南昌大学低频仿真实验报告.docx
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南昌大学低频仿真实验报告
低频电子仿真实验报告
*******************************
学号:
**********
专业班级:
中兴通信121班
南昌大学实验报告
学生姓名:
黄鹏飞学号:
**********专业班级:
中兴121班
实验类型:
□验证□综合设计□创新实验日期:
2013-12-20实验成绩:
一、软件仿真实验
实验一Multisim软件使用
实验二 仪器放大器设计与仿真
实验三 逻辑电平信号检测电路设计与仿真
实验四 三极管Beta值分选电路设计与仿真
实验五 宽带放大电路设计与仿真
二、硬件实验
实验一 电子仪器的使用
实验二 晶体管共发射极放大器
实验三 负反馈放大器
实验四 差分放大器
实验五 集成运算放大器的基本应用——模拟运算电路
实验六 集成运算放大器的基本应用——电压比较器
实验一Multisim软件使用
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,以及一些快捷方式的使用方法,如数字信号发生器和3228RT集成运放及示波器的使用。
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集成运放3228RT实现信号的反相比例运算功能。
三、实验原理
电路原理图如图所示:
四、实验步骤
1.在Multisim软件中选择数字信号发生器,集成运放3228RT和四段输入泰克示波器;
2.数字信号发生器接集成运放3228RT反相端,3228RT的同相端接地,四段输入泰克示波器1号端口接数字信号发生器的输出端,2号端口接集成运放3228RT的输出端,并按规定连好各器件的其他端口。
3.打开总电源开关,调节信号发生器,产生一个1000Hz,振幅为10V的正弦信号,点击泰克示波器,调节自动设置,波形基本出现。
再调节分度,使波形更加清楚,点击测量按键,将CH1、CH2的均方根值调出窗口,观察记录。
五、实验数据及结果
函数信号发生仪显示图,信号为Ui=10sin(2000πt)V
泰克示波器的显示结果:
CH1、CH2
实验结果分析:
由泰克示波器可以看到CH1、CH2在波形方面都是正弦波形且呈反相的关系,并且输入和输出的有效值呈10倍的放大关系,即近似Av≈R1/R2。
可知,用数字信号发生器和集成运放3228RT实现信号的反相比例运算功能。
六、实验总结
通过本次实验,对Multisim的基本操作方法有了一个很大的了解。
掌握虚拟仪器库中关于测试数字电路仪器的使用方法,同时仿真了反相比例运算电路。
分析了集成运放的功能,结果与在低频电子电路课本中学到的结论完全一致。
实验二、基于Multisim的仪器放大器设计
一、实验目的:
1.掌握仪器放大器的实际方法;
2.理解仪器放大器对共模信号的抑制能力;
3.熟悉仪器放大器的调试方法;
4.掌握虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器的使用方法,如示波器、毫伏表、信号发生器等虚拟仪器的使用方法。
二、实验仪器
Multisim虚拟仪器中的函数信号发生器,毫伏表,示波器,运算放大器、电阻等。
三、实验原理:
1.采用运算放大器设计并构建仪器放大器,具体指标为:
(1)输入信号Ui=2mv时,要求输出电压信号Uo=0.4V,Avd=200,f=1KHz;
(2)输入阻抗要求Ri>1MΩ
2.用虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器,按设计指标进行调试;
仪器放大器是用来放大差值信号的高精度放大器,它具有很大的共模抑制比,极高的输入电阻,且其增益能在大范围内可调。
下图是由三个集成运放构成的仪器放大器电路。
其中,集成运放U3组成减法电路,即差值放大器,集成运放U1和U2各对其相应的信号源组成对称的同相放大器,且
,
,
令
时,
集成运放U3的输入信号是
和
,由于
,
所以
仪器放大器的差值电压增益
因此改变电阻的值可以改变仪器放大器的差值电压增益,此仪器放大器的增益是负的。
电路原理图:
四、实验内容:
1、采用运算放大器设计并构建一仪器放大器,具体指标为:
(1)当输入信号ui=2sinwt(mV)时,输出电压信号uo=0.4sinwt(V),Avd=200,
,f=1KHz;
(2)输入阻抗要求
。
2、用虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器,按设计指标进行调试。
3、自拟实验步骤,记录实验数据并进行整理分析。
五、实验步骤:
1.按原理图图连接电路:
2、设置函数信号发生器,输出正弦,频率为1kHz,有效值为2mV;
六、实验结果及分析:
由波形图可知Ui=2.051sinwt(mV)时,Uo=0.409sinwt(V)
输入共模信号:
观察发现无放大作用
七、实验总结
通过本次实验,理解了差模、共模信号,掌握了仪器放大器的运放原理及使用方法。
通过调节输入信号,发现该虚拟仪器放大器可以放大差模信号,但理论与实践有一定差距;对于共模信号,则无放大作用。
实验三、基于Multisim的逻辑电平测试器设计
一、实验目的:
1、理解逻辑电平检测电路的工作原理及应用。
2、掌握用集成运放和555定时器构建逻辑电平检测电路的方法。
3、掌握逻辑电平测试器的调整和主要性能指标的测试方法。
二、实验基本原理:
电路可以由五部分组成:
输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路、发音电路和电源。
原理框图如图所示:
技术指标要求:
测量范围:
低电平
,高电平
用1kHz的音响表示被测信号为高电平;
用500kHz的音响表示被测信号为低电平;
当被测信号在0.75V~3.5V之间时,无输出,输入电阻大于20kΏ。
输入和逻辑状态判断电路要求用集成运算放大器设计,产生电路要求用555定时器构成的振荡器设计。
三、实验仪器:
集成运放、555定时器、数字万用表、泰克示波器、蜂鸣器,电源等
四、实验内容:
按照指导书,设计逻辑电平检测电路,并进行输入和逻辑状态判断电路测试:
范围(低电平VL<0.75V,高电平VH>3.5V),用1kHz的输出信号表示信号为高电平,用500Hz的输出信号表示信号为低电平,当被测信号在(0.75V,3.5V)之间时无任何输出。
电路原理图
五、实验结果及分析:
通过移动滑动变阻器,改变输入信号的高低电平在0-5V变化。
(1)当输入电压在低电平VL=0.5V<0.75V时:
分析:
当输入电平在低电平时,CH1端口无输出,CH2端口检测到一个500Hz左右的输出信号,蜂鸣器发出一个低频率的声音。
即检测到了低电平信号。
(2)当输入电压VL=2.75V在0.75V~3.5V之间时:
分析:
当输入电平在0.75V~3.5V之间时,CH1端口无输出,CH2端口也无输出,即满足了无信号输出。
(3)当输入电压VL=4.5V>3.5V时:
分析:
当输入电平在高电平时,CH2端口无输出,CH1端口检测到一个1000Hz左右
的输出信号,蜂鸣器发出一个高频率的声音。
即检测到了高电平信号。
六、实验总结
逻辑电平信号检测电路设计与仿真主要的设计在于三个部分,即输入电路、逻辑状态判断电路和音响声调电路。
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。
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,并在Multisim电子工作平台上进行仿真,培养了我的综合应用能力及工程设计的能力。
实验四、基于Multisim三极管β值分选电路设计
一、实验目的:
1、熟悉三极管的电流放大原理,掌握其各管脚电流之间的关系;
2、掌握三极管放大电路和集成运算放大器(或集成电压比较器)的特性和应用;
3、掌握电路仿真调试的原则和排除故障的方法。
二、实验内容:
利用比较器构成一个NPN型三极管β值分选电路。
要求该电路通过发光二极管的亮或灭来指示被测三极管β值的范围,并用一个LED数码管显示β值的区间段落号。
如:
(0-50)显示“1”、(50-100)显示“2”、(100-150)显示“3”、(150-200)显示“4”、(>200)显示“5”。
三、实验原理:
三极管采用Multisim虚拟库中器件,其β(Beta)值可根据需要修改,比较器选择集成运放(LM324)。
在实验中对于LED灯的显示结果如下:
(0-50)一个LED灯亮、(50-100)两个LED灯亮、(100-150)三个LED灯亮、(150-200)四个LED灯亮、(>200)五个LED灯亮。
三极管工作在放大区时,集电极电流为基极电流的β倍,通过集成运放将电流转换成电压,根据事先设定的β值分段范围确定比较器的门限电压值。
通过比较,可用二极管反映β值范围,并将其转换成LED数码管显示(利用数字逻辑电路转换)。
电路原理图:
四、实验仪器:
三极管、集成运算放大器、3-8译码器、发光二极管、LED数码管、电阻等。
五、实验结果及分析:
(1)β值取47时,一个LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“1”,截图如下:
(2)β值取78时,两个LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“2”,截图如下:
(3)β值取134时,三个LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“3”,截图如下:
(4)β值取175时,四个LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“4”,截图如下:
(5)β值取235时,四个LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“5”,截图如下:
六、实验总结:
掌握了三极管放大电路和集成运算放大器(或集成电压比较器)的特性和应用,并且对三极管各个极的电压电流特性更加了解。
并且对数字逻辑电路的译码器有了一个复习和更深的了解。
实验五:
基于Multisim宽带放大电路设计
一、实验目的:
1、熟悉集成运算放大器的特性;
2、掌握运用集成运算放大器构成有源滤波器的方法;
3、掌握电路仿真调试的原则和排除故障的方法。
二、实验内容:
利用集成运放设计一个带通放大器。
要求该放大器能够对一定频率范围内的电压信号进行选频及放大,对频率范围之外的信号进行衰减。
集成运放可选择LM324。
技术指标:
BW(300Hz-3400Hz)、中频增益Av=4。
三、实验仪器:
集成运算放大器、函数信号发生器、电容、电阻、示波器、波特图示仪等。
四、实验原理:
用运放构成带通滤波器。
信号范围较宽,用2个运放分别构成低通和高通后并串联。
(1)滤波器的快速设计方法:
根据截止频率fc,选定电容C(单位uF)的标称值,使其满足K=
(
);
(2)实验调整并修改电容、电阻值,测量滤波器的性能参数。
1)对于低通滤波器(Av=2):
根据设计要求,其截止频率为3400Hz,可计算并查出其参数如下:
R1=1.126KΩ,R2=2.250KΩ,R3=6.752KΩ,R4=6.752KΩ,C=0.028uF,C1=0.03uF,并根据参数选择标称元件。
2)对于高通滤波器(Av=2):
根据设计要求,其截止频率为300Hz,可计算并查出其参数如下:
R1=1.821KΩ,R2=1.391KΩ,R3=2.782KΩ,R4=2.782KΩ,C=0.33uF,并根据参数选择标称元件。
电路原理图:
五、实验结果及分析:
(1)当输入低频信号,即输入100Hz〈300Hz,振幅1V正弦波。
观察有效值Ui=0.707V,Uo=0.311V,即Ui>Uo。
波形如下:
分析:
对于低频段的信号,经过宽带放大器,信号被衰减。
(2)当输入中频信号,即输入300Hz〈Ui=1000Hz〈3400Hz,振幅1V正弦波。
观察有效值Ui=0.707V,Uo=2.84V,即Uo〉〉Ui。
波形如下:
分析:
对于中频段的信号,经过宽带放大器,信号被放大,且Av=Uo/Ui=4.0。
(3)当输入高频信号,即输入Ui=10000Hz〉3400Hz,振幅1V正弦波。
观察有效值Ui=0.707V,Uo=0.339V,即Ui〉Uo。
波形如下:
分析:
对于高频段的信号,经过宽带放大器,信号被衰减。
综上,该放大器能够对一定频率(300Hz-3400Hz)范围内的电压信号进行选频及放大,其增益Av=4,对频率范围之外的信号进行衰减。
(4)波特图:
低频段:
中频段:
高频段:
六、实验总结:
综上,该放大器能够对一定频率(300Hz-3400Hz)范围内的电压信号进行选频及放大,其增益Av=4,对频率范围之外的信号进行衰减。
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