电工电子技术设计实验指导书2015

沈阳农业大学自编教材电工电子技术设计实验指导书（适用专业：2013级电气工程及其自动化）李征明主编信息与电气工程学院2015年3月实验一RLC串联谐振电路仿真实验一、实验目的1、熟悉Multisim软件的使用方法2、理解RLC串联谐振电路的原理二、实验内容通过仿真实验，熟悉RLC串联谐振电路的结构特点，研究电路的频率特性（即幅频特性和相频特性）。三、实验步骤1、按图1.1建立实验电路L110mHC11uFR1100ΩV110mVrms1kHz0°XBP1INOUTXSC1ABExtTrig++__+_3U1AC1e-009W0.000A+-U2AC10TW0.000V+-2104图1.1RLC串联谐振电路实验电路2、测量电路谐振时的I0、VR、VL、VC、Q打开仿真开关，用连接在电路中的双踪示波器分别测量激励电压源VS和电阻R两端的电压。在理论计算的基础上，调整激励电压源VS的频率，并注意观察激励电压源VS和电阻两端的电压波形，当激励电压源VS和电阻R两端的电压波形同相，即端口电压和电流波形相位相同时，电路即发生了串联谐振。在电路谐振的情况下，用示波器分别测量电感L和电容C两端的电压值；将测量的电感L（或者电容C）两端的电压值除以电阻R两端的电压值，换算出电路的Q值；用串接在电路中的电流表测量电路中流过的电流I0，并将测量数据填入表1中。表1.1f0/HzVR/VVL/VVC/VQI0/A理论计算值仿真测量值3、测量电路的谐振频率、幅频特性和相频特性用双踪示波器测量激励电压源VS和电阻R两端的电压时，移动示波器面板游标，通过测量谐振时电阻R两端电压信号的周期即可测量电路的谐振频率。也可以使用连接在电路中的波特图仪测量电路的谐振频率。同时，使用波特图仪测量电路的幅频特性和相频特性。4、测量不同Q值时的VR、VL、VC、幅频特性和相频特性在其他电路参数不变的情况下，调整电阻R的大小。用示波器测量电阻R两端的电压值、电感L和电容C两端的电压值、Q值；用串联在电路中的电流表测量电路中流过的电流I0；用波特图仪测量电路的幅频特性和相频特性。（1）将电路图中的电阻R从1Ω调整为10Ω，用示波器测量R两端的电压值、电感L和电容C两端的电压值；将测量的电感L（或者电容C）两端的电压值除以电阻R两端的电压值，换算出电路的Q值；用串联在电路中的电流表测量电路中流过的电流I0，并将数据填入表1.2中。同时，使用波特图仪测量电路的幅频特性和相频特性。（2）将电路图中的电阻R从10Ω调整为100Ω，重复（1）中的步骤，填写表1.2，并且使用波特图仪测量电路的幅频特性和相频特性。表1.2R/Ωf0/HzVR/VVL/VVC/VQI0/mA10100四、实验报告要求1、通过本实验，总结、归纳RLC串联谐振电路的特性。2、实验体会实验二负反馈放大电路仿真实验一、实验目的1、熟悉Multisim软件的使用方法2、加深理解负反馈的方法和负反馈对放大电路性能影响的理解二、实验内容通过仿真实验，研究负反馈对改善放大电路性能的作用和基本的分析方法。三、实验步骤1、按图2.1建立实验电路R156R21kR351kR433kR55kR61kR71.8kR847kR922kV220mV1kHz0DegR103kQ12N2222AQ32N2222A1R111.5kC110uF-POLC210uF-POLC310uF-POL9VCC12V11R122kJ1Key=SpaceJ2Key=SpaceVCC7C447uF-POLC547uF-POL410C610uF-POLR1320k06121352XSC1ABExtTrig++__+_38图2.1负反馈放大电路实验电路2、直流分析（1）调节信号源V2的大小，使输出端在开环情况下输出不失真。（2）启动直流工作点分析，记录数据，填入表2.1表2.1三极管Q1三极管Q2VBQ/VVCQ/VVEQ/VVBQ/VVCQ/VVEQ/V3、动态参数分析（1）放大倍数测试电路如图2.1所示，按下表2.2分别测量输入/输出电压的有效值，并记入下表2.2中。表2.2RLVi/VVo/V计算Au/Auf开环（J1断开）RL=无穷大（J2断开）RL=2k（J2闭合）闭环（J1闭合）RL=无穷大（J2断开）RL=2k（J2闭合）（2）输入电阻与输出电阻测试测量输入/输出电阻的电路如下图2.2所示。R25.0kΩC110µFIC=0VC210µFIC=0VC310µFIC=0VV220mVpk1kHz0DegXSC1ABGTC547µFIC=0VR103kΩQ12N2222AQ22N2222AC447µFIC=0VR111.5kΩJ1Key=SpaceJ2Key=AR122kΩC610µFIC=0VR1320.0kΩR351kΩR433kΩ1R55.1kΩ2R61kΩR71.8kΩ11R847kΩR922kΩ13546129VCC12VVCC15XMM130XMM27XMM380图2.2输入/输出电阻测量图1）输入电阻Ri在输入端串联一个5.0k的电阻，如图所示，并且连接一个万用表，如图2.2连接。启动仿真，记录数据，并填下表2.3中。（☆万用表要打在交流档才能测试数据）表2.3VS/VVi/V计算Ri开环（J1断开）闭环（J1闭合）2）输出电阻Ro仿真电路如图2.2所示，先接上负载电阻，测量输出电压VL，再断开负载，测量输出电压VO。（☆万用表要打在交流档才能测试数据）表2.4VL/VVo/V计算Ro开环（J1断开）闭环（J1闭合）四、实验报告要求1、通过本实验，总结、归纳在放大电路中引入负反馈对放大电路性能的影响。2、实验体会实验三差动放大电路仿真实验一、实验目的1、掌握Multisim的使用方法，学会用Multisim对电路进行仿真分析2、用Multisim研究差动放大电路的性能二、实验内容通过仿真实验，研究典型差动放大电路和恒流源差动放大电路的性能及其在不同输入输出方式下的特点。三、实验步骤1、按图3.1建立实验电路Q12N3903Q22N3903Rp100ΩKey=A50%12R12kΩR22kΩR36.8kΩR46.8kΩR55.1kΩR6510ΩR7510ΩR862kΩR930kΩR104.7kΩR1112kΩ56Q32N3903KKey=Space1112141316V112VV212V8150079AB34图3.1差动放大电路实验电路2、直流分析（1）调节差动放大器零点在测量差动放大电路各性能参量之前，一定要先调零。信号源不接人，将差动放大电路输入端A、B与地短接，开关打在左端，单击仿真开关进行仿真分析，用直流电压表或万用表（直流档）测量R11两端电压（输出电压）Uo，调节调零电位器RP，使Uo=0（尽量接近0，如果不好调节，可以减小电位器的Increment值）。（2）启动直流工作点分析，记录数据，填入表3.1表3.1测量值三极管Q1三极管Q2典型差动放大电路（K在左端）VBQ/VVCQ/VVEQ/VVBQ/VVCQ/VVEQ/V恒流源差动放大电路（K在右端）3、动态参数分析（1）测量差模电压放大倍数将函数信号发生器XFG1的“+”端接放大器输入A端，COM端接地，放大器输入B端接函数信号发生器XFG1的“-”端，构成差模输入方式。调节输入信号频率f=1kHz的正弦信号，输入电压Uid1=-Uid2=10mVp，用示波器监视输出端（集电极C1或C2与地之间）。单击仿真开关进行仿真分析，在输出波形无失真的情况下，可用交流电压表或万用表（交流档）测Uid、UC1、UC2，并在示波器XSC1和XSC2中观察uid、uc1、uc2的相位关系。表3.2典型差动放大电路恒流源差动放大电路Uid（mV）UC1（V）UC2（V）Avd1=UC1/UidAvd2=UC2/UidAvd=Uo/Uid（2）测量共模电压放大倍数将放大器A、B端短接，将函数信号发生器XFG1“+”端接A端，COM接地，构成共模输入方式。调节输入信号频率f=1kHz的正弦信号，输入电压Uic=1Vp。单击仿真开关进行仿真分析，在输出波形无失真的情况下，可用万用表或交流电压表测Uic、UC1、UC2，并在示波器XSC1和XSC2中观察uic、uc1、uc2的相位关系。表3.3典型差动放大电路恒流源差动放大电路Uic（mV）UC1（V）UC2（V）Avc1=UC1/UicAvc2=UC2/UicAvc=Uo/Uic四、实验报告要求1、实验体会实验四555定时器的仿真实验一、实验目的1、熟悉555定时器的工作原理和典型应用2、掌握基于Multisim的555定时器应用仿真二、实验原理555定时器是一种常见的集数字与模拟功能于一体的集成电路。通常只要外接少量的外围元件就可以很方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等多种电路。其中：（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路。U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2GND——1脚，接地；TRI——2脚，触发输入；OUT——3脚，输出；RES——4脚，复位（低电平有效）；CON——5脚，控制电压（不用时一般通过一个0.01uF的电容接地）；THR——6脚，阈值输入；DIS——7脚，放电端；VCC——8脚，+电源4.1555定时器功能表输入输出阈值输入(THR)触发输入(TRI)复位(RES)输出(OUT)放电端（DIS）XX00导通2VCC/3VCC/311截止2VCC/3VCC/310导通2VCC/3VCC/31不变不变三、实验内容1、555定时器逻辑功能仿真实验按图4.1建立实验电路,按表4.1所示的对输入信号的要求，设置电路参数进行仿真实验。U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2J1Key=CRw10kΩKey=A50%Rp10kΩKey=B50%1R12kΩR22kΩVCC12VC110nF4R31kΩVCCU2DC10TW3.429V+-U3DC10TW3.429V+-U4DC10TW12.000V+-U5DC10TW12.000V+-23065图4.1555定时器逻辑功能仿真电路将实验所测试的输入填入表4.2中，分析、验证555定时器的功能。表4.2输入输出阈值输入（THR）触发输入（TRI）复位（RES）输出（OUT）放电端（DIS）2、使用555定时器构成施密特触发器仿真实验施密特触发器是脉冲波形整形和变换电路中经常使用的一种电路。其具有两个稳定状态，两个稳定状态的维持和相互转换取决于输入电压的高低和，属于电平触发，具有两个不同的触发电平，存在回差电压。由555定时器构成的施密特触发器将555定时器的THR和TRI两个输入端连在一起作为信号输入端即可得到施密特触发器。实验电路如图4.2所示，调节输入信号频率f=100Hz的三角波信号，输入电压Ui=10Vp。打开仿真开关，在示波器面板上观察输出和输入信号波形。U1LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2VCC12VC110nFR11kΩ41VCCXFG1XSC1ABExtTrig++__+_302图4.2由555定时器构成的施密特触发器电路四、实验报告要求1、根据波形，分析验证施密特触发器的功能。2、实验体会实验五三相交流电路一、实验目的1、熟悉三相交流电路的工作原理和典型应用2、掌握基于Multisim的三相交流电路应用仿真二、实验原理三相电路是由三个同频率、等振幅二相位依次相差120°的正弦电压源按一定连接方式组成的电路，三相交流电路有三相四线制和三相三线制两种结构。三相四线制电路中不论负载对称与否，负载均可以采用Y连接，并有U1=√3Up，I1=Ip。对称时中性线上无电流，不对称是中性线上有电流。在三相三线制电路中，