Ω。 打开示波器， 如图 1-1-13 可测得： 相位差T2－T1＝2.2ms， 转换成角度： ＝360*2.2/16.667 θ ＝47.5?所以电路的导纳为：Y＝1.5E-3 ∠47.5?图 1-1-13GCL 并联电路测相位差10第1章用 Multisim 设计电路实验1.1.6 交流电路的平均功率及功率因数一、实验目的1. 求单口网络的平均功率。 2. 如何提高电路的功率因数。二、实验准备如图 1-1-14 所示，设单口网络 N 由电源 G 供电，按图中所设电压及电流的参考方向， 当瞬时功率为正值时，能量系流入 N。若端钮上正弦电压、电流为 u(t)=Umsinωt i(t)=Imsin(ωt-θ)i(t) 电源 G N图 1-1-14 网络 N 的功率则电路可知单口网络的平均功率为 P＝1/2UmImcosθ=UIcosθ这里 cosθ就是电功率系数，也称为功率因数。当用交流电流表和交流电压表测出电流 I 和电压 U 值， 用示波器测到电流和电压的相 角差θ之后，电功率便可计算出。 如果要提高电路的功率因数，可在电路内增加一个储能性质相反的元件。即：在感性 电路中并联一个电容，容性电路要串联一个电感。 对下面的交流电路的平均功率和功率因数进行分析：11EDA 技术与电子工程设计+ 0.094AL110mHAXSC1G B TV11.41V 50Hz 0DegC11uFR210ohm1VR10.1ohm图 1-1-15 交流电路三、实验步骤1. 编辑图 1-1-15 电路：分别从电源库、元件库、指示部件库中调用所需电源、电阻、 电感、电容和电流表。确定电流表属性中 Mode 为 AC。 2. 如图 1-1-15 连接线路。 3. 打开仿真，如图 1-1-16，记下电流表数据为 0.094A。 相位差T2－T1＝1ms，转换成角度：θ＝360*1/20＝18? 功率因数λ＝cos18＝0.951 平均功率为：1*0.094*0.951＝89.4mw图 1-1-16 用示波器测量相位差4. 通过示波器观察到，此电路为感性。若使电路的功率因数为 1，须并联一个电容 C2，此时抵消电路感性的容抗电流为：0.094*sin18?＝29mA 容抗Xc为：1/0.029＝34.4Ω12第1章用 Multisim 设计电路实验则并联的电容为：1/(2πfXc) ＝92.5μF 将此电容接入电路，如图 1-1-17 所示，可看出电流为 0.090A，观察示波器如图 1-1-18 所 示 的 电 流 和 电 压 波 形 相 重 叠 ， 即 θ 为 0 ， 则 功 率 因 数 为 ： λ ＝ cos0 ? ＝ 1 ， 平均功率为 1*0.090*1＝90mw+ 0.090AL1XSC110mHG TC2C11uFABV11.41V 50Hz 0Deg92.5uFR210ohm1VR10.1ohm图 1-1-17 增加电容后的交流电路图 1-1-18 功率因数为 1 时的电路电流、电压波形1.1.7 谐振电路一、实验目的1. 测 RLC 串联谐振电路的频率特性曲线。 2. 求谐振电路的带宽和品质因数。13EDA 技术与电子工程设计二、实验准备构造一个如图 1-1-19 所示的 RLC 串联电路，对其进行分析。RL+u s (t )c_图 1-1-19RLC 串联电路串联电路的阻抗为: Z = R + jωL +1 = R + jX ，当X=0 时，电路处于谐振状态， jωC此时： ωL ?1 1 Hz，且谐振时的阻抗为 Z = R 谐振电路的 = 0 ，由此得: f 0 = ωC 2π LC带宽为：BW=fH－fL，其中fH和fL分别是电路电流I下降为峰值的 0.707 倍(-3dB)时所对应的 上下限频率。谐振电路的品质因数为：。因谐振时电路为纯电阻性，因此，电流与总电压同相，所以在分析时，只需分析电阻 R 两端的电压特性。 以下图电路进行分析：14第1章用 Multisim 设计电路实验图 1-1-20 串联谐振电路三、实验步骤1. 编辑图 1-1-20 电路： 分别从电源库和元件库中调用所需电源、 电阻、 电感和电容。 确定电流表属性中 Mode 为 AC。交流电压源从电源库中调用，其幅值与频率的大小对电 路的频率特性无影响。启动 Options 菜单中的 Preference…命令，在 Circuit 标签中选中 show node names 项。 2. 如图 1-1-20 连接线路。 3. 用波特图仪或用 AC 分析方法来测出电路的频率特性：用波特图仪测定运行电路仿真开关，打开波特图仪的面板，进行合适调节后，这时在波特图仪的显示 屏上显示曲线如图 2.1-21 所示。图 1-1-21 波特图仪的显示从图上可以看出，谐振频率f0=501Hz，用光标拖动波特图仪面板上的红色指针，或多 次点击面板上的箭头按钮，读出 0．707 所对应的两个频率fH为 147 Hz，fL为 1.748KHz。 用 AC 分析方法测定 如图 1-1-20 所示，其中波特图仪可以不用。启动 Simulate 菜单中 Analyses 子菜单下 AC Analysis 对话框，选中节点 5，点击 Plot during simulation，然后点 simulate，出现如 图 1-1-22 所示。15EDA 技术与电子工程设计图 1-1-22Analysis Graphs 对话框点击Analysis Graphs对话框上的按钮， 出现可移动的指针， 读出f0为 501Hz， 707 0．所对应的两个频率fH为 147 Hz，fL为 1.748KHz。可见AC法分析结果与波特图仪的分析结 果一致， 所以可得： BW=fH－fL＝1Hz=501/1.2 模拟电路的分析与测试1.2.1 单管共发射极放大电路一、实验目的1. 分析单管共发射极放大电路的静态工作点。 2. 分析频率特性和输出噪声特性。16第1章用 Multisim 设计电路实验二、实验准备构造如图 1-2-1 所示共发射极接法单管放大电路。图 1-2-1 共发 单管放大电路射极接法三、实验步骤1. 编辑图 1-2-1 电路：编辑步骤见 1.1.2 节。 2. 分析静态工作点： （1） 打开仿真开关，双击示波器，按字母 a，增加电位器的阻值到 85%时，可观 察电路饱和失真如图 1-2-2。按 Shift+a，减少电位器的阻值到 65%时，可观察电路截止失 真如图 1-2-3。 将电位器的阻值到 77%时， 不出现失真， 处于最佳放大状态， 如图所示 1-2-4， 用示波器观察输入波形和输出波形。注意输出波形与输入波形的相位关系。并测量输入波 形和输出波形的幅值分别 350mV 和 2.7V，则放大电路的电压放大倍数为 8.6。17EDA 技术与电子工程设计图 1-2-2 单管放大电路饱和失真波形图 1-2-3 单管放大电路截止失真波形图 1-2-4 单管放大电路放大状态波形（2） 建立共发射极放大电路静态工作点测量电路。如图 1-2-5 所示。从指示部件库 (Indicators)调出直流电压表和电流表，重复取时可在 In Use List 中取，利用直流电压表 和电流表测量集电极电压、电流，基极电流，以及发射极电压。18第1章用 Multisim 设计电路实验图 1-2-5 单管放大电路静态工作点电路（3） 测得静态工作点Ib=0.03mA,Ic=2.378,Vc=6.278V,Ve=2.645V, Vce=3.615。 （4） 另外，去掉电流表和电压表，如图 1-2-6 所示，启动 Simulate 菜单中 Analyses 子菜单下的 DC Operating Point…命令也能很方便的测出直流工作点。 打开 DC Operating Point Analysis 对话框。分别选中输出节点 2、12、16，点击 Plot during simulation，然后 点 simulate，出现如图 1-2-7。图 1-2-6 用 DC Operating Point 命令测静态工作点19EDA 技术与电子工程设计图 1-2-7 Analysis Graphs 对话框VB=3.4V, VC=6.29V,VE=2.6V,Vce=Vc-Ve=3.69 IE=IC=(VCC-VC)/RC=2.38mA 3. 分析频率响应 如图 1-2-1，启动 Simulate 菜单中的 AC Analysis…命令，打开 AC Analysis 对话框， 选中节点 11，点击 Plot during simulation，然后点 simulate，出现如图 1-2-8 所示。 可得图 1-2-8 Analysis Graphs 对话框4. 分析电路的输入、输出噪声特性 如图 1-2-1，启动 Simulate 菜单中的 Noise Analysis…命令，出现 Noise Analysis 对话 框，设置参数如下： Input noise reference source: vvs， Output node: 11 选择 Set points per summary,其右边栏设置为 120第1章用 Multisim 设计电路实验Output Variables 选择 Onoise-Spectrum 和 inoise-Spectrum。 点击 Plot during simulation，然后点 simulate，出现如图 1-2-9图 1-2-9 单管放大电路输入和输出噪声功率频谱1.2.2 负反馈放大电路负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用。虽然它使放大器的放倍数降低，但能在多 方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，减少非线性失真和展宽通频带等。 负反馈放大器有四种组态，即电压串联，电压并联，电流串联，电流并联。下面就以 电压串联负反馈为例进行分析。一、实验目的1. 观察负反馈对输出波形的影响。 2. 观察负反馈对电路放大倍数与频率特性的影响二、实验准备构造如图 1-2-10 所示电压串联负反馈放大电路21EDA 技术与电子工程设计1.2-10 电压串联负反馈放大电路三、实验步骤1. 编辑图 1-2-10 电路：在真实电阻箱中取出电阻，在真实电容箱中取电解电容，在 晶体管箱中取 ZTX325（NPN 型）晶体管，其β值为 93，可在其属性对话框中查到。在电源 箱中取 12V 的理想直流电压源， 取一个交流信号源， 将其值改为 5mV1000Hz0Deg,取一个接 地端。从仪表工具栏中调出示波器。 2. 如图 1-2-10 连接线路，在连接元件时，可根据需要，选择元件图标，点击右键， 选取翻转或旋转等合适放置状态，连接电解电容时，注意极性。启动 Options 菜单中的 Preference…命令，在 Circuit 标签中选中 show node names 项。标注性文字用 Place 菜单 中的（或点击鼠标右键）Place Text 命令完成， 3. 观察负反馈对输出波形的影响。将开关 K 打开，启动仿真开关，双击示波器，进 行适当调节后，通道 2 输出电压为 1.8V 左右，如图 1-2-11 所示，将开关 K 关闭，接入负 反馈，启动仿真开关，双击示波器，进行适当调节后，通道 2 输出电压为 314mV 左右， 如图 1-2-12 所示，可以看出接入负反馈后，输出电压降低 6 倍左右。22第1章用 Multisim 设计电路实验图 1-2-11 未接反馈输出波形图 1-2-12 接入反馈电路4. 观察负反馈对电路放大倍数与频率特性的影响。在输出接入波特仪，进行适当调 节后，如图 1-2-13，将开关 K 打开，启动仿真开关，双击波特仪，进行适当调节后，可以 看出放大倍数为 414，上下限频率为 50Hz 和 2.2MHz；将开关 K 关闭，适当调节波特仪 后，如图 1-2-14，可以看出放大倍数为 64，上下限频率为 23Hz 和 14.4MHz 接入负反馈。 接入负反馈后，放大倍数减少，但频宽增大。23EDA 技术与电子工程设计图 1-2-13 波特图仪显示图 1-2-14 波特图仪显示1.2.3 差动放大电路基本差动放大电路是模拟集成电路中使用最广泛的单元电路，具有放大差模信号、抑 制共模信号的能力，它几乎是所有集成运放、数据放大器、模拟乘法器、电压比较器等电 路的输入级，又几乎完全决定着这些电路的差模输入特性、共模输入特性、输入失调特性 和噪声特性。以下对晶体管构成的射极耦合差放和恒流源差放进行仿真分析。一、实验目的1. 分析一般差动放大电路在输入共模和差模时的放大性能。 2. 分析恒流源差动放大电路在输入共模和差模时的放大性能。二、实验准备图示 1.2-15 是差动放大电路由两个电路参数完全一致的单管共发射极电路所组成。24第1章用 Multisim 设计电路实验当开关 K 打到左边时，构成一般差动放大电路，打到右边时，构成具有恒流源的差动 放大电路，可进一步提高抑制共模信号的能力。 差模信号指电路的两个输入端输入大小相等，极性相反的信号，共模信号指电路的两 个输入端输入大小相等，极性相同的信号。 下面来讨论输入差模信号和共模信号下，一般差动放大电路和恒流源差动放大电路的 放大能力。图 1-2-15 差动放大电路三、实验步骤1. 编辑图 1-2-15 电路：在真实电阻箱中取出电阻及滑动动变阻器，在真实电容箱中 取电解电容电容，在晶体管箱中取 NPN 晶体管，在电源箱中取 12V 的理想直流电压源，取 一个接地端。 2. 如图 1-2-15 连接线路，节点使用菜单中 Place 菜单中的（或点击鼠标右键）Place Junction 命令完成。 3. 将开关打向左边，在一般差动放大电路方式下： 输入差模信号方式。 如图 1-2-16 (a) 所示输入端方式，设输入信号 f=1kHz,V=50mV 的正弦电压。启动 Simulate 菜单中 Analyses 子菜单下的 Transient Analysis 对话框。分别选中输出节点 8、 10，将 End time 改为 0.002sec，将 minimum number of time point 设为 1000，其余不变 以，然后点 simulate，出现如图 1-2-17 所示。25EDA 技术与电子工程设计R1IO1R1IO1+XFG1+ Ui1 -12 10kohmIO1XFG1++ Ui1 -9 10kohmR7 510ohmIO1R7 510ohm00R8 510ohmUi -+ Ui2 -R8 510ohmR910kohmIO2IO2Ui -+ Ui2 -R9IO216 10kohmIO2a 差模输入方式 图 1-2-16 输入方式b 共模输入方式图 1-2-17 一般差动放大电路差模输入单端输出电压波形从图上可以看出，两个输出端输出电压大小相等方向相反，峰峰值之差为 8.8=3.6575V。单端放大倍数为(3.6575/2)/(50×10-3×2)=18.3。 启动后处理器，设置后处理函数为V(8)-V(10)，得到的双端输出电压波形如图 1-2-18 所示，峰峰值之差为 3.6575-(-3.V，则双端放大倍数为(7.315/2)/(50×10-3 × 2)=38.6。26第1章用 Multisim 设计电路实验图 1-2-18 一般差动放大电路差模输入双端输出电压波形输入共模信号方式。 如图 1-2-16(b)所示输入端方式，设输入信号 f=1kHz,V=100mV 的正弦电压，启动 Simulate 菜单中 Analyses 子菜单下的 Transient Analysis 对话框。分别选中输出节点 8、 10，将 End time 改为 0.002sec，将 minimum number of time point 设为 1000，其余不变 以，然后点 simulate，出现如图 1-2-19 所示。图 1-2-19 一般差动放大电路共模输入单端输出电压波形单端输出方式从图上看出，由于在虚拟环境下，电路中的元件特性一致，双端输出接近于 0，不太 符合实际情况，为了能看清差动放大电路对共模信号的抑制情况，可将 Q2 的β值在其属 性对话框稍作改动，以符合实际情况，这样可得两端输出波形如图 1-2-20 所示。27EDA 技术与电子工程设计图 1-2-20 一般差动放大电路共模输入单端输出（非理想状态）电压波形从两端输出曲线的刻度上可计算得出两端输出电压之差为 1.3597mv， 则双端放大倍数 -2 为 1..3597×10 。 启动后处理器，设置后处理函数为V(8)-V(10)，得到的双端输出电压波形如图 2.2-21 所示，峰峰值之差为 41.5012-(-40.1415)= 1.3597mv，则双端放大倍数为(1.0=6.8 -2 ×10 。图 1-2-21 一般差动放大电路共模输入双端输出（非理想状态）电压波形4. 将开关打向右边，在恒流源差动电路方式下： 输 入 差 模 信 号 方 式 ， 如 图 1-2-16 (a) 所 示 输 入 端 方 式 ， 设 输 入 信 号 f=1kHz,V=50mV 的正弦电压。启动 Simulate 菜单中 Analyses 子菜单下的 Transient Analysis 对话框。 分别选中输出节点 8、 将 End time 改为 0.002sec， minimum number 10， 将 of time point 设为 1000，其余不变以，然后点 simulate，出现如图 1-2-22 所示。28第1章用 Multisim 设计电路实验图 1-2-22 恒流源差动放大电路差模输入单端输出电压波形从图上可以看出，两个输出端输出电压大小相等方向相反，峰峰之差值为 8.3=3.6534V。单端放大倍数为(3.6534/2)/(50×10-3×2)=18.3。 启动后处理器，设置后处理函数为V(8)-V(10)，得到的双端输出电压波形如图 1-2-23 所示，峰峰值之差为 3.4=7.3068V，则双端放大倍数为(7.3068/2)/(50×10-3 × 2)=38.6。图 1-2-23 恒流源差动放大电路差模输入双端输出电压波形输入共模信号方式。 如图 1-2-16(b)所示输入端方式，设输入信号 f=1kHz,V=100mV 的正弦电压。从图上 看出，由于在虚拟环境下，电路中的元件特性一致，双端输出接近于 0，不太符合实际情 况，为了能看清差动放大电路对共模信号的抑制情况，可将 Q2 的β值在其属性对话框稍 作改动，以符合实际情况，这样可得两端输出波形如图 1-2-24 所示。29EDA 技术与电子工程设计图 1-2-24 恒流源差动放大电路共模输入单端输出（非理想状态）电压波形图 1-2-25 恒流源差动放大电路共模输入双端输出（非理想状态）电压波形图 1-2-24 中波形由于两电压波形的幅值远小于两电压直流分量之差， 看起来像两条直 线，但仍是正弦波形，进行后处理后，如图 1-2-25 从两端输出曲线的刻度上可计算得出两 -3 端输出电压之差为 0.3499mv，则双端放大倍数为 0..49910 。1.2.4 求和电路一、实验目的分析求和电路二、实验准备如图 1-2-26，此电路为集成运放加若干电阻构成的反相求和电路，其输出与输入之和 成比例。 根据虚短、 虚断的概念， 可知集成运放的反相输入端为虚地， 由此可列出下列方程式：30第1章用 Multisim 设计电路实验v1 v 2 v + =? O R1 R 2 Rf由此得：vO = ?R f (构造下面电路进行分析：R11.0kohmv1 v 2 + ) R1 R 2Rf10kohmR22.0kohm2U1V1100mV 1000Hz 0Deg31V2200mV 1000Hz 0DegOPAMP_3T_VIRTUALG A B TXSC1R510ohm图 1-2-26 反相求和电路三、实验步骤1. 编辑图 1-2-26 电路：在真实电阻箱中取出电阻。在电源箱中取 12V 的理想直流电 压源，取两个交流信号源，将其值分别改为 100mV1000Hz0Deg, 200mV1000Hz0Deg。从虚拟 元件库取一个集成运放器，取一个接地端。从仪表工具栏中调出示波器。 2. 如图 1-2-26 连接线路。 3. 打开仿真开关，适当调节示波器，分别观察电路输入波形与输出波形对应的变化 关系。示波器显示的反相求和电路波形如图 1-2-27 所示。输出正弦信号与输入正弦信号反 相，当v1=100mV，v2=200mV时，利用公式计算可得vO=2000mV 。经测量，电路输出波 形幅值约为 2 V，其与理论计算值相符。31EDA 技术与电子工程设计图 1-2-27 反相求和电路的输入波形和输出波形1.2.5 有源低通滤波电路滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置。有源低通 滤波电路由集成运放和无源元件电阻和电容构成。它的功能是允许从零到某个截止频率的 信号无衰减地通过，而对其他频率的信号有抑制作用。有源低通滤波电路可以用来滤除高 频干扰信号。 有源低通滤波电路可分为一阶有源低通滤波电路、二阶压控电压源低通滤波电路。一阶有源低通滤波电路一、实验目的分析一阶有源低通滤波电路性能。二、实验准备一阶有源低通滤波电路由一个RC环节和同相比例放大电路构成。其通带电压放大倍 数即为同相比例放大电路的放大倍数：Ao=1+Rf / R1 ； 截止频率为：fo=1/RC；传递函数 为：A(s) =Ao s 1+ ω o一阶有源低通滤波电路的滤波效果还不够好。当信号频率大于截止频率时，信号的衰32第1章用 Multisim 设计电路实验减率只有 20dB/十倍频。而且在截止频率附近，有用信号也受到衰减。XSC1R15kohmR210kohmA BG TXBP1XFG1VS-4U3V112V2R310kohm C1 1uF3BAL2 BAL1 VS+ 1in6V212V5out7LM741CH图 1-2-28 一阶有源低通滤波电路三、实验步骤1. 建立一阶有源低通滤波电路，如图 1-2-28 所示。电路中集成运放采用 LM741 模 型（第一脚(BAL1)和第七脚功能(BAL2)是用来纠正输入为 0 时，输出不为 0 时用的，在 仿真时可为空） ，信号发生器提供频率为 10Hz、幅值为 1V 的正弦信号，示波器用来观察 输入波形和输出波形，波特图仪用来观察电路频率特性。在波特图仪控制板上，设定垂直 轴的终值 F 为 20dB,初值 I 为-20dB；水平轴的终值 F 为 50kHz，初值 I 为 1mHz。 2. 打开仿真开关，双击示波器，进行适当调节后，观察输入波形和输出波形的相位 关系和幅值关系。如图 1-2-29 所示。输出波形相位滞后于输入波形。测量得到输入波形和 输出波形的幅值分别是 1.0V，2.6V，计算得到电压放大倍数为 2.6，而通带电压放大倍数 则为 3。其原因是输入信号的频率已接近截止频率，所以电压放大倍数有所衰减。33EDA 技术与电子工程设计图 1-2-29 一阶有源低通滤波电路的输入波形和输出波形3. 观察电路的频率特性。波特图仪显示的一阶有源低通滤波电路频率特性如图 1-2-30 所示。 测量可得到通带电压放大倍数 Ao=9.54dB， 减去 3 dB ， 将游标定在接近 6.34dB 处，得到截止频率为 16.59Hz。再将游标定在输入信号频率 10 Hz 处，得到放大倍数约为 8 dB。图 1-2-30 一阶有源低通滤波电路的频率特性二阶压控电压源低通滤波电路一、实验目的分析二阶有源低通滤波电路性能。34第1章用 Multisim 设计电路实验二、实验准备二阶压控电压源低通滤波电路由两个RC环节和同相比例放大电路构成。其通带电压 放大倍数即为同相比例放大电路的放大倍数：Ao=1+Rf / R1 ；传递函数为：A(s) =2 A oω 0 ω 2 s2 + 0 s + ω 0 Qωo=1/ (RC) 为特征角频率。 Q=1/(3-Ao) 称为等效品质因数。 二阶压控电压源低通滤波电路衰减率可以达到 40dB/十倍频。而且在截止频率附近， 有用信号可以得到一定提升。如果 Q&0.707，幅频特性将出现峰值。 其中XSC1XFG1G TR110kohmR45.86kohm4ABU2XBP1V1VS212VR210kohmR310kohm3BAL2 BAL1 VS+ 176in5C11uFV2outC21uFLM741CH12V图 1-2-31 二阶压控电压源低通滤波电路三、实验步骤1. 建立二阶压控电压源低通滤波电路，如图 1-2-31 所示。集成运放采用 LM741 模 型，信号发生器提供频率为 10Hz、幅值为 1V 的正弦信号，波特图仪用来观察电路频率特 性。在波特图仪控制板上，设定垂直轴的终值 F 为 20dB,初值 I 为－20dB；水平轴的终值 F 为 50k Hz，初值 I 为 1mHz。 2. 打开仿真开关，双击示波器，进行适当调节后，观察输入波形和输出波形的相位 关系和幅值关系。示波器上显示的二阶压控电压源低通滤波电路输入波形和输出波形如图 1-2-32 所示。 输出波形相位滞后于输入波形。 测量输入波形和输出波形的幅值分别是 1.0V35EDA 技术与电子工程设计和 1.4V，计算得到电压放大倍数为 1.4。图 1-2-32 二阶压控电压源低通滤波电路的输入波形和输出波形3. 双击波特图仪，如图 1-2-33 所示，观察电路的频率特性，并与一阶有源低通滤波 电路的频率特性做比较，可以看出，转折区更陡峭，即特性更理想。图 1-2-33 二阶压控电压源低通滤波电路频率特性1.3 数字电路的分析与测试1.3.1 编码器电路一、实验目的分析 8 线-3 线优先编码器 74148 的逻辑功能。36第1章用 Multisim 设计电路实验二、实验准备编码器的逻辑功能是能将输入的每一个信号编成一个对应的二进制代码。优先编码器 的特点是允许编码器同时输入两个以上编码信号。但其只对优先级别最高的信号进行编 码。各信号的优先级别在设计编码器时已确定。 8 线-3 线优先编码器 74148 有 8 个信号输入端 0、1、2、3、4、5、6、7，输入端为低 电平表示有编码信号输入，输入端为高电平表示没有编码信号输入。有三个代码输出端 A2、A1、A0，可输出三位二进制代码。编码器还有一个选通输入端 E1，其为低电平时， 编码器才能正常工作。两个扩展输出端 GS、E0，用于扩展编码功能。GS 为 0 表示编码器 处于工作状态，且至少有一个信号输入，E0 为 0 表示编码器处于工作状态，且没有信号 输入。 构造下面电路进行分析：图 1-3-1 8 线-3 线优先编码器 74148 电路三、实验步骤1. 编辑图 1-3-1 电路： TTL 库中取出 74148 元件， 在 在基本元件库中取出双掷开关， 若某元件取多次时，可进行复制或在 In Use List 栏中重复取。在电源箱中,取一个 5V 电 源、一个接地端和数字接地端。在指示部件库中取出逻辑探测器。 2. 如图 1-3-1 连接线路， 输入信号通过开关接优先编码器输入端， 开关由键盘上 A～ H 八个字母键控制。输出代码由红色逻辑探测器显示。两个扩展输出端 GS、E0 由绿色逻 辑探测器显示。可打开开关、探测器元件属性对话框，对其状态进行修改。37EDA 技术与电子工程设计3. 打开仿真开关，通过按键，将各输入端依次输入低电平“0”选择不同的开关状 态组合，观察指示灯的亮灭可得真值表如表 1-3-1 所示。可以看出各个引脚对应的编码， 并可以看出输入引脚 7 优先级别最高，输入引脚 0 优先级别最低。输入 A × × × × × × × 0 1 B × × × × × × 0 1 1 C D × × × × × 0 1 1 1 × × × × 0 1 1 1 1 E × × × 0 1 1 1 1 1 F × × 0 1 1 1 1 1 1 G × 0 1 1 1 1 1 1 1 H 0 1 1 1 1 1 1 1 1 A2 0 0 0 0 1 1 1 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 输出 A0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 GS 0 0 0 0 0 0 0 0 1表 1-3-1 优先编码器 74148 编码表1.3.2 译码器电路译码器是一个多输入、 多输出的组合逻辑电路， 它的作用是把给定的代码进行 “翻译” ， 变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器分为通用译码器（如 3 线 -8 线译码器）和显示译码器（如 BCD 七段显示译码器 7447） 。 下面对这两种电路进行分析：3 线-8 线译码器电路一、实验目的分析 3 线-8 线译码器 74138 的逻辑功能。二、实验准备3 线-8 线译码器 74138 除了三个代码输入端和八个信号输出端外，还有三个控制端， 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，所有输出 端被封锁为高电平。38第1章构造下面电路进行分析：用 Multisim 设计电路实验图 1-3-23 线-8 线译码器 74138 电路三、实验步骤1. 编辑图 1-3-2 电路： TTL 库中取出 74138 元件， 在 在基本元件库中取出双掷开关。 在指示部件库中取出逻辑探测器。 在电源箱中,取一个 5V 电源、 一个接地端和数字接地端。 2. 如图 1-3-2 连接线路，控制端 G2B、G2A 接低电平，G1 接高电平，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。输出端接逻辑探测器。可打 开开关、探测器元件属性对话框，对其状态进行修改。 3. 打开仿真开关， 选择不同的开关状态组合， 用按键依次输入不同的三位地址信号， 观察指示灯的亮灭可得真值表如表 1-3-2 所示。可以看出输入代码共有 8 种状态组合，对 应 8 个不同的输出信号，输出信号是低电平有效。输 C 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 入 A 0 1 0 1 0 1 0 1 Y0 0 1 1 1 1 1 1 1 Y1 1 0 1 1 1 1 1 1 Y2 1 1 0 1 1 1 1 1 输 Y3 1 1 1 0 1 1 1 1 出 Y4 1 1 1 1 0 1 1 1 Y5 1 1 1 1 1 0 1 1 Y6 1 1 1 1 1 1 0 1 Y7 1 1 1 1 1 1 1 0表 1-3-2 3 线-8 线译码器 74138 电路真值表 39EDA 技术与电子工程设计 BCD 七段显示译码器电路一、实验目的分析七段显示译码器 7447 的逻辑功能。二、实验准备在 BCD 七段显示译码器 7447 中，D、C、B、A 表示输入的 BCD 代码，OA~OG 表 示输出的 7 位二进制代码。7 位二进制代码作为信号，会使七段显示器显示相应的十进制 数字。 构造下面电路进行分析：VCC5V SEVEN_SEG_DISPLAYU2XWG1 16 0 0 0 0 X X X X 31T7A B C DE F G0U14~BI/RBO135 3~RBI ~LTOA121110OBOC1AOD92BOE1515 R6COF14DOG7447N图 1.3-3BCD 七段显示译码器 7447 电路三、实验步骤1. 编辑图 1-3-3 电路： TTL 库中取出 7447 元件， 在 在基本元件库中取出 1K 的下拉 电阻，在指示部件库中取出七段数码显示器，在电源箱中,取一个 5V 电源、一个接地端和 数字接地端，在仪表工具栏中取出字信号发生器，其面板如图 1-3-4 中，单击 Pattern 键， 在 Pattern 对话框中，选择按递增编码 Up counter 输出，在面板 Final 中设为 000F，选择 循环 Cycle。BCD 七段显示译码器 7447 输出端接七段显示器。40第1章用 Multisim 设计电路实验图 1-3-4 字符发生器面板2. 如图 1-3-3 连接线路。 3. 打开仿真开关后，观察七段显示译码器的输出变化，观察七段显示器显示的十进 制数字和伪码输入对应的输出，如表 1-3-3 所示，可以看出七段显示译码器 7448 输出是高 电平有效，显示器显示与输入 BCD 码对应的十进制数。输 数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1入 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 表 1-3-3输出 OE OF OG 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1OA OB OC OD 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 07447 电路真值表1.3.3 数值比较器数值比较器的功能是：能够比较两个二进制数的大小。下面分别对一位数值比较器和 两位数值比较器进行分析。41EDA 技术与电子工程设计 一位数值比较器一、实验目的用门电路设计一个一位数值比较器。二、实验准备若比较两个一位二进制数 A 和 B 有三种情况，A&B（即 A=1，B=0） ，A&B（即 A=0， B=1）和 A=B。不难直接写出其表达式： Y（A&B）= A BY（A&B）= A B Y（A=B）= A
B 根据表达式，用门电路构造一位数值比较器电路如下图所示：AVCC5VU1A2.5 VJ11 12U2A13 &X37404NKey = A2U4A7408N212.5 VX42.5 V3&=1J24U2B6 &7402NX52.5 VKey = BU1B3 145B7408N7404N2.5 V图 1-3-5 一位数值比较器三、实验步骤1. 编辑图 1-3-5 电路：在 TTL 库中取出 、7408 元件（注：这些元件都42第1章用 Multisim 设计电路实验是复合封装的元件，里面有四个相同的单元元件，分别用 A、B、C、D 表示，使用时，可 进行选择） 。在基本元件库中取出两个双掷开关，设为[A],[B]控制输入。在指示部件库中 取出逻辑探测器，接到输入、输出。在电源箱中,取一个 5V 电源、一个接地端和数字接地 端。可打开开关、探测器元件属性对话框，可对其状态进行修改。 2. 如图 1-3-4 连接线路。 3. 打开仿真开关，选择不同的开关状态组合，其真值表如表 1-3-4 所示： 4.A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y（A&B） 0 0 1 0 Y（A=B） 1 0 0 1 Y（A&B） 0 1 0 0表 1-3-4 一位数值比较器真值表二位数值比较器一、实验目的用门电路设计一个两位数值比较器。二、实验准备若比较两个多位二进制数 A 和 B，则需要自高而低逐位比较，而且只有在高位相等时 才需要比较低位。要比较两个两位二进制数，不难得到以下三个表达式。 Y（A&B）= A1 B1 + A1
B1 ? A 0 B0Y（A=B）= A1
B1 ? A 0 B0Y（A&B）= Y(A & B) + Y(A = B)三、实验步骤1. 此电路可在一位数值比较器的基础上建立，先建一个子电路，如图 1-3-6 所示， 放置输入\输出端符号，输入端分别是 A、B，输出端分别是 Y1、Y2、Y3，选中此电路，43EDA 技术与电子工程设计启动 Place 菜单中的 Replace by Subcircuit，打开如图图 1-3-7(a)一位数值比较器所示的 Subcircuit Name 对话框。在其编辑栏内输入子电路名称 THEN1，点击 OK 按钮即得如图 1-3-7(b)所示的子电路。图 1-3-6 创建一位数值比较器子电路X5 A B Y1 Y2 Y3THEN1a 图 1-3-7 子电路名称b2. 建立两位数值比较器电路如图 1-3-8，在 TTL 库中取出 、7432 元件， 在基本元件库中取出四个双掷开关，设为[A]、[B]、[C]、[D]控制输入。在指示部件库中 取出逻辑探测器，接到输入、输出。在电源箱中,取一个 5V 电源、一个接地端和数字接地 端，可打开开关、探测器元件属性对话框，对其状态进行修改，在电路中，启动 Place 菜 单中的 Place as Subcircuit，可调用此子电路在电路中。44第1章用 Multisim 设计电路实验VCC5VA1A0U3A13&=1XX12Key = AA BY1 Y2 Y312U1A3 &7432NKey = CTHEN17408NU1B456 &XX2Key = BA BY1 Y2 Y37408N23U2A1&=1Key = DTHEN17402NB1B0图 1.3-8 两位数值比较器3. 打开仿真开关，选择不同的开关状态组合，其真值表如表 1-3-5 所示。A1A0 B1B00 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1Y（A&B）0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0Y（A=B）1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1Y（A&B）0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0表 1-3-5 两位数值比较器真值表45EDA 技术与电子工程设计1.3.4 边沿 D 触发器一、实验目的1. 分析边沿 D 触发器的逻辑功能及特点。 2. 观察异步置 0、置 1 端的作用。二、实验准备边沿型触发器有这样的特点：触发器输出状态的变化仅取决于边沿（可能是上升沿或 下降沿）到达时输入的状态，而其他时间输入状态的变化不会影响输出的状态。 异步置 0、置 1 端用来给触发器预置信号。异步置 0 或置 1 端只要有信号，就能直接 将输出置为 0 或 1，而与 CP 状态无关。 构造下面电路进行分析：VCC5VS X1 V1Key = S2.5 VU1A100Hz 5V J12.5 VX22.5 V5 1Q~1Q 6X64 ~1PR3211CLK1D~1CLRKey = DX57474NX32.5 VR2.5 VX42.5 VKey = R图 1-3-9 边沿 D 触发器电路三、实验步骤1. 编辑图 1-3-9 电路：在 TTL 库中取出 7474 元件，在基本元件库中取出双掷开关， 在指示部件库中取出逻辑探测器，在电源箱中,取一个 5V 电源、一个时钟电压源、一个接 地端和数字接地端，在指示部件库中取出逻辑探测器。可打开开关、探测器元件属性对话46第1章用 Multisim 设计电路实验框，对其状态进行修改。 2. 如图 1-3-9 连接线路，D 触发器 CP 信号由时钟提供，设置时钟频率为 100Hz。D 输入信号由 D 开关控制。异步置 1、置 0 端输入信号分别由 S、R 开关控制。异步置 1、 置 0 输入信号用绿色逻辑探测器针观察，CP 信号、D 输入信号用红色逻辑探测器针观察， 输出信号用黄色逻辑探针观察。 3. 打开仿真，可以观察到，当异步置 0 端 R 为 0 时，不论 CP 和 D 的输入是什么， 触发器输出立刻置 0，当异步置 1 端要 S 为 0 时，触发器输出立刻置 1。 令 S 和 R 为 1，打开仿真开关，在 CP=1 和 CP=0 期间，改变 D 状态，观察触发器输 出 Q 是否变化，通过仿真可知，无论在 CP 为 0 或 CP 为 1 期间，输入信号 D 的变化都不 会影响触发器输出，只有在上升沿到来时刻，触发器输出 Q 才会根据输入信号 D 的变化 而变化。变化规律如表 1-3-6 所示。n +1CP ↑ ↑ ↑ ↑ ×D 0 0 1 1 ×Q0 1 0 1nQ0 0 1 1×Qn表 1-3-6 边沿 D 触发器特性表1.3.5 同步十进制计数器一、实验目的1. 分析集成同步十进制计数器 74160 的逻辑功能。 2. 用集成同步十进制计数器 74160 构成其它进制的计数器。二、实验准备集成同步十进制计数器 74160 除了具有十进制加法计数功能之外，还有预置数、异步 置零和保持的功能。功能表如表 2.3-7 所示。47EDA 技术与电子工程设计CP × ↑ × × ↑ Rd＇ 0 1 1 1 1 表 1-3-7 LD＇ × 0 1 1 1 ENP × × 0 × 1 74160 功能表 ENT × × 1 0 1 工作状态 置零 预置数 保持 保持（C=0） 计数用集成同步十进制计数器 74160 构成其他进制计数器，可采用置零法和置数法。置零 法的原理是：当计数器从零状态开始计数，计数到某个状态时，将该状态译码产生置零信 号，送计数器置零端，使计数器重新从零状态计数。这样可以跳跃若干个状态。置数法的 原理是：通过给计数器重复置入某个数值，使计数器跳跃若干个状态。 构造下面电路对计数器 74160 进行分析：VCC5VU1U31DCD_HEX9~CLR~LOAD4XLA132110715Bus1ENTRCOBus23ENP CLK14Bus300Hz 5VV14AQA135BQB126CQC11DQDF C Q T74160N图 1-3-10 集成同步十进制计数器 74160 的电路三、实验步骤1. 编辑图 1-3-10 电路：在 TTL 库中取出 74160 元件，在电源箱中,取一个 5V 电源、 一个时钟电压源、一个接地端和数字接地端，在指示部件库中取出带译码的七段数码显示 器。设置时钟频率为 300Hz，在仪表工具栏取出逻辑分析仪。 2. 如图 1-3-10 连接线路，启动 Place 菜单中的 Place Bus，进入绘制总线状态，拉出 一条总线，将 74160 四个输出管脚与总线连接，并按引脚顺序进分别与译码显示器和逻辑 分析仪进行连接。 令 ENP=1，ENT=1，CLR=1，LOAD=1，输出 QD、QC、QB、QA 接译码显示器用 于观察状态数的变化，同时接逻辑分析仪用于观察时序波形。 3. 打开仿真开关，在连续 CP 的作用下，观察译码显示器数字的变化规律，并用逻48第1章用 Multisim 设计电路实验辑分析仪观察计数器状态转换规律如图 12.3-11。图 1-3-11 逻辑转换仪输出时序图4. 用置数法使用两片同步十进制计数器 74160 构成 43 进制计数器。图 1-3-1243 进制计数器电路5. 编辑图 1-3-12 电路：在 TTL 库中取出一个 7400、两个 74160 元件，在电源箱中, 取两个 5V 电源、一个时钟电压源、一个接地端和数字接地端，在指示部件库中取出两个 带译码的七段数码显示器。设置时钟频率为 500Hz。74160 左转 90 度放置。 6. 如图 1-3-12 进行连接，将十位 4 和个位 2 接与非门并与置数端连接。 7. 打开仿真开关，在连续 CP 的作用下，观察译码显示器数字的变化规律，49EDA 技术与电子工程设计1.3.6 序列信号发生器一、实验目的1. 设计一个序列信号发生器，能循环产生串行数据 。 2. 观察在连续脉冲 CP 的作用下，电路输出的序列信号。二、实验准备序列信号发生器的功能是能够产生序列信号，即一组特定的串行数字信号。序列信号 发生器构成的方法有多种，其中一种是用计数器和数据选择器构成。计数器的状态输出接 数据选择器的地址输入，需要输出的序列信号送至数据选择器的数据输入端。当计数器的 时钟信号连续输入时，所需序列信号将会依次从数据选择器输出端输出。 构造下面电路进行分析：图 1-3-13 序列信号发生器电路三、实验步骤1. 编辑图 1-3-13 电路：用四位二进制同步计数器 74163 和八选一数据选择器 74151 构成序列信号发生器电路，在 TTL 库中取出一个 74163、一个 74151 元件。在电源箱中, 取两个 5V 电源、一个时钟电压源、一个接地端和数字接地端。在指示部件库中取出一个 带译码的七段数码显示器。 2. 如图 1-3-13 连接线路，设置时钟频率为 300Hz。计数器的状态输出端 QC、QB、 QA 接在数据选择器的地址输入端 C、B、A，需要输出的序列信号
接至数据选 择器的数据输入端。计数器的输入信号由时钟提供，频率取 300Hz。计数器状态由译码显50第1章用 Multisim 设计电路实验示器观察，数据选择器输出用逻辑探测器观察。 3. 打开仿真开关，在连续脉冲的作用下，电路输出循环产生串行数据 。计 数器输出状态与输出信号的对应关系如表 1-3-8 所示。 4.QC 0 0 0 0 1 1 1 1 QB 0 0 1 1 0 0 1 1 QA 0 1 0 1 0 1 0 1 Y 0 0 0 1 0 1 1 1表 1-3-8 计数器输出状态与输出信号的对应关系1.3.7 多谐振荡器一、实验目的1. 用 555 定时器设计一个多谐振荡器。 2. 测算量振荡周期、频率和占空比。 3. 改变电路参数，观察输出信号的变化。二、实验准备多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号（即没有输入信 号） 便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，所以称为多谐 ， 振荡器。 先将 555 定时器构成施密特触发器，再将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回 到它的输入端，即可构成多谐振荡器，且其电容C的电压VC将在VT+和VT-之间反复振荡。 电容电压VC与输出电压V0的波形如图 1-3-14 所示。51EDA 技术与电子工程设计vc02/3Vcc 1/3VccvoT1T T2t0图 1-3-14 多谐振荡器VC与V0的波形图t?V V 充电时间： T1 = ( R1 + R2 )C ln CC T ? = ( R1 + R2 )C ln 2 VCC ? VT + V ?V 放电时间： T2 = R2C ln CC T + = R2C ln 2 VCC ? VT ?振荡周期： T = T1 + T2 = (R + 2R2)C ln 2 1 振荡频率： f = 1 TT R + R2 占空比： q = 1 = 1 & 50% T R1 + 2 R2构造下面电路进行分析：图 1-3-15555 多谐振荡器电路52第1章用 Multisim 设计电路实验三、实验步骤1. 用 555 定时器构成多谐振荡电路如图 1-3-15。在基本元件库中取出两个 10 两个 1kΩ电阻，一个 0.01μF、10μF 的电容，模拟元件库中取出 LM555 元件。在电源箱中, 取一个 5V 电源、一个接地端和数字接地端。 2. 如图 2.3-15 连接线路，将 555 定时器的阈值端 THR 与第 2 脚 TRI 相连，并对地 接入 10μF 的电容 C，THR 与 7 脚间接入 10K 电阻 R2，7 脚 DIS 与电源之间接入 10K 电阻 R1，复位端 RES 接高电平，5 脚 CON 通过 0.01μF 的滤波电容接地，输出端 3 脚接 示波器。 3. 打开示波器，打开仿真开关，观察输出端的仿真波形。 在图 1-3-15 所示参数的作用下，此多谐振荡器的振荡周期、频率和占空比分别为： 振荡周期： T = T1 + T2 = (R + 2R2)C ln 2 ＝207.9ms 1 振荡频率： f = 1 ＝4.8HZ TT 20 q= 1 = = 66 .7% T 30图 1-3-16 示波器输出波形从图 1-3-16 所示波形看出，电路构成的多谐振荡器的占空比始终大于 50%，且在电 容 C 充电时间里输出高电平，放电时间输出低电平，测得 T1＝138.1ms，T＝208.6ms，得 q＝66.2%，与计算值相近。 通过改变电容值、电阻值，观察输出端的仿真波形，可知输出矩形波的频率取决于外 接电阻、电容的值。53
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