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eda实习报告
电子线路实习报告
学校:
北华大学
学院:
电气信息工程学院
专业:
测控技术与仪器
学号:
201016060234
姓名:
赵建友
指导教师:
马占辉
时间:
2011年11月14到2011年11月18
目录
第一章:
摘要·····················································3
第二章:
Mutisim软件介绍··········································3
虚拟仪器介绍·············································5
第三章:
实验:
一:
方波三角波发生器………………………………………10
二:
单级共射放大电路………………………………………13
三:
波形发生器………………………………………………15
第四章:
总结……………………………………………………………21
摘要
模电是测控技术与仪器的专业课,这门课程在这个专业中很重要。
在电子器件这个环境下,模电中的电路在电路设计中异常重要。
许多复杂的电路都是由简单的放大电路组成,设计放大电路又是最基本的。
仿真软件(Multisim)在设计电路中异常重要,采用仿真软件可以很好的模拟电路,在电路中能够测得输出输入电阻,在电路设计中方便设计。
在仿真软件中可以很好的选择所需的电子器件,在实物设计中带来了方便。
关键字:
放大电路设计电路仿真软件实物设计硬件电路
theabstract
Dieelectricityismeasureandcontroltechnologyandinstrumentprofessionalclass,thiscourseinthisspecialtyinisveryimportant.Intheelectronicdevicetheenvironment,theelectriccircuitinthecircuitdesignofabnormalimportant.Manycomplexcircuitaremadebysimpleamplifiercircuitcomposition,designisthemostbasicamplifiercircuit.Thesimulationsoftware(Multisim)inthecircuitdesignofabnormalimportant,usingthesimulationsoftwarecanbeverygoodanalogcircuits,inacircuitcanoutputmeasuredinputresistance,incircuitdesigntodesign.Inthesimulationsoftwarecanbeagoodselectionfortheelectroniccomponents,inthephysicaldesignbroughtconvenient.
Keyword:
amplifiercircuitdesigncircuitsimulationsoftwarephysicaldesignhardwarecircuit
仿真软件(Multisim)简要介绍:
1、
Multisim软件就是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。
作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具,Multisim是一个完整的集成化设计环境。
而且Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。
学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。
并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。
极大地提高了学员的学习热情和积极性。
真正的做到了变被动学习为主动学习。
这些在教学活动中已经得到了很好的体现。
还有很重要的一点就是:
计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。
理论教学――计算机仿真――实验环节。
美国NI公司提出的理念:
“把实验室装进PC机中”“软件就是仪器”
Multisim的特点:
(1)直观的图形界面:
整个操作界面就像一个电子实验工作台,绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上,轻点鼠标可用导线将它们连接起来,软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似,测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。
(2)丰富的元器件库:
Multisim大大扩充了EWB的元器件库,包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件,且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型,还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。
(3)丰富的测试仪器:
除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外,Multisim新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。
尤其与EWB不同的是:
所有仪器均可多台同时调用。
(4)完备的分析手段:
除了EWB提供的直流工作点分析、
交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真
分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外,Multisim新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等,基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。
频谱分析仪和网络分析仪
(5)强大的仿真能力:
Multisim既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真,也可进行数模混合仿真,尤其是新增了射频(RF)电路的仿真功能。
仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因,仿真结果可随时储存和打印。
易于使用的教学工具Multisim在具备专业软件工具优势的同时,又结合了为教学工作者量身定制的教学软件的特性。
作为一个高度互动且易于使用的工具,它可以帮助学生深刻理解电路理论与行为。
鼠标点击控制更易于使用
MULTISIM仿真实验在实验教学中的技术优势:
(1)高指标的虚拟仪器和充足的元器件资源
电子仿真实验软件内的虚拟仪器不仅品种齐全,而且技术指标高,随时可以拖放到工作区使用,并能实时显示有关数据和波形
。
(2)弥补了实验经费不足的缺憾
传统的电子技术实验需要有仪器设备和元器件的支持,有些实验仪器耗资大,仪器操作技术要求较高,在教育经费不足的情况下,有些学校所能开出的实验项目和数量受到限制。
特别是近年来一些学校扩大招生规模,而实验基础设施跟不上,仿真电子实验弥补了因实验仪器及经费不足造成的缺憾。
另外,仿真实验不涉及仪器折旧和更新换代,通过软件升级就能保持实验的先进性。
一些需要价格昂贵的仪器而无法开展的实验,通过仿真就能够容易实现。
(3)扩展了学生的实践空间和实验内容
仿真实验可作为学生实验前的预习和课后分析总结,也可作为学生创造性思维的检验平台。
只要有MULTISIM软件和一台计算机就能进行电子技术仿真实验,打破了时间和空间的限制,学生可以在不同的时间、地点和领域自主进行实验,增强他们提出问题、分析问题和解决问题的能力,并根据自己的兴趣爱好,选择一些传统实验较少涉及的实验内容,如用运算放大器实现回转器、负阻抗变换器等,这部分内容的实现原理在近代教科书中早有论述,用传统方法进行实验比较繁琐,采用MULTISIM电子工作平台则容易分析它们的性能。
因此,电子仿真实验满足了不同层次学生的需要,从而大大扩展了实践空间和实验范围。
(4)有利于学生开展探索性研究性实验
传统的电子技术实验教学,任课老师在课前把仪器设备及元器件准备好,学生照讲义的实验步骤按部就班的进行,这就不可避免地把学生置于被动地位,他们很少有机会按自己的思维开展设计性实验。
近年来,新的教育理念强调教学要以学生为主体,要注重培养学生的创新思维。
许多院校大幅度压缩验证性实验的比例,增加设计性实验的内容,但在实际运作过程中,往往因仪器和元器件不足而存在着很大的局限性。
仿真电子实验使学生进行研究性和探索性实验成为可能。
虚拟仪器的使用:
1.4.1数字万用表(Multimeter)
Multisim提供的万用表外观和操作与实际的万用表相似,可以测电流A、电压V、电阻Ω和分贝值db,测直流或交流信号。
万用表有正极和负极两个引线端。
1.4.2函数发生器(FunctionGenerator)
Multisim提供的函数发生器可以产生正弦波、三角波和矩形波,信号频率可在1Hz到999MHz范围内调整。
信号的幅值以及占空比等参数也可以根据需要进行调节。
信号发生器有三个引线端口:
负极、正极和公共端。
1.4.3瓦特表(Wattmeter)
Multisim提供的瓦特表用来测量电路的交流或者直流功率,瓦特表有四个引线端口:
电压正极和负极、电流正极和负极。
1.4.4双通道示波器(Oscilloscope)
Multisim提供的双通道示波器与实际的示波器外观和基本操作基本相同,该示波器可以观察一路或两路信号波形的形状,分析被测周期信号的幅值和频率,时间基准可在秒直至纳秒范围内调节。
示波器图标有四个连接点:
A通道输入、B通道输入、外触发端T和接地端G。
示波器的控制面板分为四个部分:
1.Timebase(时间基准)
Scale(量程):
设置显示波形时的X轴时间基准。
Xposition(X轴位置):
设置X轴的起始位置。
显示方式设置有四种:
Y/T方式指的是X轴显示时间,Y轴显示电压值;Add方式指的是X轴显示时间,Y轴显示A通道和B通道电压之和;A/B或B/A方式指的是X轴和Y轴都显示电压值。
2.ChannelA(通道A)
Scale(量程):
通道A的Y轴电压刻度设置。
Yposition(Y轴位置):
设置Y轴的起始点位置,起始点为0表明Y轴和X轴重合,起始点为正值表明Y轴原点位置向上移,否则向下移。
触发耦合方式:
AC(交流耦合)、0(0耦合)或DC(直流耦合),交流耦合只显示交流分量,直流耦合显示直流和交流之和,0耦合,在Y轴设置的原点处显示一条直线。
3.ChannelB(通道B)
通道B的Y轴量程、起始点、耦合方式等项内容的设置与通道A相同。
4.Tigger(触发)
触发方式主要用来设置X轴的触发信号、触发电平及边沿等。
Edge(边沿):
设置被测信号开始的边沿,设置先显示上升沿或下降沿。
Level(电平):
设置触发信号的电平,使触发信号在某一电平时启动扫描。
触发信号选择:
Auto(自动)、通道A和通道B表明用项应的通道信号作为触发信号;ext为外触发;Sing为单脉冲触发;Nor为一般脉冲触发。
1.4.5四通道示波器(4ChannelOscilloscope)
四通道示波器与双通道示波器的使用方法和参数调整方式完全一样,只是多了一个通道控制器旋钮,当旋钮拨到某个通道位置,才能对该通道的Y轴进行调整。
1.4.6波特图仪(BodePlotter)
利用波特图仪可以方便地测量和显示电路的频率响应,波特图仪适合于分析滤波电路或电路的频率特性,特别易于观察截止频率。
需要连接两路信号,一路是电路输入信号,另一路是电路输出信号,需要在电路的输入端接交流信号。
波特图仪控制面板分为Magnitude(幅值)或Phase(相位)的选择、Horizontal(横轴)设置、Vertical(纵轴)设置、显示方式的其他控制信号,面板中的F指的是终值,I指的是初值。
在波特图仪的面板上,可以直接设置横轴和纵轴的坐标及其参数。
例如:
构造一阶RC滤波电路,输入端加入正弦波信号源,电路输出端与示波器相连,目的是为了观察不同频率的输入信号经过RC滤波电路后输出信号的变化情况。
调整纵轴幅值测试范围的初值I和终值F,调整相频特性纵轴相位范围的初值I和终值F。
打开仿真开关,点击幅频特性在波特图观察窗口可以看到幅频特性曲线;点击相频特性可以在波特图观察窗口显示相频特性曲线。
1.4.7频率计(Frequencycouter)
频率计主要用来测量信号的频率、周期、相位,脉冲信号的上升沿和下降沿,频率计的图标、面板以及使用如图所示。
使用过程中应注意根据输入信号的幅值调整频率计的Sensitivity(灵敏度)和TriggerLevel(触发电平)。
1.4.8数字信号发生器(WordGenerator)
数字信号发生器是一个通用的数字激励源编辑器,可以多种方式产生32位的字符串,在数字电路的测试中应用非常灵活。
左侧是控制面板,右侧是字信号发生器的字符窗口。
控制面板分为Controls(控制方式)、Display(显示方式)、Trigger(触发)、Frequency(频率)等几个部分。
实验一:
实验题目:
用集成运放设计一个方波-三角波发生器。
实验目的:
加深对集成运算放大器工作原理的理解,
掌握运算放大器构成波形发生器的设计方法,
观察测量仿真运行结果。
实验要求:
振荡频率范围为20Hz-2kHz。
三角波调节范围为2-4V。
实验原理:
运放A1组成滞回比较器,运放A2组成反相积分器,
它们首尾相连形成闭环,共同组成正反馈回路,使电路
产生自激振荡。
比较器输出Uo1的方波,积分电路输出
Uo为三角波。
其中振荡频率
f=R3/4R2RkC1
三角波的幅值为
Uom=-Rk/R3
其中
Rk为可调电阻。
调节Rk就可以调节三角波的幅值。
实验过程:
1:
按照电路图在Multisin9.0软件上画出仿真电图。
2:
进行仿真,观察仿真波形
。
实验分析:
对于要求频率可以调节电阻及电容组合形成,
对于可变电阻及电容可利用电阻级电容的变化从而形成所要达到的频率要求。
对于三角波可以利用固定电阻和滑动变阻进行确定,滑动变阻器是可以调节电压的范围。
电路的仿真图
电路的仿真波形
实验二:
实验题目:
设计一个偏置电路,已知电源电压Vcc=16v,Rl=6k,
晶体管为NPN型,β=60,Icq=1.65mA,Av=-100
实验目的:
掌握单管放大电路的工程设计方法及调试过程。
实验要求:
设计并选取电路元件参数使放大器能够不失真的放大正
弦信号,并达到|Av|≧100的要求。
实验原理:
发射极电阻Re的确定:
因为工程估算中一般取
Ueq=(0.2~0.3)Ucc
上下偏置电阻的确定:
为使放大器能更稳定的工作,满足Iq>>Ibq的条件,上下偏置电阻取值应小,但过小会使静态功耗增大,且引起信号源Us的分流过大,是放大器输入电阻变小,故工程上一般取:
Iq=(5~10)Ibq
则下偏置电阻R2,上偏电阻R1的设计值分别为
R2=(Ubq+Ubeq)/Iq
R1=(UcC-Ubq)/Iq
集电极电阻Rc的确定:
Rc根据放大倍数Av及电阻Rl来确定
实验分析:
此题由于给出了β的值,由此可以算出Ib,Vbq=Rb*Vcc/(Rb1=Rb2),从而用这个公式可以求出Rb,R2,等电阻,在模拟的过程中可以利用模拟的方法进而测得电路中的电流,从而进一步的确定电阻及模拟电路中的阻值的大小。
实验公式:
Vbq=Rb2/(Rb1+Rb2)Vcc
集电极电流:
Icq=Ieq=(ReVbq-Vbeq)/Re
=Vbq/Re
基极电流:
Ibq=Icq/β
集电极——射极电压
VceqVcc-Icq(Rc+Re)
动态性能分析:
Av=Vo/Vi=-βRC||Rl/rbe+(1+β)Re
输入电阻:
Ri=Rb||Rb2||[rbe+(1+β)Re]
输出电阻:
R0=Rc
实验过程:
1:
按照电路图在Multisin9.0软件上画出仿真电图。
2:
进行仿真,观察仿真输入输出波形。
实验电路图
实验三:
实验题目:
设计电路实现下列运算Uo=10Ui1-5Ui2,Ri≧10k。
实验目的:
掌握集成运算放大器的使用方法及原理。
掌握运算放大器构成波形发生器的设计方法。
实验要求:
Ui1为频率50Hz,幅值为1V的方波信号,
Ui2=1V;(两种方法)
Uo=Ui1RF1RF2/R1R2-Ui2RF2/R3
U1=R1//RF1U2=R2//R3//RF2
根据上式通过合理的选择电阻,电源,及各种需要使用的元器件就能实现
实验过程:
1:
按照电路图在Multisin9.0软件上画出仿真电图。
2:
进行仿真,观察仿真波形。
实验结果:
电路图1输出波形如下所示:
(输入方波信号频率和幅值如电路图中所示)
实验原理:
电路图1如图所示
实验分析:
此题根据输入与输出的关系可已看出题
体计算的是差分放大电路
Vo=(R1+R4)/R1*R3/(R2+R3)Vi2-R4/R1Vi1
=(1+R4/R1)(R3/R2/(1+R3/R2)Vi2)-R4/R1*Vi2
在上式中,如果选取阻值满足R4/R1=R2/R3的关系,
输出电压可简化为
V0=R4/R1(Vi2-Vi1)
由上式可得,输出电压Voyu两输入电压之差(Vi-Vi1)成比例,
即实现了求差功能,比例系数为电压增益Avd,即
Avd=Vo/(Vi2-Vi1)=R4/R1
当电路中R1=R2=R3=R4时,利用虚短和虚段的概念。
在(Vi-Vi1)作用下,可得流入Vi端口的电流等于Vi1端口流入的电流,
则输入电压Vi-Vi1=(R2+R1)i=2R1i,因此等效电阻为
Ri(Vi-Vi1)/i=2R1
方法1的实验原理图:
方法2:
在方法2中,输入电路分为两级在第一级电路中,
A1胃痛想输入放大电路,它的输出电压为
VO1=(1+R21/R1)Vi
第二级A2为差分放大电路,利用叠加原理求出电压。
当Vi2=0时,A2为反相输入放大电路,有Vo1长生的输
出电压
V02=-R22/R2Vo1
=-R22/R2(1+R21/R1)Vi
若令Voice=0,A2为同相输入放大电路,有产生的输出电压为
vo=(1+R22/R3)(R22/(R2+R2)VI2)
当电路中R1=R21时,则
VO2=R22/R2(Vi2-2Vi1)
电路图2输出波形如下所示:
(输入方波信号
频率和幅值如电路图1中所示)
实验波形
实习心得
1.设计性实验最重要的是要有一条清晰设计思路,在设计前,老师已为我们准备好了原理框架图,相当于已经给了设计思路,关键就是靠自己深入的思考各个模块怎么设计的.对每个模块做到分析、思考.设计,再去编程,再将所有的模块组装在一起,就可完成该设计.
2.EDA设计要多练习多思考,弄懂每个实验的设计思路,并且能够设计自己的东西,这样你会感到其乐无穷.
3.在以后的实验设计当中还应注意培养自己独立思考设计思路的能力,不要怕难.
4.许多事情只有在自己亲手做了之后才会感觉到,其实它并不是你想象中的那样难或简单,要善于专心深入的思考问题,所学知识要常用。
说真的刚开始打算设计时不是很自信。
但最终还是做出来了,觉得和做任何事情都一样要有勇气尝试。
其实我在设计时更多的是模仿了数字钟的许多原理和方法。
我想到了日本人对创新的理解,组合即发明组合即创新。
利用现有的东西造出新的东西。
通过这门课不仅学到了基本的知识更重要领悟到了新的思维方法,我觉得这是自己最大的收获。
后才觉得这个室验并不是想象的那样困难,所用到的知识点都很础,只是平时对这些知识点理解得还不够透彻,不能灵活的运用他们。
只有到自己设计实验解决问题的时候,才会进一步领悟其中的精华,才会想到把这些零散的东西结合到一起,使他们发挥各自的作用,组成一个系统,实现一定的功能。
我想只有经历了从不会到会,从零散到系统,真正做出了一点东西来后,才能真正掌握一些知识。
没有经历一个实践运用、解决问题的过程,能力就难以提高。
所以说,这个试验做完后,我收获到的不仅仅是一些EDA技术方面的知识,更重要的是对这门课程有了一些自己的感受:
能力是在思考和实践中得到提高的。
对于学习一门实用性学科来说,也许只有用自己所学的知识做出一个可以实际运行的东西之后才能确实体到自己的学习是有价值的,但在如今的教育制度和社会背景下,叛逆的人也许在抱怨:
“为什么想学的东西学不到,不想学的偏要学”。
我觉得多的人已经麻木“因为学校开了课,所以我得学,因为别人都在考,所以我也得考”。
至于为什么要学,为什么要考,考了有什么用?
?
?
自己也不知道。
知识是拿来学的,不是用来考的。
技术是拿来用的,不是学了以后就丢在一边的。
对于老师的教学来说,也许最重要的不是怎么把知识灌输给学生,而是要让学生明白为什么要学,怎么让学生有兴趣去学。
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