基础实验复旦大学备课稿

1、模拟电子学基础实验数字逻辑基础实验备课稿孔庆生2011 年 1 月 27 日0模拟电子学与数字逻辑基础实验目录第 1 篇 模拟电子学基础实验3实验 1.1线性电路的. 3实验 1.2晶体管单级放大器的分析5实验 1.3晶体管多级放大器的分析6实验 1.4差动放大电路的分析7实验 1.5负反馈放大电路的分析8实验 1.6运算放大器及其信号处理电路的分析10实验 1.7信号波形发生电路的分析12实验 1.8串联型调整管稳压电源的分析131模拟电子学与数字逻辑基础实验第 2 篇 数字逻辑基础实验14实验 2.1数字 EDA 软件入门14实验 2.2组合电路的分析和验证16实验 2.3组合电路(七段译

2、码器与编码器)的设计22实验 2.4层次化的设计方法(全加器设计)27实验 2.5迭代设计法(4 位全加器与数据比较器的设计)33实验 2.6算术逻辑单元的设计*42实验 2.7触发器及基本应用电路55实验 2.8同步计数器与应用64实验 2.9顺序脉冲信号发生器73实验 2.10 状态机设计(自动售货机)81实验 2.11 交通灯器*862模拟电子学基础实验第1篇 模拟电子学基础实验实验1.1线性电路的一、一阶低通和高通电路(1)一阶RC 低通电路的阶跃响应分析(2)一阶RC 高通电路的阶跃响应(3)一阶RL 低通和高通电路的正弦响应3项目一阶RL 低通稳态响应一阶RL 高通稳态响应理论值稳

3、定时间 5 (s)7.94877.9487信号频率 f (kHz)0.1fHfH10fH0.1FLFL10FL10.0114100.1141001.110.0114100.1141001.1峰值Vop(mV)995.04707.1199.599.5707.11995.04相位( )-5.7106-45-84.2984.289455.71059测量值信号频率 f (kHz)0.1fHfH10fH0.1FLFL10FL10.0114100.1141001.110.0114100.1141001.1峰值Vop(mV)995.0706.8599.799.53706.89994.58相位( )-6.20

4、99-46.853-82.8983.171946.85347.20821初值终值36.8%初值时间常数饱和时间饱和值饱和比值项目Vo(0+)(V)Vo()(V)Vo()(V) (s)5 (s)Vo(5)(V)Vo(5)/Vo(0+) (%)理论值1.0000.0000.3681.5517.7550.0070.7测量值0.9990.0000.33671.5577.7850.0060.6初值终值63.2%终值时间常数饱和时间饱和值饱和比值项目Vo(0)(V)Vo()(V)Vo()(V) (s)5 (s)Vo(5)(V)Vo(5)/Vo() (%)理论值0.0001.0000.6321.5517.7

5、550.99399.3测量值0.0000.9980.6301.54907.7450.99399.5模拟电子学基础实验分析(频率特性)二、二阶低通、高通电路三、二阶带通、带阻电路分析(1)二阶RLC 带通与带阻电路的频率特性(2)二阶RLC 带通与带阻电路的正弦响应4系统带通电路带阻电路测量稳定时间 5/ (s)79.5379.58项目信号频率 f (kHz)峰值Vop (mV)相位 ( )峰值Vop (mV)相位 ( )测量值0.1fo10.084120.02288.9272999.8-1.3614fL91.378707.99442.7978707.133-46.9098fo100.84199

6、6.50.00003.05390.0000fH111.377702.967-43.8246708.77144.506210fo1008.4120.026-90.7569999.73.6303理论值0.1fo/fL/fo/fH/10fo/项目电阻R (k)中心频率fo (kHz)截止频率fH(kHz)截止频率fL(kHz)带宽B (kHz)品质因数Q时间常数1/(s)带通0.51100.841105.90196.0999.80210.287832.4741.043100.841111.39091.378205.0390315.906带阻27100.841106.20795.78310.4249.

7、6739330.53614.21100.841111.37791.378205.0423015.916项目低通高通二阶电路阻尼系数 0.6927560.6927560.52电阻R (k)222.7710.693频率 f (kHz)0.1fHfH10fH0.1FLFL10FLFLFL10.55105.51055101001000100100峰值Vop (mV)1000706.69.5979.510703.31000973.8243.8一阶电路频率 f (kHz)0.1fHfH10fH0.1FLFL10FL/10.01100.1100110.01100.11001/峰值Vop (mV)995.07

8、06.999.799.5706.9994.6/模拟电子学基础实验实验1.2 晶体管单级放大器的分析一、双极型晶体管共射放大器分析1、晶体管单级共射放大器的瞬态分析2、晶体管单级共射放大器的交流扫描分析二、绝缘栅场效应管单级(共源)放大器分析1、场效应管单级共源放大器的瞬态分析2、场效应管单级共源放大器的交流扫描分析5旁路与耦合电容中频增益AV截止频率输入与输出阻抗CS(F)C1 (F)C2 (F)fL (Hz)fH (MHz)Ri (k)Ro (k)62101052.51699.0291.605752.5151.799562110/99.069/62101/100.830/6.21010/98

9、9.633/源极电阻RS(k)静态工作点中频增益AV最大不失真输入与输出范围IcQ(mA)VceQ(V)Vipp(mV)Vopp(V)0.2203.5454.839152.48821608.11451.0000.8839.526926.17301002.47520.1006.2480.12900.52204200.010466旁路与耦合电容中频增益AV截止频率输入与输出阻抗Ce (F)C1 (F)C2 (F)fL (Hz)fH (MHz)Ri (k)Ro (k)2204747152.543100.00014.9490.919111.40172204.747/125.699/220474.7/1

10、00.417/224747/979.829/射极电阻Re(k)静态工作点中频增益AV最大不失真输入与输出范围ICQ(mA)VCEQ(V)Vipp(mV)Vopp(V)0.433.664.927152.4228567.81010.305.132.755206.7087244.82650.911.787.69176.9811604.2536模拟电子学基础实验实验1.3 晶体管多级放大器的分析一、多级放大器动态范围与中频增益的瞬态分析二、多级放大器系统输入阻抗与输出阻抗的瞬态分析三、多级放大器的交流分析6电路中频增益测量截止频率与带宽测量阻抗测量AVAG (mS)AR (k)fL (Hz)fH (M

11、Hz)B (MHz)Ri (k)共射/636.426/1423.540.75440.753/共基/0.326275046.71946.7190.002293共集0.994237/10.8123396.23396.21.4794系统206.451/1423.828.19328.192/输入阻抗测量输出阻抗测量标准电阻输入端未串联输入端串联输入阻抗计算标准负载输出端未并联输出端并联输出阻抗计算Rn (k)Vo1 (V)Vo2 (V)Ri (k)RL ()VL1 (V)VL2 (V)Ro ()0.272.04341.0099920.263884.341.115m21.266m4.0135电路动态范围

12、测量中频增益测量输入输出输入输出增益Vipp (V)Iipp (mA)Vopp (V)Iopp (mA)Vi(V)Ii(mA)Vo(V)Io(mA)AVAG(mS)AR(k)共射0.032/19.4210m/6.202/620.2/共基/19.426.34/6.2022.0553/0.3314共集6.34/6.30/2.0553/2.0434/0.9942/系统0.032/6.30/10m/2.0434/204.34/模拟电子学基础实验实验1.4 差动放大电路的分析一、差动放大电路的瞬态分析二、恒流源特性的瞬态分析三、差动放大器的交流扫描分析7R2 ()中频增益AVd上截止频率fH(MHz)输

13、入阻抗Ri (k)输出阻抗Ro (k)51152.9038.15652.424013.95610084.2088.84924.284723.200条件仅输入差模信号仅输入共模信号R2R3 ()IC3 (A)Vid (mV)Vod (V)AVdIC3 (A)Vic (V)Voc (mV)AVc (10-3)CMRR (dB)510.000100.51751.65812.252.2587.220.010.000100.57357.25165159.4559.4561.10差动电路类型测量项目不失真动态范围差模增益共模增益共模抑制比输出方式Vipp (mV)Vopp (V)Vid (mV)Vod (

14、V)AVdVic (V)Voc (mV)AVc (10-3)CMRR (dB)基本型双端1007.21100.8989.510.000.00单端1003.61100.4544.711094109438.28恒流源型双端927.93101.0410410.000.00单端923.96100.5252.012.252.2587.19有源负载型324.74101.5215211.01.0103.61模拟电子学基础实验实验1.5 负反馈放大电路的分析一、电压串联负反馈放大器分析(1)瞬态分析(2)交流分析二、电流串联负反馈放大器分析(1)瞬态分析(2)交流分析8项目跨导增益频带宽度反馈系数阻抗反馈条件

15、AGf (mS)AG (mS)fL (Hz)fH (MHz)B (MHz)F (k)AG FRi (k)Ro (k)闭环20.696/34.6032.19732.1970.047936.83679.3679.77开环/769.02135.40.61940.6193/9.8381.129项目反馈闭环开环负载RL (k)110AGf /AGf (%)110AG /AG (%)动态范围Vipp(mV)22050/55/Iopp (mA)4.47120.8906/3.6580.711/跨导增益Vi (mV)1010/11/Io(mA)0.20700.1861/0.7690.150/AGf (mS)20

16、.69718.61210.0739/AG (mS)/769.1149.580.5617项目电压增益频带宽度反馈系数阻抗反馈条件AVfAVfL (Hz)fH (MHz)B (MHz)F (10-3)AV FRi (k)Ro ()闭环101.43/38.376.33436.33439.75113.45624.6250.73开环/1380.0154.80.44390.4438/7.199789.3项目反馈闭环开环负载RL (k)5.10.51AVf /AVf (%)5.10.51AV /AV (%)动态范围Vipp(mV)8040/55/Vopp (V)7.93423.5776/6.51472.97

17、09/电压增益Vi (mV)11/11/Vo(V)0.10130.0933/1.37680.6246/AVf101.3293.2507.96486/AV/1376.8624.6154.633模拟电子学基础实验三、电压并联负反馈放大器分析(1)瞬态分析(2)交流分析四、电流并联负反馈放大器分析(1)瞬态分析(2)交流分析9项目电流增益频带宽度反馈系数阻抗反馈条件AIfAIfL (Hz)fH (MHz)B (MHz)F (10-3)AI FRi ()Ro (k)闭环99.611/7.69310.99310.9939.91471.81913.42161.2开环/7244.2131.00.47720.

18、4771/969.21.133项目反馈闭环开环负载RL (k)110AIf /AIf (%)110AI /AI (%)动态范围Iipp (A)428/0.50.5/Iopp (mA)4.13410.7432/3.45450.6834/电流增益Ii(A)101/0.10.1/Io(mA)0.99620.0943/0.73200.1337/AIf99.62594.3135.332/AI/7320.21337.481.730项目跨阻增益频带宽度反馈系数阻抗反馈条件ARf (k)AR (k)fL (Hz)fH (MHz)B (MHz)F (mS)AR FRi ()Ro ()闭环98.638/5.069

19、7.50877.50870.010072.39714.0319.64开环/7239.0109.80.30460.3045/10251998项目反馈闭环开环负载RL (k)5.10.51ARf /ARf (%)5.10.51AR /AR (%)动态范围Iipp (A)8024/11/Vopp (V)7.84482.2365/7.00112.0079/跨阻增益Ii(A)1010/0.10.1/Vo(V)0.98640.9520/0.68860.2012/ARf (k)98.64495.1983.49337/AR (k)/6886.22012.270.77924模拟电子学基础实验实验1.6 运算放大

20、器及其信号处理电路的分析一、运算放大器特性分析二、加运算电路直流扫描分析三、与微分运算电路瞬态分析10积分运算电路R1(k)100100101,000,000R()110510510510Vopp (V)20.6304.1959/输出波形/微分运算电路R1()56056020000.001R(k)5.1111111Vopp (V)1.00022.1858/输出波形/Vi1 (V)-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.5Vi2 (V)0.250.250.250.250.250.250.250.25测量Vo11.81611.8167.49972.5003-2.4992-7.4987

21、-11.816-11.816理论Vo17.512.57.52.5-2.5-7.5-12.5-17.5交流分析开环增益-3dB 带宽增益带宽乘积Vo / V1Ad (105)Ad (dB)fH (Hz)Ad fH (MHz)198.8231.99022105.9785.00800.9967022瞬态分析共模抑制比转移速率不失真幅度Vipp (V)Vopp (mV)CMRR (dB)Vo (V)t (s)SR(V/s)f (kHz)Vopp (V)262.82190.05850.798681.65380.48294207.6886模拟电子学基础实验四、有源滤波器电路交流扫描分析11滤波器1 阶2

22、阶5 阶4 阶低通高通低通高通低通低通增益A1.99991.00781.99990.991120.99990.9999截止频率 fC(kHz)10.0089.99310.19810.19910.21410.20010fC 处衰减 (dB)-20.1668/-40.2057/-100.328-80.20000.1fC 处衰减 (dB)/-20.0654/-40.0441/模拟电子学基础实验实验1.7 信号波形发生电路的分析一、Wien 电桥选频网络的交流扫描分析二、Wien 振荡器幅度平衡条件的瞬态分析三、Wien 振荡器幅度稳定电路的瞬态分析四、非正弦波发生电路的瞬态分析12元件参数组合原电路

23、改变C1改变R2改变R5与R6元件参数R2(k)20201020R5(k)4.34.34.31R6(k)4.34.34.33.3C1(F)0.470.220.470.47矩形波周期 T(ms)9.9474.73819.6515.029占空比 /T (%)50.05550.06350.02325.691峰峰值 Vopp1 (V)6.78576.78086.77376.5388锯齿波峰峰值 Vopp2 (V)6.88886.788713.40676.6776电阻R2 (k)10151822输出Vopp (V)2.72726.854919.94323.632波形Vo(t)电阻R2 (k)102022

24、1000000增益Vopp (V)0023.63223.632Vfpp (V)008.620913.0111理论A233.2波形Vo(t)频率f(kHz)0.1fofLfofH10fo0.1019380.3109271.02333.386610.184反馈系数 F0.0960700.2358080.3333330.2358080.097347相位( º )73.26744.9780.000-44.978-73.018模拟电子学基础实验实验1.8串联型调整管稳压电源的分析一、输出电压范围二、稳压系数三、输出阻抗四、滤波电压纹波13项目滤波电容值对纹波的影响负载电流对纹波的影响C1 (F

25、)V1 (V)V1 (V)S (%)RL ()IL (mA)V1 (V)V1 (V)S (%)数据10003.36788.081141.67510501.370.78578.94188.786920001.79838.686920.70120250.680.42229.32894.525730001.21958.852013.77730167.120.29559.51033.107240000.92058.917510.32240125.340.23209.61902.411950000.73918.94948.258750100.270.19309.69351.9910项目负载电阻RL()输

26、出平均值 Vo(V)输出阻抗RL()数据1G5.021951.04212.45935项目输入幅度Vi(V)输出平均Vo(V)Vo (V)Vo/Vo (%)Vi/Vi (%)稳压系数Sr(%)数据10.85.00380/12.05.013650.017950.3580226201.7913.25.02175/项目采样电阻R3()输出平均Vo(V)采样反馈Vf(V)基准电压VZ(V)最低输出Vo_min (V)最高输出Vo_max (V)数据1G2.984652.987502.98592.984656.60695200k3.999202.98680100k5.013652.9861556k6.60

27、6952.9752033k7.146252.33695数字逻辑基础实验第2篇 数字逻辑基础实验实验2.1 数字 EDA 软件入门一、输入电原理图将图 2-1-16 所示的 2-4 译码器的电原理图输入到设计软件中。二、设计后续处理(1)对输入的电原理图进行功能验证，与真值表对应比较。14输入输出ENA1A0Y0Y1Y2Y31XX11110000111001101101011010111110数字逻辑基础实验Y 0 = EN × A1 × A0Y1 = EN × A1 × A0Y 2 = EN × A1 × A0Y 3 = EN 

28、15; A1 × A0(2)对输入的电原理图进行时序，并分析电路的延迟时间。电路的延迟时间为 415.4ns-400.0ns=15.4ns。15数字逻辑基础实验实验2.2 组合电路的分析和验证一、编码器电路分析编码器输入是标有 03 的 4 个键，对应的信号为 K0、K1、K2、K3，键按下时输入信号为 0，键放开时输入信号为 1。输出信号为 E、B1、B0。当 4 个键都没有按下，或一次按下一个以上的键时，输出信号 B1、B0 没意义，此时输出信号 E 为 1。当按下 4 个键中的任一个键时，输出信号 E 为 0，B1、B0对应的二进制数，B1 为，B0 为低位。(1) 分析如图

29、2-2-2 所示的电路，写出真值表。分析其逻辑功能是否符合编码器的功能。(2) 将此电原理图输入到计算机，进行逻辑功能验证(3) 比较计算机产生的验证结果和根据真值表描述的逻辑功能，并进行分析。E = K3 + K2 + K3 + K1 + K3 + K0 + K2 + K1 + K2 + K0 + K1 + K0 + K3 × K2 × K1× K0B1 = K3 × K2B0 = K3 × K116输 入输 出K0K1K2K3EB1B000001XX00011XX00101XX00111XX01001XX01011XX01101XX0111

30、00010001XX10011XX10101XX101100111001XX1101010111001111111XX数字逻辑基础实验(4)将此编码器与实验 2.1 中图 2-1-16 所示的译码器按图 2-2-3 相连接，利用析电路的输入信号 K0、K1、K2、K3 与输出信号 Y0、Y1、Y2、Y3 之间的逻辑关系。软件分Y 0 = E × B1× B0 = K3 × K 2 × K1 + K0Y1 = E × B1× B0 = K3 × K 2 × K0 + K1Y 2 = E × B1×

31、 B0 = K3 × K1× K0 + K 2Y 3 = E × B1× B0 = K 2 × K1× K0 + K317输 入输 出K0K1K2K3Y0Y1Y2Y301110111101110111101110111101110X1111数字逻辑基础实验二、组合电路分析 1*(1)分析如图 2-2-4 所示的电路，写出真值表。并描述逻辑功能。18数字逻辑基础实验19输 入输 出A1A0B1B0Y1Y00000000001010010010011010100100101000110010111011000101001101010001

32、01101110010110110111010111100数字逻辑基础实验电路功能是二位数值比较器。若 A>B，则 Y1=1 且 Y2=0；若 A<B，则 Y1=0 且 Y2=1。Y1 = A1× B1× A1× A0 × B0 × A0 × B1× B0 = A1× B1 + A1× B1× (A0 × B0)Y 2 = A1× B1× A0 × B1× B0 × A1× A0 × B0 = A1

33、15; B1 + A1× B1× (A0 × B0)(2)将此电原理图输入到计算机，进行逻辑功能验证。(3)比较计算机产生的验证结果和根据真值表描述的逻辑功能，并进行分析。三、组合电路分析 2*(1)分析如图 2-2-5 所示的电路，写出真值表。并描述逻辑功能。Y = S1× S0 × A + S1× S0 × B + S1× S0 × C + S1× S0 × D电路功能是四选一数值选择器。S1、S0 为选择择数据。，输出 Y 为四输入 A、B、C、D 的选20数字逻辑基础实验输入输

34、 出S1S0ABCDY0000001101X0XX001X1XX110XX0X010XX1X111001111(2)将此电原理图输入到计算机，进行逻辑功能验证(3)比较计算机产生的验证结果和根据真值表描述的逻辑功能，并进行分析。21数字逻辑基础实验实验2.3 组合电路(七段译码器与编码器)的设计一、设计 7 段数码显示器译码电路设计一个 7 段数码显示器译码电路，被的 7 段数码显示器实际上是对应于不同笔画的七个发光二极管，其外型和其显示的数码如图 2-3-3 所示。设译码器的输入信号为显示信号 EN 和数据信号 A1、A0，当 EN 信号为 1 时，显示器不亮，EN 信号为 0 时按输入的数

35、据分别显示 03。点亮发光二极管的电平为 “1”，不点亮的电平为“0”。(1)写出此显示器译码电路的真值表，通过化简写出译码器的布尔方程式。A = EN × A1 + EN × A0 = EN × (A1 + A0)= EN × A1× A0B = ENC = EN × A1 + EN × A0 = EN × (A1 + A0)= EN × A1× A0D = EN × A1 + EN × A0 = EN × (A1 + A0)= EN × A1×

36、; A0E = EN × A0F = EN × A1× A0G = EN × A122输 入输 出ENA1A0ABCDEFG00011111100010110000010110110101111110011000000000101000000011000000001110000000数字逻辑基础实验(2)利用设计软件提供的元件库，在计算机上画出译码器的电原理图。(3)通过软件对译码器的功能进行验证。23数字逻辑基础实验二、设计 4-2 优先编码器*设计一个 4 输入优先编码器，与实验 2.2 分析的编码器不同的是，此电路采用优先编码的方法，即其输入是标有

37、 03 的 4 个键，对应的信号为 K0、K1、K2、K3，键按下输入信号为0，键放开输入信号为 1。输出信号为 E、B1、B0。当 4 个键都没有按下，此时输出信号 E 为1。当按下 4 个键中的任一个键时，输出信号 E 为 0，B1、B0对应的二进制数。B1 为高位，B0 为低位。如同时按下一个以上的键时，按 K0、K1、K2、K3 的优先次序输出，例如同时按下 K0、K1，输出 K0 对应的数据；同时按下 K1、K3，输出 K1 对应的数据。(1)写出此编码器的真值表或逻辑功能表，通过化简写出其布尔方程式。24输 入输 出K0K1K2K3EB1B000000000001000001000

38、000110000100000010100001100000111000100000110010011010001101100111000101101010111001111111XX数字逻辑基础实验E = K 0 × K1 × K 2 × K 3B1 = K 0 × K1B0 = K 0 × K1 + K 0 × K 2 = K 0 × (K1 + K 2)= K 0 × K1× K 2(2)利用设计软件提供的元件库，在计算机上画出电原理图。(3)通过软件对编码器的功能进行验证。(4)将此编码器与上述设

39、计的 7 段数码显示器译码电路按图 2-3-5 相连接，利用分析电路的输入信号 K0、K1、K2、K3 与输出信号 ag 之间的逻辑关系。软件A = EN × A1 × A0 = K 0 × K1 × K 2 × K 3 × K 0 × K 2 × K 0 × K1× K 2 = K 0 + K1 × K 2 × K 3B = EN = K0 × K1× K2 × K3C = EN × A1 × A0 = K 0 × K1 × K 2 × K 3 × K 0 × K1 × K 0 × K1 × K 2 = K 0 + K1 + K 2 × K 3D = EN × A1 × A0 = K 0 × K1× K 2 × K3 × K 0 × K 2 &