1、系统仿真与虚拟实验系统仿真与虚拟实验西安电子科技大学模拟电子技术基础课程组软件平台软件平台“系统仿真与虚拟实验”主要是结合“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”理论课和实验课的计算机虚拟实验，其软件平台主要是： Electronic WorkBench OrCAD MultiSim2001授课方式授课方式 课程全部在实验室内实施，采用多媒体教学手段，主要是学生结合理论课程学习进行计算机仿真。每周一次（4小时），共8次，30学时，2学分。数电和模电轮流或混合仿真。 在具体实施中，除第一个实验给出参考电路外，其它电路均由同学自主设计。课程内容课程内容 基本放大器和串联电流负反馈虚拟实验 组合逻
2、辑虚拟实验 差分放大器电路虚拟实验 计数器电路虚拟实验 运算放大器在滤波器的应用虚拟实验 运算放大器在弛张振荡器中的应用虚拟实验 脉冲波形产生与变换虚拟实验 综合设计与虚拟实验第一次第一次 基本放大器和串联电流负反馈虚拟实基本放大器和串联电流负反馈虚拟实验验虚拟实验任务书虚拟实验任务书搭建一级共射放大器做如下实验搭建一级共射放大器做如下实验: :1. 选择晶体管。2. 测出ICQ、UCEQ、Au、Ri、Ro 。3. 将射级旁路电容(100uf)断开，重做上述实验。4. 将100uf电容接至E极与地之间，观察ICQ、UCEQ、Au、 Ri、Ro变化。5. 将输入信号增大，观察失真现象，调整工作点
3、使失真减 小。6. 负载RL变为500，观察输出波形及Au变化。7. 当RL变为500时，请加射随器隔离，设计输出级射随器电路并观察现象。8.8. 选做选做 增大Ri至1M以上，用场效应管设计输入级。对以上要求请记录结果并给以理论解释。对以上要求请记录结果并给以理论解释。测量静态工作点，观察电压增益和输入输出阻抗电路测量静态工作点，观察电压增益和输入输出阻抗电路输入信号增大，输出产生失输入信号增大，输出产生失真的电路及波形真的电路及波形输入信号输出信号加入串联电流负反馈，改善加入串联电流负反馈，改善输出波形，减小失真的实验输出波形，减小失真的实验电路及仿真波形电路及仿真波形输入波形输出波形加射
4、随器的参考电路与仿真结果加射随器的参考电路与仿真结果输入波形输出波形 在重负载情况在重负载情况下，加射随器隔离下，加射随器隔离后，仍然保证比较后，仍然保证比较大的输出不失真动大的输出不失真动态范围。态范围。第二级输出第一级输出该放大器的频率特性该放大器的频率特性一、用一、用SSISSI门构成一位全加器如图门构成一位全加器如图1 1所示所示1. 用字信号发生器产生输入（编写8条字信号，输出频率为1HZ），在输入、输出端分别加发光二极管，观察全加器的逻辑功能，记录实验结果。2. 改变图1电路，用SSI门构成一位全减器，重复上述实验。第二次第二次 组合电路虚拟实验任务书组合电路虚拟实验任务书二、二、
5、由由74138（3-8译码器）构成译码电路译码器）构成译码电路1.用字信号发生器和发光二极管测试译码电路的逻辑功能，记录实验结果。2.用74138加少量门构成多地址译码电路，当分别被译中时输入8根地址线A7A0的状态是什麽？试用字信号发生器和发光二极管测试该电路的逻辑功能并记录实验结果。3.如果电路有10根地址输入线A9A0，要求分别被译中时A9A0的状态为2E0H、2E1H2E7H,则电路应如何改变?试设计电路并记录实验结果。 三、由三、由74151（8选选1数据选择器）构成电路数据选择器）构成电路 用字信号发生器改变D0D7的数据，观察输出端Y的变化，记录实验结果。 四、由四、由74151
6、（8选选1数据选择器）构成电路数据选择器）构成电路 用字信号发生器改变D0D7的数据，观察输出端Y的变化，记录实验结果。 组合电路虚拟实验任务书组合电路虚拟实验任务书 （续）（续）第三次第三次 差分放大器电路虚拟实验任务书差分放大器电路虚拟实验任务书给定元件：给定元件：晶体管2N4400 4个，电阻2K 3个，电位器5K 1个， 12V正负电源1.1. 组成一个带镜像电流源的差分放大器，要求工作点 ICQ=1.5mA， 差模增益大于56倍（单端）。2.2. 测试工作点、差模增益、共模抑制比（保证信号不失真）及 幅频特性。输入信号为100mv/50kHz。3.3. 增加负载电容CL（150PF）
7、，重新测试幅频特性，绘出频率 响应曲线（用波特图仪和交流分析）。4.4. 将输入加两个幅度相同的信号迭加，一个在中频区 (50kHz)，一个在高频区(1MHz或5MHz)，再观察输出波形。断开CL（150PF）1.在不失真条件下，观察输出信号频谱。加大输入信号，使输出信号出现较严重的非线性失真，重新观察输出信号频谱。(10mv500mv)2.加负反馈，扩展输入线性动态范围，重新观察输出失真情况。3.加入三角波(1v/50kHz)，调节RW2观察输出波形由三角波、正弦波、方波的情况。 扩展内容扩展内容参考电路与仿真结果参考电路与仿真结果输入波形输出波形不失真时幅频特性中频增益截止频率增加负载电容
8、(150pF)测量幅频特性的电路增加负载电容后交流分析结果中频增益截止频率输入端加两个幅度相同的信号，一个在中频区输入端加两个幅度相同的信号，一个在中频区（50kHz)，一个在高频区（，一个在高频区（1MHz)时输出波形时输出波形输入波形输出波形加负反馈扩展输入线性动态范围加负反馈扩展输入线性动态范围增大输入信号加负反馈输入三角波（输入三角波（1v/50kHz)，调节，调节Rw2观察输出波形变化的电路观察输出波形变化的电路输出波形由三角波变为正弦波仿真结果输出波形由三角波变为正弦波仿真结果输入波形输出波形输出波形由三角波变为方波仿真结果输入波形输出波形电路出现非线性失真时，就会在输出信号中产生
9、许多输入信号所没有的新的谐波分量。第四次第四次 计数器电路虚拟实验任务书计数器电路虚拟实验任务书给定器件：给定器件：十进制计数器（74160）2个，二进制计数器（74163）2个，双向移位寄存器（74194）1个，门若干。一、将两片一、将两片7416074160采用同步级联，整体置采用同步级联，整体置0 0法构成模法构成模6060计数器，要求：计数器，要求：1. 用函数信号发生器产生10HZ的时钟信号，并用四输入的数码显示器（含译码器） 显示计数器的计数结果，观察数码显示器的变化，记录计数器的计数范围。2. 用逻辑分析仪观察计数器的输入、输出信号（CP、QA、QB、 QC、QD、RCO、QA、
10、QB、 QC、QD、RCO）变化过程，记录输入、输出波形，测出两个RCO之间的时间差。注意：逻辑分析仪的采样时钟频率（注意：逻辑分析仪的采样时钟频率（Clock SetClock Set）应设为输入时钟频率的）应设为输入时钟频率的5 5倍。倍。3、若要求计数器的模值为58，采用同步级联，整体OC置数法实现电路，则该电路的予置输入数D、C、B、A、D、C、B、A=？完成电路设计，观察并记录输入、输出波形，测出两个RCO之间的时间差。二、二、将两片将两片74163采用同步级联，整体置采用同步级联，整体置0法构成模法构成模60计数器，计数器，重复上述实验，并记录结果。注意：逻辑分析仪的采样时重复上述
11、实验，并记录结果。注意：逻辑分析仪的采样时钟频率（钟频率（Clock Set）应设为输入时钟频率的）应设为输入时钟频率的3倍。倍。 比较比较74160和和74163，说明两种计数器的功能和使用有何异，说明两种计数器的功能和使用有何异同点？同点？三、若将两片三、若将两片74163采用异步级联法，构成采用异步级联法，构成8421BCD码模码模60计数器，则电路应如何连接？（选做）计数器，则电路应如何连接？（选做）计数器电路虚拟实验任务书计数器电路虚拟实验任务书 （续）（续）四、四、已知电路的输入、输出波形如图已知电路的输入、输出波形如图1所示：所示：试用一片试用一片74194实现电路，要求电路能自
12、启动。画出电路图实现电路，要求电路能自启动。画出电路图计数器电路虚拟实验任务书计数器电路虚拟实验任务书 （续）（续）CPQAQBQCQD图1五、试分别用一片五、试分别用一片7419474194实现实现M=8M=8，M=7M=7移位型计数器。移位型计数器。 第五次第五次 运算放大器在滤波器中运算放大器在滤波器中 应用的虚拟实验任务书应用的虚拟实验任务书 带通滤波器 电路设计：用运放组成带通滤波器，要求中心频率f0=50Hz, A(0)=-1 。 给定器件：运放741 正负12V电源 电阻 400K，200K 电容 0.22uF ( 2个) 电位器1K 输入信号 Ui=0.5sin2t +0.5
13、sin250t (v) 调电位器，使f0=50Hz，用示波器观察输入输出波形，用波特图仪测量幅频特性、相频特性、带宽及Q值。 在带通滤波器基础上加一级相加器，组成带阻滤波器，观察波形及幅频特性。参考电路与仿真结果参考电路与仿真结果输入波形输出波形幅频特性带阻滤波器带阻滤波器输入波形输出波形幅频特性1. 用LM318设计一个单运放张弛振荡器，要求占空比可 调，观察波形，测量振荡频率。 给定器件：LM318 正负12V电源 电阻 10K（4个） 2K（1个） 稳压管（Uz=6V左右） 二极管 4148（2个） 电位器10K 电容 0.01uF2. 用双运放设计弛张振荡器。 （要求占空比不可调，但频
14、率可调）第六次第六次 运算放大器在弛张振荡器中应用运算放大器在弛张振荡器中应用的虚拟实验任务书的虚拟实验任务书单运放弛张振荡器单运放弛张振荡器双运放弛张振荡器双运放弛张振荡器第七次第七次 脉冲波形产生与变换虚拟实验任务书脉冲波形产生与变换虚拟实验任务书给定器件：给定器件：二进制计数器（74163），双向移位寄存器（74194），3-8译码器（74138）555定时器，8选1数据选择器（74151），电阻：10K、65K各一个，电容0.01uf两个，门若干。一、用一、用555定时器和阻容元件构成一个多谐振荡器，要求振定时器和阻容元件构成一个多谐振荡器，要求振荡频率为荡频率为1KHZ。 用示波器观
15、察VO、VC的波形，并记录结果。二、用二、用7416374163构成构成6 6分频电路，要求输入时钟频率为分频电路，要求输入时钟频率为1KHZ1KHZ（用（用1 1题的题的VOVO作输入时钟），输出信号频率为作输入时钟），输出信号频率为0.16666KHZ0.16666KHZ，脉宽与输，脉宽与输入时钟相同。入时钟相同。 用逻辑分析仪观察波形，并记录结果。三、利用三、利用1、2题结果，再加题结果，再加8选选1数据选择器（数据选择器（74151）构成一）构成一个序列信号发生器。要求循环产生个序列信号发生器。要求循环产生011010序列码。序列码。 用逻辑分析仪观察波形，并记录结果。脉冲波形产生与变
16、换虚拟实验任务书脉冲波形产生与变换虚拟实验任务书 （续）（续）四、利用四、利用1、题产生的时钟、再加、题产生的时钟、再加74163计数器和计数器和74138译码器译码器构成构成8路脉冲分配器。路脉冲分配器。要求 ：1. 时钟信号加在时钟信号加在74138的的E1端，观察端，观察0Y7Y的波形的波形2. 时钟信号加在时钟信号加在74138的的E2B端，观察端，观察0Y7Y的波形。的波形。用逻辑分析仪观察波形，并记录结果。五、分析习题五、分析习题7-13（c）、（）、（f），），7-14（b）。）。参考电路及仿真结果（一）参考电路及仿真结果（一）输出端信号波形 VO电容端信号波形 VC参考电路及仿
17、真波形（二）参考电路及仿真波形（二）参考电路及仿真波形（三）参考电路及仿真波形（三）第八次第八次 综合设计与虚拟实验任务书综合设计与虚拟实验任务书第一题：第一题：一、基本命题一、基本命题 设计一个心电图放大器和50Hz滤波器。 要求：1. 增益200020000倍可调； 2. 带宽：0.01Hz100Hz； 3. 设计50Hz带阻滤波器。要求凹口衰减大于-20dB。 4. 进行计算机仿真与虚拟实验，检验是否达到指标。二、扩展命题二、扩展命题（一）将放大滤波后的心电信号（1Hz）用555定时器调制成音频信号，频率范围为300Hz3400Hz，中心频率为2KHz。（二）产生一个100Hz的时钟信号
18、，来测量心率（1Hz），并显示测量结果。 第二题：第二题：一、一、设计一个电压超限报警电路。 要求：1. 电压低于4.5V，用黄灯报警；并发出连续的音频信号。 2. 电压高于5.5V，用红灯闪烁报警，并发出断续的警笛声。 3. 电压在4.5V与5.5V之间时，为正常情况，绿灯亮，不报警。 建议所用器件：电压比较器、555定时器、逻辑门若干、电阻电容若干、指示灯若干、蜂鸣器一个。 设计电路，并仿真验证。 综合设计与虚拟实验任务书综合设计与虚拟实验任务书 （续）（续）综合设计与虚拟实验任务书综合设计与虚拟实验任务书 （续）（续）第三题：第三题：一、一、设计一个简易晶体管输出特性显示仪。 要求：1. 用D/A构成阶梯波产生器，作为基极驱动电压。 2. 将50Hz半波整流后，作为集电极的扫描电压。 3. 显示4条以上输出特性曲线。 设计电路，并仿真验证。 综合设计与虚拟实验任务书综合设计与虚拟实验任务书 （续）（续）第四题：第四题：一、一、设计一个简易函数发生器。 要求：1. 产生方波、三角波，频率100Hz1KHz可调。 2. 将三角波转换成正弦波。 3. 将正弦波全波整流。 4. 设计一个低通滤波器，滤出全波整流后的直流成分。 设计电路，并仿真验证。
