南昌大学仿真实验multism.docx
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南昌大学仿真实验multism.docx
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南昌大学仿真实验multism
一,软件仿真实验
实验一 仪器放大器设计与仿真………………………
实验二 逻辑电平信号检测电路设计与仿真…………
实验三 三极管Beta值分选电路设计与仿真…………
实验四 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 二极管整流滤波电路
实验三 晶体管共发射极放大器
实验四 负反馈放大器
实验五 差分放大器
实验六 集成运算放大器的基本应用——模拟运算电路
实验七 集成运算放大器的基本应用——电压比较器
实验一、基于Multisim的仪器放大器设计
一、实验目的:
1、掌握仪器放大器的设计方法,理解仪器放大器对共模信号的抑制能力;
2、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、函数信号发生器等虚拟仪器的使用。
二、实验基本原理:
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。
三、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),
,
;
(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。
四、实验步骤:
1.按下图连接电路:
2、设置函数信号发生器,输出正弦,频率为1kHz,幅度为2mV;
3、测量输出电压,及输入输出波形。
五、实验结果:
由示波器得出输入信号与输出电压的对应关系如下图:
当输入信号的峰峰值为4mV时,输出电压的峰峰值为800mV,可以求得
实验二、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,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、主要仪器设备及实验仪器:
Multisim虚拟仪器中的数字运算放大器、555计时器、电阻、电容、示波器、频率计等。
四、实验内容及步骤:
图1为测试输入和逻辑判断电路原理图。
图1输入和逻辑电平判断电路原理图图2音频产生电路原理图
图中U1是被测信号。
A1和A2为两个运算放大器,可以看出A1和A2分别与它们外围电路组成两个电压比较器。
A2的同相端电压为0.8V左右,A1的反相端电压Uh由R3和R4的分压决定,为3.5V。
当被测电压U1悬空时,输入电压Ui为R9上的分压值2V,A1、A2的输出UA、UB均为低电平;当被测电压U1小于0.8V时,A1反相端电压大于同相端电压,使A1输出端UA为低电平(0V)。
A2反相端电压小于同相端电压,使它输出端UB为高电平(5V)。
当U1在0.8V~3.5V之间时,A1同相端电压小于UH,A2同相端电压也小于反相端电压,所以A1和A2的输出电压均为低电平。
当U1大于3.5V时,A1输出端UA为高电平,A2输出端UB为低电平。
图2为音调产生电路原理图。
电路主要由两个555多谐振荡器U1和U2组成,U1、U2产生的震荡频率分别约为1000Hz和500Hz且只有当复位信号UA(UB)为高电平时,U1(U2)才工作。
将图1和图2的UA、UB对应连接在一起即组成完整实验原理图。
五、实验总结:
输入不同检测信号U1时仿真结果分别如下图3、4、5、6。
(1)U1=0.5V(<0.8V)时仿真结果如下图3
图3
(2)U1=4V(>3.5V)时仿真结果如下图4
图4
(3)U1=2V(0.8V~3.5V之间)时仿真结果如下图5
图5
(4)无检测信号输入时仿真结果如下图6
图6
实验三、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、实验原理图及结果:
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)没有LED灯亮、(50-100)一个LED灯亮、(100-150)两个LED灯亮、(150-200)三个LED灯亮、(>200)四个LED灯亮。
1)β值取35时,没有LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“1”,截图如下:
2)β值取70时,一个LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“2”,截图如下:
3)β值取130时,两个LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“3”,截图如下:
4)β值取180时,三个LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“4”,截图如下:
5)β值取240时,四个LED灯亮,且数码管显示区间段号显示“5”,截图如下:
实验四:
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、实验设计:
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。
滤波器的快速设计方法:
(1)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)从设计表中查出与Av对应的电容值及K=1时的电阻值,再将这些电阻值乘以参数K,得电阻的设计值;
(3)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=0.0294uF=C1,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。
根据串联设计电路如下:
四、实验结果:
1)当输入中频信号(输入1.5KHz,10mV正弦波),在输出端应正常放大4倍左右:
示波器波形如下:
由上可知其正常放大,其放大倍数为38.775/9.240=4.19大致在设计要求Av=4左右。
2)当输入低频信号(输入50Hz,10mV正弦波),在输出端信号应该衰减,示波器波形如下:
由上图可知,对于低频段的信号,经过宽带放大器,信号被衰减很大。
2)当输入低频信号(输入7KHz,10mV正弦波),在输出端信号应该衰减,示波器波形如下:
由上图可知,对于高频段的信号,宽带放大器对其并没进行正常放大,而是对信号进行了衰减
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。
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