《计算机电路与电子技术基础》实验指导书-201011.doc

安徽工业大学 计算机学院 实验指导书计算机电路与电子技术基础实验指导书编写 刘凤声班级 _学号_姓名_安徽工业大学 计算机学院2010年 11 月目 录1. 节点电压法电路计算及分析 22. 含有受控源电路的设计与分析 33. 戴维南定理和诺顿定理的应用 54. 应用叠加定理分析电路 65. 一阶动态电路分析 86. 串联交流电路的阻抗及波形 107. 射极跟随器 128. 集成运算放大积分电路 18计算机电路与电子技术基础实验指导书参考教材：电路与电子技术基础，刘凤声，2010.81.实验 2.1 节点电压法电路计算及分析一、实验目的 1掌握Multisim常用仪器的使用方法。 2会用Multisim用节点电压法分析和计算电路。二、实验原理与实验步骤 电路原理图如实验 图2-1。实验 图2-1 节点电压法电路图节点电压法电路的计算式：表2-1 实验2.1 物理量和实验结果记录表节点电压法电路 物理量数据U1U2实验值计算值实验值计算值Is11AUs212VUs512VUs312VR51KO341.191170.553R1 1koR2 1ko16V2KO357.651156.092R3 1koR41ko2A16V16V12V1KO676.385337.108R61ko16V2KO709.306306.186节点电压法的实验步骤与分析：1、按实验 图2-1 连接图形并测试。 2、将物理量和实验结果记录填写到表2-1中。 3、也可进行网络实验，打开网址：jszx-web/jddyf.html（见如下图）。 三、实验要求1、 改变实验电路中元件的参数，并进行测试，写出测量结果2、实验结果数据与实验数据比较。2. 实验 2.2含有受控源电路的设计与分析 一、实验目的 1掌握Multisim常用仪器的使用方法。 2会用Multisim分析含有受控源的电阻电路。 二、实验原理与实验步骤 在电路分析课程中，对于含有受控源电路的分析一直是困扰学生的一个问题，对于受控源的受控量与控制量之间的关系总是在实际解题时产生混淆，实验中我们着重通过感性认识来了解受控源的特性。实验电路如图2-2和图2-3所示。实验 图2.-2 VCVS电路1. 受电压控制的电压源(VCVS)电路分析 (1) 改变可调电阻RL的数值，观察受控源被控制支路的电压变化。 (2) 改变电压源方向和数值，观察受控源被控制支路的电压变化。 (3) 改变受控源电压比，观察受控源被控制支路的电压变化。 (4) 将实验结果记录在表2-2中。表2-2 实验2.2结果记录表(一) V1读数/V4.6013.9893.2662.3963.8343.067-3.834-3.670不变V3读数/V36.81031.91526.12519.16930.67524.540-30.675-24.540 2受电流控制电压源(CCVS)电路分析实验电路如图2-3所示。实验 图2-3 CCVS电路(1) 改变可调电阻及的数值，观察受控源被控制支路的电压变化。(2) 改变电源方向，观察受控源被控制支路的电压变化。(3) 改变受控源电压比，观察受控源被控制支路的电压变化。(4) 将实验结果记录在表2-3中。表2-3 实验2.2结果记录表(二) -1.200m-1.263-1.333-1.412-1.000m-0.900m-1.100-1.200-1.200-1.200-1.200-1.200-6.000m-6.316-6.667-7.059-5.000m-4.500-5.500-6.000-1.200-2.400-3.600-4.800三、实验要求(1) 改变实验电路中元件的参数，并进行测试，写出测量结果。(2) 设计一个含有受电压控制电流源的电阻电路，用电压表、电流表进行测量，写出测量结果，并与理论计算结果进行比较。 (3) 设计一个含有受电流控制电流源的电阻电路，用电压表、电流表进行测量，写出测量结果，并与理论计算结果进行比较。3. 实验2.3 戴维南定理和诺顿定理的应用一、实验目的(1) 掌握戴维南定理和诺顿定理。 (2) 会用戴维南定理和诺顿定理分析含有受控源的电路。(3) 理解电路分解和等效的概念。 二、 实验原理与实验步骤 1关于电路的分解及等效对于实际网络的分析，一个重要的分析手段就是网络的分解，对于分解之后的网络 的研究就需要对等效的概念有一个充分的理解和认识。对于两个单口网络，如果它们端口的电压电流关系完全相同，则两个网络就是等效的。那么等效的对象到底是什么呢? 通过实验，我们可以对它有一个比较清晰的认识。 实验电路如图2-4所示。（1）图2-4中(a)、(b)两个电路从ab端口向左看两个单口网络N和N1是等效的，在两个电路中分别接上一个1k的负载电阻。(2) 改变电阻阻值，观察两个电路的电压变化，将结果记录在表2-4中。3.9994.7985.1415.331万用表3.9994.7985.1415.331（电阻值依次增大 1，2，3，4）表2-4 实验2.3结果记录表(一)实验 图2-4 单口网络等效 2戴维南等效电路及诺顿等效电路戴维南和诺顿等效电路是含源单口网络的两种最简单的单口网络等效模型，在电路分析的很多应用中都要用到它们的概念。下面我们通过实验的方法来找到网络的这两种等效模型。 实验电路如图2-5所示。(1) 分别按图2-5所示完成电路连接。(2)测量单口网络的开路电压、短路电流以及等效电阻，设计表格记录测量数据o3. 含受控源电路的等效分析（选做）实验电路如图2-6所示。 实验 图2-5 实验电路图开路电压短路电流等效电阻21.956v4.000m实验 图2-6含受控源电路等效分析 三、实验雾求 （1）改变实验电路中元件的参数，并进行测试，写出测量结果。 （2）设计一个电路，应用戴维南定理和诺顿定理进行分析，先进行理论计算，再用Multisim软件进行测试，写出测试结果。 (3) 总结应用戴维南定理和诺顿定理分析电路的步骤。4. 实验2.4 应用叠加定理分析电路 一、实验目的 (1) 熟练掌握Multisim常用仪表的使用。 (2) 掌握叠加定理。 (3) 会用叠加定理分析含有受控源的电路。 二、实验原理与实验步骤 1. 简单线性电路分析 当线性电路中有多个独立源共同作用时所产生的电路输出等于每一个独立源单独作用于电路所产生的输出之和。这是对线性电路叠加定理的描述，但在使用叠加定理时往往有学生学生产生这样或那样的疑惑，通过实验我们来加深对线性电路特性及叠加定理的认识。 (1) 按图2-7连好电路。图2-7 叠加定理实验电路(2) 按表2-5改变电路参数，测量电路输出并记录实验结果。表2-5 实验2.4 结果记录表(一) 电路参数电压表读数电压源电压值/V电流源电流值2A电流源电流值/A电压源电压值20V101520251234电压表Va6.0007.6679.33311.0008.0009.33310.66712.000电压表Vb2.6672.6672.6672.6671.3332.6674.0005.333电压表Vc3.3335.0006.6678.3336.6676.6676.6676.667 2. 含受控源电路分析（选做）实验电路如图2-8所示。实验 图2.-8 含受控源电路 三、实验要求 (1) 改变实验电路中元件的参数，并进行测试，写出测量结果。 (2) 设计一个含有受控源的电路，应用叠加定理进行分析，写出测量结果，并与理论计算进行比较。（不知道如何设计，因为只有一个电源，没有叠加） (3) 总结应用叠加定理分析电路的步骤。 5. 实验3.1 一阶动态电路分析一. 实验目的1、熟悉电子工作平台（Multisim）软件的使用。2、掌握一阶动态电路的分析、计算和测量；3、了解动态元件的充放电过程，观察输出波形。4、熟悉Multisim中示波器的调整及测量方法。二. 预习要求1、熟悉电子工作平台（Multisim）软件的使用。2、一阶动态电路的分析、计算和测量。参照试验指导书中内容，熟悉一阶动态电路的分析、计算和测量。三. 电路和内容1、一阶动态电路如图3-1所示，用示波器观察其零输入响应和零状态响应的曲线，并测出时间常数。图3-1四. 电路基本原理1、在电路图3-1中，当开关置于下边触点（接地）一段时间，电路已经处于稳态，此时的电容上端的电压Uc=0V 。此时将开关由下边拨到上边触点（接10V直流电源），电容两端电压不会发生跃变，电容从电压为0V开始进行充电过程。电路经过一段瞬态过程后，电路又处于稳定状态，此时电容上端的电压Uc=10V 。再次将开关由上边拨到下边触点，电容两端电压不会发生跃变，电容从电压为10V开始进行放电过程。电路经过一段瞬态过程后，电路又处于稳定状态，此时电容上端的电压Uc=0V。电容充放电过程既对应于电路的零状态响应和零输入响应，如图3-2 a,b所示。图3-2电路时间常数的计算如下：由图3-2 a，根据一阶微分方程的求解得知：U=E(1-)=E(1-)当t= RC时，U= E(1-)0.632 E=6.32V由图3-2 b，根据一阶微分方程的求解得知：U=E=E当t= RC时，U= E0.368 E=3.68V五. 操作1. 按实验内容连接好测试电路如图3-1所示。开关K的操作相当于键盘中的空格键(也可以设置为其它的键值)，当按下空格键键时，即可拨动开关。 激活电路（打开启动按钮），操作开关K，可通过示波器观察到电路的过渡过程（电压波形）如图3-3和3-4所示。将游标1置于充电（或放电）的起点，游标2置于电压（图中的y2）为6.32V（对于充电过程）和3.68V（对于放电过程），则游标1和2之间的时间间隔即为时间常数（在图3-3、3-4中为T2-T1）。 图3-3 图3-4六. 数据及分析1、记录一阶动态电路的零状态响应和零输入响应的波形，并测量出时间常数将理论计算与实验结果对比，进行分析。元件参数Uc波形（s）测量计算R=100KC=0.033零状态响应零输入响应6. 实验4.1串联交流电路的阻抗及波形一、实验目的1. 测量串联电路的阻抗,并比较测量值与计算值。2. 测量串联电路的阻抗角,并比较测量值与计算值。3. 熟悉Multisim中信号发生器及示波器的调整及测量方法。二、实验器材（如图）1. 信号发生器 2. 示波器 3. 电流表 4. 电压表 5. 1mH电感 6. 0.1mF电容 7. 电阻 三、实验原理及实验电路如图4-1所示的电路。由电路理论可知，串联电路的阻抗为：故：该阻抗角即为电路中电压与电流的相位差。当电路元件的参数不变时，阻抗的模和阻抗角均为频率的函数。（如6KHz时稳定时的值 0.020mV，0.186A。Z=U/I=107.5。计算时为Z=100+37.41j=10789.4）图4-1 串联电路四、实验步骤图4-2 串联阻抗实验电路1. 建立图4-2所示的串联实验电路。 2. 因为电阻上的电压与回路电流相等，所以由示波器可以测得电压与电流的相位差。由电压表和电流表测出的数值可以求出阻抗的模。根据表4-1中的频率，分别改变信号源的频率并激活电路，将测到的电压和电流的相位差，以及电压表和电流表的结果填入表4-1中，并将所计算的电路阻抗的模填入表4-1中。表4-1 阻抗测试实验数据信 号 源 Z()offset振幅（V）占空比频率（Hz）01050101050100105010001050500010501000010502000010504000010506000五、思考题1. 理论计算所得的阻抗大小与用电压和电流测量值算出的阻抗大小比较,情况如何?2. 理论计算出的相位差与通过示波器测得的相位差比较情况如何?3. 当频率为多大时,电路阻抗最小?六、实验报告要求1. 完成实验步骤四中所有数据的记录和计算工作。3. 回答思考题五中所有的问题。7. 实验7.1 射极跟随器一、实验目的1、熟悉Multisim软件的使用方法。2、掌握放大器静态工作点的仿真方法及其对放大器性能的影响。3、学习放大器静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的仿真方法，了解共射极电路特性。4、学习Multisim参数扫描方法5、学会开关元件的使用二、虚礼实验仪器及器材双踪示波器信号发生器交流毫伏表数字万用表三、实验步骤 1.画出电路如图所示2.直流工作点的调整 如上图所示，V1频率1kHz，Vi=3V，R1=82K,R2=1.8 K。通过扫描电阻R1的阻值，在输入端输入稳定的正弦波信号，通过观察输出5端的波形，使其为最大不失真波形，此时，便可以确定Q1的静态工作点。具体步骤如下：（1） 参数设置如下图所示（2） 点击上图中按钮“更多”，出现如下图所示（3） 点击按钮“编辑分析”，如下图所示把其中的end time 设置为0.1秒，如果太大，那计算机计算时间将会变得很长(4) 点击“应用”(5) 点击“输出变量”页，设置输出如下图所示其中的$5就是输出电阻上的“5”编号(6) 点击Simulate按钮(7) 出现如下图形(8) 用鼠标左键单击图形，选出一个虚拟矩形框，如下所示(9) 结果如下，图形被放大。其中有很多条用不同颜色表示仿真图形重叠在一起(10) 单击工具栏，便出现如下所示数据找max y 和min y所对应行的数据，他们数据差别最小的便是我们要的数据。找到它所对应的电阻阻值（例如为138k），去更改R1的阻值。(11) 更改电路图（R1）。(12) 进行静态工作点仿真，选择菜单栏如