天大2022年春學期考試《電工技術實驗》離線作業(yè)考核試題【標準答案】

可做奧鵬全部院校在線離線作業(yè)畢業(yè)論文QQ:3230981406 微信:aopopenfd777

發(fā)布時間:2022-03-20 21:16:38來源:admin瀏覽: 115 次

電工技術實驗

要求:

一、  獨立完成,任選一組作答,滿分100分;

二、 請使用學院指定答題紙作答(答題紙請詳見附件);答題紙上全部信息要填

寫完整,包括學號、姓名等基本信息和答題內容;

三、 提交方式:請將2個實驗報告集中放在一個word文檔中,圖和表均采用拷屏截圖方式依次粘貼在一個Word文檔中上傳(只粘貼部分內容的圖片不給分),圖片請保持正向、清晰,實驗報告無需手寫;

1. 完成的作業(yè)應另存為保存類型是“Word97-2003”提交;

2. 上傳文件命名為“中心-學號-姓名-科目.doc”;

3. 文件容量大?。翰坏贸^20MB。

提示:未按要求作答題目的作業(yè)及雷同作業(yè),成績以0分記!


題目如下:

第一組:

請認真觀看“電工技術實驗”課件,學習“ewb實驗指導書”。從十二個實驗中選2個實驗(請從第1-6實驗中選做一個,第7-12實驗中選做一個),根據課件和實驗指導書中的要求完成這2個實驗的實驗報告。實驗報告應該包括:實驗內容和電路圖,實驗得到的數據或波形,實驗結果分析,回答思考題。





第一部分 電子工作臺EWB

§1. 1 EWB簡介

   1.1.1 概述

EWB(Electronics Workbench)是一種強大的設計軟件,可為設計者提供所需的各種元件及儀表,進行計算機輔助設計、模擬及布局以產生印刷板層次的電路。

由于集成電路制造技術日新月異,電子電路的設計亦日趨復雜。為了能在電路付諸實現(xiàn)之前,完全掌握操作環(huán)境因素(如電源電壓、溫度及元件參數的變動等)對電路的影響,利用計算機輔助設計進行電路模擬與分析,并進行輸入與輸出信號響應的驗證,不需要昂貴的實驗設備,而且計算機可提供安全有效的設計環(huán)境,其電路結構及設計觀念可以很容易地被修正;設計者除了可借助屏幕上的編輯外,也可很方便地更換適合電路規(guī)格需要的元件。另外,設計者直接用計算機模擬、分析、驗證,可快速地反映出所設計的電路性能。利用計算機輔助設計的方式進行電路及系統(tǒng)設計,可有效地節(jié)省開發(fā)產品的成本與時間。

EWB設計軟件與實驗室的工作平臺類似,只不過它的電路分析驗證是借助計算機進行的。EWB包含一個電路設計窗口、元件工具欄及測量儀表,在電路工作窗口中進行電路的繪制及編輯、連結虛擬測試儀表及進行模擬,最后可以將結果顯示于所選擇的儀表上。

   1.1.2 EWB基本界面

啟動EWB:直接點擊ewb文件夾內的WEWB32帶有紅色小球的可執(zhí)行文件后,將出現(xiàn)如圖1.1.1所示的工作窗口,此窗口顯示多個不同的使用區(qū)域,包括菜單(menus)、電路工具欄(circuit toolbar)、電路零件工具欄(parts bin toolbar)。電路設計窗口(circuit window)、描述窗口(description window)、虛擬儀表(instrument)及測量狀態(tài)欄(statusline)等功能。在EWB工作窗口中,可進行電路圖的編輯、模擬及波形分析。

1. 菜單欄(Menus)

提供電路文件的存取、SPICE文件的轉入或轉出、電路圖的編輯、電路的模擬與分析、在線幫助等。

2. 工具欄(Toolbars)

EWB有兩類工具欄(見圖1.1.2),一類為電路工具欄,包含設計電路所需的按鈕;另一類為元件組工具欄,包括有開啟各類電路元件工具欄的按鈕。電路元件工具欄含有各種電路元件及測量儀表,可用于各種電路設計及模擬分析。


電路元件

工具欄 菜單

(Menus) 電路工具欄

Circuit toolbar 元件組工具欄

Parts bin toolbar 暫停/恢復  啟動/停止


儀表開啟窗口

open instrument 狀態(tài)欄

statusline 描述窗口

description windows 電路設計窗口

circuit windows

圖 1.1.1 EWB 基本界面


3. 應用窗口(Application window)

應用窗口可同時包括多項,見圖 1.1.1:

  (1). 電路設計窗口(circuit window):供使用者進行電路設計。

    (2). 子電路窗口(subcircuit window):供使用者檢測子電路圖的內容。

  (3). 描述窗口(description window):供使用者鍵人文本以描述電路。

    (4). 儀表開啟(open instrument):顯示儀表的面板控制與功能選擇。

    (5).圖形窗口(graph window):顯示分析的結果。

    4.狀態(tài)欄(status line):位于EWB窗口的最下方,可顯示鼠標所指處元件或儀表的名稱。在模擬中,也可顯示模擬中的現(xiàn)狀以及分析所需要的模擬時間。


建立新文件 打開已有文件 文件存盤 打印文件 剪切 復制 粘貼 旋轉 水平反轉 垂直反轉 子電路 分析圖 元器件特性 縮小 放大 縮放比  幫助


自定義器件庫 電源庫 基本器件庫 二極管庫 晶體管庫 模擬集成電路庫 混合集成電路庫 數字集成電路庫 邏輯門電路庫 數字組件庫 指示器件庫 控制器件庫 其它器件庫 儀器庫  

圖 1.1.2  EWB 工具欄

   1.1.3 EWB的在線幫助

EWB5.0提供了豐富、詳盡的聯(lián)機幫助功能。任何時候,對某一分析功能或操作命令沒有把握時,都可以使用幫助萊單或F1鍵,也可以單擊工具欄的幫助按鈕 ,去查閱各種有關的信息。

    選擇Help | Help  lndex命令即可調用和查閱有關的幫助內容。可以按目錄或主題搜索方式進行查閱,具體操作方法和其它Windows軟件基本相同,在此不再贅述。如果對某一個元器件或儀器感興趣,可以“選中”該對象,然后按F1鍵或單擊工具欄的幫助按鈕 ,與該對象相關的內容即會自動彈出。其中既有關于該對象的文字說明,還有相關的使用舉例??梢娐?lián)機幫助內容是很重要的,建議讀者充分利用。

§1. 2 EWB 的菜單系統(tǒng)和工具欄

   1.2.1 EWB 的菜單

File    Edit   Circuit    Analysis    Window    Help

New Ctrl+N   Cut Ctrl+X   Rotate Ctrl+R   Activate Ctrl+G   Arrange Ctrl+W   Help F1

Open Ctrl+O   Copy Ctrl+C   Flip Horizontal    Pause F9   1.Circuit    Help Index

Save Ctrl+S   Paste Ctrl+V   Flip Vertical    Stop Ctrl+T   2.Description Ctrl+D   Release Notes

Save As    Delete Del   Component Properties   Analysis Options Ctrl+Y      About Electronics Workbench

Revert to Saved   Select All Ctrl+A   Create Subcircuit Ctrl+B   DC Operating Point    

Import    Copy as Bitmap   Zoom In Ctrl++   AC Frequency     

Export    Show Clipboard   Zoom Out Ctrl+-   Transient     

Print Ctrl+P      Schematic Options   Fourier     

Print setup       Restrictions Ctrl+I   Noise     

Program Options         Distortion     

Exit Alt+F4         Parameter Sweep     

Install          Temperature Sweep    

          Pole-Zero     

          Transfer Function     

          Sensitivity     

          Worst Case     

          Monte Carlo     

          Display Graphs     


   1.2.2 EWB 的電路元件工具欄

EWB的電路元件箱工具欄如圖1.2.1 所示。



個人元件 電源元件 基本元件 二極管 晶體管 模擬集成電路 混合集成電路 數字集成電路 邏輯門電路 數字組件 指示器 控制器 其它元件 儀表工具

圖 1.2.1 電路元件箱工具欄


單擊電路元件工具欄中的某個按鈕,即可打開該組電路元件工具欄如圖 1.2.2-1.2. 14    所示。



接地 電池 直流電流源 交流電壓源 交流電流源 電壓控制電壓源 電壓控制電流源 電流控制電壓源 電流控制電流源 +Vcc電源 +Vdd電源 時序發(fā)生器 調幅電源 調頻電源 電壓控制正弦波震蕩器 電壓控制三角波震蕩器 電壓控制方波震蕩器 可控單脈沖發(fā)生器 分段線性電源 電壓控制分段線性電源 頻率移位鍵電源 多項式電源 非線性電源

圖 1.2.2  電源元件工具欄



連接點 電阻 電容 電感 變壓器 繼電器 開關 延時開關 電壓控制開關 電流控制開關 上拉電阻 電位器 電阻箱 電壓控制模擬開關 極化電容 可變電容 可變電感 無磁芯線圈 磁性線圈 非線性變壓器

圖 1.2.3 基本元件工具欄




   

普通二極管 齊納二極管 發(fā)光二極管 橋式整流器 肖特基二極管 可控硅 雙向穩(wěn)壓管 雙向可控硅  NPN晶體管 PNP晶體管 N溝道結型場效應晶體管 P溝道結型場效應晶體管 3端N溝道耗盡型MOS場效應晶體管 3端P溝道耗盡型MOS場效應晶體管 4端N溝道耗盡型MOS場效應晶體管 4端P溝道耗盡型MOS場效應晶體管 3端N溝道增強型MOS場效應晶體管 3端P溝道增強型MOS場效應晶體管 4端N溝道增強型MOS場效應晶體管 4端P溝道增強型MOS場效應晶體管 N溝道GaAs場效應晶體管 P溝道GaAs場效應晶體管

圖 1.2.4 二極管工具欄                  圖 1.2.5 晶體管工具欄


      

3端運算放大器 5端運算放大器 7端運算放大器 9端運算放大器 比較器 鎖相回路  74XX系列 741XX系列 742XX系列 743XX系列 744XX系列 4XXX系列  模擬\數字轉換器 電流式數字\模擬轉換器 電壓式數字\模擬轉換器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 555定時器

圖1.2.6模擬集成電路工具欄  圖1.2.7數字集成電路工具欄  圖1.2.8混合集成電路工具欄



2輸入與門 2輸入或門 反相器 2輸入或非門 2輸入與非門 2輸入異或門 2輸入異或非門 三態(tài)緩沖器 緩沖器 史密特觸發(fā)反相器 與門 或門 與非門 或非門 反相器 異或門 異或非門 緩沖器

圖1.2.9邏輯門電路工具欄




半加器 全加器 RS觸發(fā)器 高電平異步置位JK觸發(fā)器 低電平異步置位JK觸發(fā)器 D觸發(fā)器 低電平異步置位D觸發(fā)器 多工器 多路輸出選擇器 編碼器 算術單元 計數器 移位寄存器 通用觸發(fā)器

圖1.2.10數字組件工具欄


   

交直流電壓表 交直流電流表 燈泡 邏輯探針 7段顯示器 譯碼式7段顯示器 蜂鳴器 條碼顯示器 編碼式條碼顯示器  電壓微分器 電壓積分器 電壓增益部件 轉換函數部件 乘法器 除法器 三路電壓加法器 電壓限幅器 電壓控制限幅器 電流限幅部件 電壓磁滯部件 電壓回轉部件

        圖 1.2.11指示器                        圖 1.2.12控制器


   

萬用表 函數發(fā)生器 示波器 頻率特性測試儀 數字字元產生器 邏輯分析儀 邏輯轉換器  保險絲 寫入資料 網絡表元件 損耗式傳輸線 無損耗式傳輸線 石英震蕩器 直流馬達 真空三極管 步進遞增轉換器 步進遞減轉換器 步進遞減\遞增轉換器

     圖1.2.13儀表工具欄                     圖1.2.14其它元件工具欄






§1. 3 EWB基本操作

   1.3.1模擬電路的建立

   1. 元件的使用

1).電路元件和測試儀表的選用:

要將某一元件或儀表放入電路設計窗口,可根據所要選擇的元件或儀表,單擊元件箱工具欄中的按鈕,打開相應的電路元件工具欄,拖動所需的元件或儀表到電路設計窗口中即可。如要保留開啟的工具欄,只需將它由原來的鎖定位置移到電路設計窗口中,即可變?yōu)橐豢梢苿拥墓ぞ邫凇?/p>

2).元件的移動

若要移動一個或一組元件,只要選擇此元件或元件組,然后將其拖動到所需的位置即可。關閉鍵盤的NUMLOCK鍵,則可利用上、下、左、右方向鍵移動選中的元件或元件組,每次移動一像素點。

3).元件的復制與刪除

元件的復制與刪除,可利用編輯(Edit)菜單中的剪切(cut)、復制(copy)、粘貼(paste)、刪除(delete)等命令或電路工具欄中的相應按鈕 來實現(xiàn),具體操作與Windows其它軟件基本相同。要刪除元件時,也可在選中元件后,再按Delete鍵。

4).元件的旋轉與映射

若要改變元件的放置方向,如旋轉90°、水平或垂直映射,可在選中該元件后,選擇電路(Circuit)菜單中的Rotate、Flip Horizontal或Flip Vertical命令,或選擇電路工具欄中的按鈕 來完成。

   2. 連接導線

    將鼠標指向元件的端點時,在元件的端點處會出現(xiàn)一個黑點,按住鼠標左鍵并拖動之,會有一條線出現(xiàn),拖動此線到另一元件或一儀表的端點,當第二個元件或儀表的端點被反白并出現(xiàn)黑點時,松開鼠標左鍵,此時線會自動以垂直角度連線,且不會覆蓋到其它元件或儀表。

如果從一個元件的端點拖動連線到另一線上,松開鼠標時,一個連接點會自動產生。當一條線上連接多個元件時,要先選擇線的兩個端點把線連好,再把其它元件連接到線上。在基本元件工具欄上,也有連接點的工具按鈕,利用它可在已有的電路上插入連接點。另外,也可在電路設計窗口中先放置一個連接點,再將其它線拖動到此連接點。每一連接點,最多可接上四條線。

選擇一條連線并按Delete鍵,可將該連線刪除,選擇一個連接點再按Delete鍵,可將該點刪除,但若點上的連線多于兩條,則會將線也一同刪除。刪除一個元件,會將其相關連接也一同刪除。

如果連線打折或纏在一起,可移動該線或與該線相連結的元件,即可將連線變得整齊。按住ALT鍵并移動與連線相連結的元件,則會重新連線。利用上、下、左、右方向鍵(需關閉鍵盤的Num Lock鍵)移動元件,每次可移動一個像素點,此法可有效地將彎曲的線伸直。

   3. 電路的接地點

接地點是電路系統(tǒng)的電位參考點。接地點作為一個電路元件包含在電源元件工具箱中。在EWB環(huán)境下建立的電路都要有接地點,否則,將出現(xiàn)錯誤或在儀器上得不到有效的讀數。

   4. 元件的插入

    拖動一個元件將其放置在一條連線上,若此連線有足夠的空間可容納該元件,則該元件會被自動插入。若連線空間不足以容納該元件,則元件將無法插入線中。

   5. 元器件標簽、編號、數值、模型參數的設置

元件具有自己的標識名稱、數值及相對應的參考編號(reference ID)。元件的預設標識名稱、數值或模型已全部在預設定好的電路文件中給出,如要設定某元件的資料,可在電路窗口中雙擊該元件,也可選中該元件,再按下工具欄中的器件特性按鈕 ,或者選擇菜單命令Circuit | Component Properties(電路/元器件特性),即會彈出相關的對話框。器件特性對話框具有多種選項可供設置(至于有多少功能項及內容,完全由所選擇的元件而定),包括Label(標識)、Models(模型)、Value(數值)、Fault(故障設置)、Display(顯示)、Analysis Setup(分析設置)等內容。按需要進行設定,最后單擊OK按鈕結束設置。下面介紹這些選項的含義和設置方法。

對話框的標題欄表示要處理的元件類型與性質。

 

   

 

圖1.3.1  Label選項對話框 

  

 

 

圖1.3.2 Value 選項對話框  圖1.3.3 Models選項對話框

Label選項用于設置元件的Label(標識)和Reference ID(編號)。其對話框如圖1.3.1所示。Reference ID(編號)通常由系統(tǒng)自動分配,必要時可以修改,但必須保證編號的唯一性。

當元器件比較簡單時,會出現(xiàn)Value(數值)選項,其對話框如圖1.3.2所示,可以設置元器件的數值。

當元器件比較復雜時,會出現(xiàn)Models(模型)選項,其對話框如圖1.3.3所示。模型的缺省設置(Default)通常為Ideal(理想),這有利于加快分析的速度,也能夠滿足多數情況下的分析要求,如果對分析精度有特殊的需要,可以考慮選擇具有具體型號的器件模型。

    Fault(故障)選項可供人為設置元器件的隱含故障。圖1.3.4為某個電感的故障設置情況。1、2為與故障設置有關的引腳號,圖中選擇了Open(開路)設置。這時盡管該電感可能標有合理的數值,但實際上隱含了開路的故障。這為電路的故障分析教學提供了方便。從圖中看出,這個對話框還提供了Short(短路、Leakage(漏電)、None(無故障)等設置。

    Display(顯示)選項用于設置Label、Models、Reference ID的顯示方式。相關的對話框如圖1.3.5所示。該對話框的設置與Circuit/Schematic Options(電路/電路圖選項)對話框的設置有關,如果遵循電路圖選項的設置,則Label、Models、Reference ID的顯示方式由電路圖選項的設置決定。否則可由圖中對話框下面的三個選項確定。

    此外還有Analysis Setup(分析設置)用于設置電路的工作溫度等有關參數。

    Node(節(jié)點)選項用于設置與節(jié)點編號等有關的參數。

   6. 電路圖選項的設置

    選擇Circuit | Schematic Options(電路 | 電路圖選項)菜單命令可彈出如圖1.3.6-1.3.8所示的對話框,用于設置與電路圖顯示方式有關的一些選項。圖1.3.6是關于柵格的設置。如果選擇使用柵格,則電路圖中的元器件與導線均落在柵格線上,可以保持電路圖橫平豎直、整齊美觀。

show/Hide(顯示/隱藏)對話框如圖1.3.7所示,用于設置標號、數值、元器件庫等的顯示方式。該設置對整個電路圖的顯示方式有效。如對某個元器件顯示方式有特殊要求,可使用器件特性的Display(顯示)選項對話框單獨設置。

Fonts(字型)對話框如圖1.3.8所示,用于顯示和設置Label、Value和Models的字體與字號。

   7. 電路的描述

    選擇Window/Description(窗口/描述)命令可以打開電路描述窗口,在該窗口中可輸入有關實驗電路的描述內容。電路描述窗口的內容將隨電路文件一起存儲供以后查閱。在一般情況下可以關閉電路描述窗口,使電路工作區(qū)具有較大的面積。

   8. 電路的保存

選擇File | Save 命令,在打開的Save窗口中指定保存文件的路徑和文件名,系統(tǒng)會自動賦予.ewb擴展名,按“保存”按鈕,即可將建立的電路連同描述窗口一起保存在文件中。

   1.3.2儀器儀表的使用

EWB 5.0的儀器庫有七臺儀器可供使用:數字多用表、函數信號發(fā)生器、示波器、波特圖儀、字元發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉換儀。這些儀器每種只有一臺,在連接電路時,儀器以圖標方式存在。需要觀察測試數據與波形或者需要設置儀器參數時,可以雙擊儀器圖標打開儀器面板。

儀器的選用與連接與電路元件基本相同??梢詮膬x器庫中將相應的儀器圖標拖曳至電路工作區(qū),儀器圖標上有連接端用于將儀器連人電路,拖曳儀器圖標可以移動儀器的位置。選擇某個儀器并按Del鍵可以刪除該儀器,與該儀器相連的導線也會自動消失。

    雙擊儀器圖標打開儀器面板即可設置儀器參數。

   1. 電壓表和電流表

    EWB 5.0在指示元件庫中提供了如圖1.3.9所示的電壓表和電流表,帶有黑線的引出端為負極端(設置為直流模式時),通過旋轉可以改變其引出線的方向。這兩種電表的數量是沒有限制的,可多次選用。雙擊電壓表或電流表圖標可以彈出參數設置對話框,與元件的參數設置對話框相似。 


   2. 數字多用表

    這是一種自動調整量程的數字多用表。其電壓檔、電流檔的內阻、電阻擋的電流值和分貝檔標準電壓值都可任意進行設置。圖1.3.10是它的圖標和面板。

按SETTINGS(參數設置)按鈕時,就會彈出圖1.3.11的對話框,可以設置多用表內部的參數。



   3. 示波器

   1).示波器的調整

    示波器的圖標和面板如圖1.3.12所示,與實際的示波器基本相同,各項調整也和實際的示波器相似。

通道(A或B)衰減器(V/div)應根據被測信號的大小調節(jié),既要使顯示的波形盡量大,又不能超出顯示范圍。掃描時基(Time base)的調整,要和被測信號的周期(頻率)相適應,顯示波形的個數不應太多,也不能太少,一般以顯示一個完整波形為宜。

若波形不夠穩(wěn)定,不便于觀測,可隨時按下O/I開關或Pause按鈕,停止或暫停仿真,也可以設置圖1.3.14中的Pause after each screen 選項,這樣,當顯示波形到達屏幕右端時,會暫停仿真(單擊Pause按鈕,即可恢復仿真),然后按下示波器面板上的Expand按鈕,將面板展開如圖1.3.13所示,在此情況下,因為會產生時間的積累,所以,調節(jié)擴展面板窗口下的水平滾動條,可以觀測到整個仿真階段任意時刻的波形,包括剛接通電路或改變電路參數后瞬間的暫態(tài)過程,和電路達到穩(wěn)定狀態(tài)時的波形。

為了在仿真過程中(即不停止或暫停仿真)觀測到穩(wěn)定的波形,應對掃描觸發(fā)進行仔細的調整,默認的觸發(fā)信號選擇為“Auto”,這樣很難得到穩(wěn)定的波形(波形雜亂或水平滾動),一定要指定用某一路被測信號(即選擇“A”或“B”)觸發(fā),然后調節(jié)觸發(fā)電平(Level),但是,在仿真過程中調節(jié)觸發(fā)電平,一般不會立即起作用使波形穩(wěn)定,這一點與實際的示波器不同,正確的方法是:先調節(jié)觸發(fā)電平到某一值(大約+3.00或-3.00),并按O/I開關停止仿真,然后,再次按O/I開關,重新啟動仿真,一般情況下,此時會無波形顯示,但只要再稍微調節(jié)一下觸發(fā)電平,即可顯示出十分穩(wěn)定的波形。這種方法適用于觀測穩(wěn)定狀態(tài)下的波形,因為在這種情況下不會產生時間的積累,所以,在圖1.3.13示波器擴展面板窗口下,不能觀測到電路接通或參數改變后瞬間暫態(tài)過程的波形(擴展面板窗口下的水平滾動條不起作用)。

游標1  游標2       



時基  顯示方式  游標1處坐標  X位移  觸發(fā)信號  觸發(fā)電平  游標2處坐標  Y輸入方式  Y軸

衰減  Y軸位移  B通道  兩游標間坐標差值  保存  反轉  復原

圖 1.3.13 示波器的展開面板

在圖1.3.13所示的示波器擴展面板窗口下,可以進行示波測量:拖曳游標,可以在下面的數據框中直接讀取游標處的波形數據,以及兩個游標間波形數據和時間的差值。按下Reduce按鈕,可縮小示波器面板至原來大小。按下Reverse按鈕,可反轉示波器屏幕的前景和背景顏色。按下Save按鈕,可以以ASCII碼格式存儲波形數據文件(.scp),該文件可以用任何一個文本編輯軟件打開和編輯,也可以在EWB的分析圖形窗口(將在下一小節(jié)介紹)下還原出原來的波形。為了減小波形數據文件的大小,最好在波形穩(wěn)定的情況下保存。

如果希望顯示的波形更精細,可以在Analysis | Analysis Options | Instruments對話框(圖1.3.14)中,先去掉Generate time steps automatically 單選鈕的默認選擇,然后,增加Minimum number of time points(最少時間點數)的數值,但是,增加這個數值將增加分析的運算量和運行時間,要求計算機具有較快的處理速度,如果電路中接有測量表計,還可能引起表計示值不穩(wěn)定,所以,在一般情況下,以保持Generate time steps automatically(自動產生時間步長)的默認選擇為好,這樣,Minimum number of time points和Maximum time step兩項由程序自動設置。

   2).在分析圖形窗口下觀測和保存波形

EWB的分析圖形窗口(Analysis Graphs)是一個多用途的顯示工具,在此窗口下,可以觀測電路的波形,而EWB所能進行的每一種分析(見1.2.1小節(jié)EWB的Analysis菜單),也都會在分析圖形窗口中產生一個相應的圖形頁,將分析的結果以曲線形式顯示出來,在此窗口下,還可以進行曲線和波形的存儲或打印。分析圖形窗口可能會包含多個圖形頁,圖形頁的多少由已經進行過的分析來決定。單擊分析圖形窗口上方的頁標簽按鈕可以選擇要觀察的圖形頁。本小節(jié)僅介紹在分析圖形窗口中觀測和存儲波形的方法,EWB其它分析產生的圖形頁,觀測和存儲方法相同。

在EWB工具欄中選擇圖形工具  ,或者選擇Analysis|Display Graphs菜單選項,都可以激活分析圖形窗口。在此之前,若沒用示波器觀測過波形,剛打開的分析圖形窗口中將沒有示波器頁(Oscilloscope)顯示。當建立一個電路,連接好示波器,并打開O/I開關,對電路進行仿真并且觀測波形時,在分析圖形窗口中即建立起一個示波器頁(Oscilloscope),并在其中開始顯示波形(見圖1.3.15),波形顯示的效果也與示波器的調節(jié)有關(見前一小節(jié)示波器的調節(jié)),這里實際上是再現(xiàn)示波器上的波形,如果示波器的調節(jié)使波形顯示非常穩(wěn)定,那么,在圖形窗口下顯示的波形也將是非常穩(wěn)定的,如果示波器上顯示的波形不能穩(wěn)定,則在圖形窗口下顯示的波形也是不穩(wěn)定的,這時,也會產生時間的積累,并隨著仿真時間的延長,圖形窗口下顯示的波形會越來越密集,以至不能正常觀測,由于圖形窗口沒有水平滾動條,不象在擴展的示波器窗口下那樣,移動水平滾動條可以展開波形,這時,需要按下O/I開關或Pause按鈕,停止或暫停仿真,然后,通過設置適當的顯示時間范圍(見下面參數設置),即選擇一個適當的時間片斷,以展開波形。按住鼠標左鍵,在密集波形的適當位置拉出一個矩形框,以選擇一個適當的時間片斷,放開左鍵后,框中的波形也會被放大展開。由于這種情況下可以看到整個仿真階段的波形,所以,對于暫態(tài)過程(如震蕩器的起震過程)的觀測是非常有用的。

調節(jié)示波器以改變顯示的波形,圖形窗口中的波形并不能隨之而改變,需按O/I開關停止仿真,然后再次按O/I開關,重新啟動仿真,圖形窗口中的波形才會被刷新。

   (1).設置波形顯示的各項參數

為了使顯示的波形便于觀測,需參照如下的步驟設置各項參數:

    在窗口的圖形區(qū)單擊鼠標左鍵,使窗口左邊沿處的紅色三角標志   由頁標簽處移到圖形區(qū),此時,工具欄右面的幾個圖標   處于激活狀態(tài)(圖1.3.15)。在 Analysis Graphs窗口的工具欄中選擇特性(Properties)工具   ,打開具有多個參數頁的Graph Properties窗口(圖1.3.16),即可設置各項參數。

⑴. General頁(圖1.3.16):設置標題、柵格、指針等。

  ①. Tile欄:設置圖形頁的標題(標題內容可結合電路自定)及字體。在有多個圖形頁時,標題可用來標示每一個圖形頁。

      ②. Grid欄 :設置柵格。選中Grid On 復選框則顯示柵格,否則不顯示柵格。Pen Size、Color分別設置格線的粗細和顏色(見圖1.3.19)。

  ③. Trace Legend欄:選中Legend On 復選框則在圖形頁中顯示跡線圖例(見圖1.3.19)。

  ④. Cursors 欄:設置指針。若需進行示波測量,則選中Cursors On 復選框,以便顯示指針及資料窗口(見圖1.3.19)。

Single Trace單選鈕:在資料窗口中只顯示一條跡線的數據,顯示哪條跡線的數據,由計數器Trace中的跡線標號決定。

All Trace單選鈕:在資料窗口中顯示所有跡線的數據。

⑵. Left Axis、Bottom Axis、Right Axis、Top Axis頁:

四個頁面分別用來設置左、下、右、上四個標尺。

一般情況下,只需要下、左一對X、 Y標尺,此時,可將上、右二標尺頁中Axis欄的Enable復選框中的√去掉。但是,當被觀測的兩個波形差別較大,很難共用一對X、Y標尺時,就需要用到下、左、上、右多個X 、Y標尺,例如,當兩個被測信號大小差別很大時,若共用一個Y標尺,為了使大信號的波形不超出顯示范圍,則必須設置較大的刻度范圍(見下面Range設置),這必然使小信號的顯示波形很小,若兩個信號各用一個Y標尺,設置不同的標尺刻度范圍,則會使兩個波形都得到滿意的顯示效果(見圖1.3.19)。在用示波器觀測波形時,若示波器A、B二通道的Y軸衰減(V/div)設置不同,則在圖形窗口下,會自動產生兩個設置不同的Y標尺。

四個標尺的設置頁面基本相同,下面以圖1.3.17所示下標尺(Bottom Axis)頁面為例說明。

  ①. Label欄:設置標尺的標簽及字體,若兩個波形各用一個單獨的標尺,則在標尺的標簽中應注明與其關聯(lián)的跡線(見下面Traces頁的Label設置)。

   ②.Axis欄:設置顯示/隱藏標尺,以及標尺線的粗細、顏色。

  ③. Scale欄:設置刻度為線性、對數、分貝等。

   ④. Range:設置標尺的刻度范圍。

對于顯示波形的示波器頁(Oscilloscope),上、下標尺一般為時間刻度,如果示波器的調節(jié)使得波形非常穩(wěn)定,則圖形窗口中的波形也是非常穩(wěn)定的,一般不需要再設定時間范圍。如果示波器上的波形不穩(wěn)定,則圖形窗口中的波形也不穩(wěn)定,并會產生時間的積累,隨著仿真時間的延長,波形會越來越密集,為仔細觀測波形,需要等波形穩(wěn)定后,按下O/I開關或Pause按鈕,停止或暫停仿真,然后,設置顯示的時間范圍,或在密集的波形中,按住鼠標左鍵,拉出一個矩形框,選擇一個很小的時間片段,放在圖形窗口中放大顯示。若想觀測電路穩(wěn)定時的波形,則時間片段應選在波形穩(wěn)定的時間段,若電路無明顯的暫態(tài)過程,則時間起點(Minimum)可從0開始,時間終點(Maximum)與起點(Minimum)之間的差值要與波形的周期相匹配,以便使顯示的波形便于觀測,一般以顯示1~2個完整波形為宜。如果想觀測暫態(tài)過程,則需要把時間片段設置在起始時間段。

左、右標尺(Left Axis、Right Axis)的刻度范圍(Range),要根據顯示波形的大小設置,既要使波形盡量大(便于觀測),又要保證不超出顯示范圍。若兩個波形選用單獨的Y標尺,則二標尺可設置不同的刻度范圍,以適應對應的波形。

  ⑤. Divisions:設置刻度的分段數、重復頻率、精度等。

⑶. Traces頁(圖1.3.18):設置各跡線的特性。

  ①. Trace:指定進行設置的跡線序號。每條跡線需分別設置。

  ②. Label:設置指定跡線的標簽,該標簽顯示在圖例中。

  ③. Pen Size、Color:設置指定跡線的粗細和顏色。兩個波形最好設置不同的顏色以便于區(qū)別。

  ④. X Range、Y Range:設置與指定跡線相關的X、Y標尺。

  ⑤. Offsets:設置跡線相對于標尺零點(或起點)的偏移量,一般設置為0。偏移量的默認值和示波器的Y軸位移調節(jié)有關。

圖1.3.18中設置第2條跡線,標簽為output,粗細為一個點,與下(Bottom Axis)、右(Right Axis)標尺相關,X、Y偏移量為0。

圖1.3.19示出了兩個大小差別很大的波形的顯示效果,說明了跡線的顏色、標簽、圖例以及標尺標簽的作用及其設置方法。兩個波形選用了獨立的Y標尺,以便設置不同的標尺刻度范圍,此外,在General頁的Trace Legend欄選中Legend On 復選框,以便顯示跡線圖例。

正弦波以紅色顯示,矩形波以蘭色顯示(跡線的顏色由Trace頁的Color設置),圖例指明,紅色跡線(正弦波)的標簽為input,蘭色跡線(矩形波)的標簽為output(跡線的標簽由Trace頁的Label設置),左標尺標簽中包含有跡線標簽input,右標尺標簽中包含有跡線標簽output(標尺標簽由標尺頁面的Label設置,圖1.3.17下標尺設置頁面中為下標尺設置標簽為Time(Seconds)),由此可知,左標尺與正弦波關聯(lián),右標尺與矩形波關聯(lián)。當然,Traces頁的 X Range、Y Range也必須作相應的設置。因正弦波較小,所以,左標尺設置較小的刻度范圍(-5 ~ +5),而矩形波較大,故右標尺設置較大的刻度范圍(-25 ~ +25),這樣,兩個波形的顯示效果都比較理想。

要在示波器頁(Oscilloscope)中顯示柵格、圖例和游標,除利用上述參數設置外,也可以利用工具欄中的柵格工具(toggle grid)、圖例工具(Toggle legend)和游標工具(Toggle Cursors) 。如要去除顯示,可再次單擊相應工具。在顯示游標的同時,出現(xiàn)一個資料窗口,顯示出被選中的波形(單擊該波形以選中之)在游標處的數據,移動游標即可對其進行測試,隨著游標的移動,在對應的資料窗口中即顯示出該曲線在游標處的數據。

   (2).保存和打印波形

選擇工具欄中的保存 工具,在保存文件設置窗口設置路徑和文件名,系統(tǒng)會自動賦予.gra擴展名,按“保存”按鈕,即可把分析圖形窗口下的各圖形頁保存到指定的圖形文件中,該文件一般尺寸較大,為盡量減少磁盤空間的占用,在保存文件之前,應利用工具欄中的剪切工具 ,將不需要的圖形頁剪切掉(先選擇該頁,再點按剪切工具)。

按上面的方法保存的.gra文件不是標準格式的圖形文件,只能在EWB的分析圖形窗口下打開。在擴展的示波器窗口下保存的文本格式的波形文件(.scp文件),也可以在分析圖形窗口下打開以再現(xiàn)示波器波形。注意,每打開一個 .gra或.scp文件,即將該文件中所有的圖形頁都添加到該窗口中,以至窗口中的圖形頁很多,重新保存時文件非常大。

當電路參數改變時,分析圖形窗口的示波器頁(Oscilloscope)中顯示的波形將隨之更新,若打算把不同參數下的波形以不同的示波器頁(Oscilloscope)顯示,可以先將各參數下的示波器頁(Oscilloscope)分別以獨立文件保存,然后再將這些文件在同一個分析圖形窗口下依次打開,將各文件中的示波器頁(Oscilloscope)都添加到該窗口中。也可以利用工具欄中的剪切工具,先將當前的示波器頁(Oscilloscope)剪切到粘貼板上暫時保存,然后改變電路參數,建立新的示波器頁(Oscilloscope),顯示新參數下的波形,再利用粘貼工具,將原參數下的示波器頁(Oscilloscope)粘貼回來。利用這兩種方法,都可以建立一個多示波器頁(Oscilloscope)的分析圖形窗口,將多種參數下的波形保存在同一個圖形文件中。  

按動工具欄中的打印工具(Print)  ,在打印設置窗口,按照示波器頁(Oscilloscope)標簽在分析圖形窗口中排列的序號選擇打印頁,按“確定”按鈕,即可打印示波器頁(Oscilloscope)。

按下圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,可將當前打開的圖形頁復制到粘貼板上,進而把它粘貼到電子文檔中,也可以借助于圖形和圖象處理軟件(如Photoshop),把它保存為一個標準的圖形和圖象格式(.tif 、.jpg等)文件,以備它用。


   4. 函數發(fā)生器

函數發(fā)生器可用來產生正弦波、三角波和方波信號,其圖標和面板參見圖1.3.20。占空比參數主要用于三角波和方波波形的調整。幅值參數為信號波形的峰值,可以在右面文本框中直接輸入精確的數值。


   5. 波特圖儀

波特圖儀即通常實驗室使用的掃頻儀,可以用來測量和顯示電路的幅頻特性與相頻特性。波特圖儀的圖標及其面板見圖1.3.21。和實際掃頻儀一樣,波特圖儀有IN和OUT兩個端口,它們的+V和-V端分別接電路入口和出口的正端,而-V端分別接電路入口和出口的負端。和實際掃頻儀不同的是,在EWB中使用波特圖儀時,必須在電路的輸入端接入AC(交流)信號源,但對其信號頻率并無特殊要求,頻率測量的范圍由波特圖儀的參數設置決定。

電路啟動后可以修改波特圖儀的參數設置(如坐標范圍)及其在電路中的測試點,但修改以后需重新啟動電路,以確保曲線顯示的完整與準確。波特圖儀各部分參數的設置見圖1.3.21。


     

垂直坐標(幅值/相位)范圍調節(jié):

坐標類型:

log:對數     lin:線性

F:坐標終點 I:坐標起點   

水平坐標(頻率)范圍調節(jié):

坐標類型:

log:對數     lin:線性

F:坐標終點  I:坐標起點

   

幅頻/相頻特性選擇 

  +V  -V

  接電路

  輸入端   +V  -V

   接電路

   輸出端     

      

   


數據存盤






  游標 游標移動鈕 游標處水平

坐標讀數 游標處垂直

坐標讀數

圖1.3.21 波特圖儀的圖標和面板

打開波特圖儀的面板可以觀測被測電路的幅頻和相頻特性。拖曳游標可讀取曲線各點的數值。如需提高讀數的精度,可以在Analysis/Analysis  Options/Instruments對話框中增加波特圖顯示點數的設置值,如圖1.3.22所示,其默認設置為100,增加這個值的代價是增加運行時間。此外還可以縮短頻率軸的范圍,展開感興趣頻段的顯示曲線,提高讀數的精度。波特圖儀面板參數修改后,建議重新啟動電路,以確保曲線的精確顯示。

按Save按鈕,可以將當前的幅頻和相頻特性波特圖保存到 .bod文件中,這是文本格式文件,可以被任何字處理軟件打開和編輯,也可以在EWB的分析圖形窗口中打開,建立一個波特圖頁(Bode),重現(xiàn)原來的波特圖。

在EWB的分析圖形窗口中也可以顯示波特圖。建立仿真電路并連接好波特圖儀,按I/O開關,對電路仿真,然后,在EWB的工具欄中選擇圖形工具  ,或者選擇Analysis|Display Graphs菜單選項,激活分析圖形窗口,在分析圖形窗口即建立一個波特圖頁(Bode),并顯示波特圖(見圖1.3.23)。和在分析圖形窗口中顯示波形一樣,波特圖也是波特圖儀顯示結果的再現(xiàn)(盡管波特圖儀面板不必打開),所以,顯示結果與波特圖儀的設置有關。

在分析圖形窗口(Analysis Graphs)的工具欄中選擇特性(Properties)工具   ,打開具有多個參數頁的Graph Properties窗口(見圖1.3.16),即可設置波特圖頁(Bode)各項參數,設置方法與示波器頁的設置相同,可參照第16頁示波器的介紹中有關設置波形顯示的各項參數部分。

要在波特圖頁(Bode)中顯示柵格和游標,除利用參數設置外,也可以利用工具欄中的柵格工具(toggle grid) 和游標工具(Toggle Cursors) 。在幅頻或相頻特性區(qū)單擊,然后按動工具欄中的柵格工具和游標工具,即可在該區(qū)域產生柵格和游標,如要去除顯示,可再次單擊相應工具。在顯示游標的同時,出現(xiàn)一個資料窗口,顯示出被選中的曲線(單擊該波形以選中之)在游標處的數據,移動游標即可對其進行測試,隨著游標的移動,在對應的資料窗口中即顯示出該曲線在游標處的數據。

按照保存和打印波形的方法,可以保存和打印波特圖。按下圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,也可將當前的Bode頁復制到粘貼板上,進而把它粘貼到電子文檔中,也可以借助于圖形和圖象處理軟件(如Photoshop),把它保存為一個標準的圖形和圖象格式(.tif 、.jpg等)文件,以備它用。

和波特圖儀相比,在分析圖形窗口中顯示波特圖有很多優(yōu)點,因為分析圖形窗口可以最大化,可以設置各項參數,還具有柵格和游標,所以,顯示曲線更加清晰,測量更加精確,且可以在電子文檔中粘貼,或以標準的圖形和圖象格式(.tif 、.jpg等)文件保存和打印。


   6. 字元發(fā)生器

字元發(fā)生器實際上是一個多路邏輯信號源,它能夠產生16位(路)同步邏輯信號,用于數字邏輯電路的測試。圖標和面板如圖1.3.24 a、b所示。

在字元編輯區(qū),16bit的字信號以4位16進制數編輯和存放。可以存放1024個字元,地址編號為0-3FF(hex)。編輯區(qū)內的顯示內容可以通過滾動條前后移動。使用鼠標器單擊可以定位和插入需編輯的位置,然后輸入16進制數碼,注意:在字元編輯區(qū)輸入必須在純西文方式下進行。也可以在面板下部的二進制字元輸入區(qū)輸入二進制碼,在地址編輯區(qū)可以編輯或顯示與字元地址有關的信息。其中Edit區(qū)顯示當前正在編輯的字元的地址,Current區(qū)顯示當前正在輸出的字元的地址,Initial區(qū)和Final區(qū)分別用于編輯和顯示輸出字元的首地址和未地址。字元發(fā)生器被激活后,字元被按照一定的規(guī)律逐行從底部的輸出端送出,同時在面板的底部對應于各輸出端的16個小圓圈內實時顯示輸出字元各位(bit)的值。

    字元的輸出有STEP(單步)、BURST(單幀)、CYCLE(循環(huán))三種方式。單擊一次STEP按鈕,輸出一個字元,這種方式可用于電路的單步調試。按下BURST按鈕,則從首地址開始至未地址結束,連續(xù)逐個地輸出字元。按下CYCLE按鈕則循環(huán)不斷地進行BURST方式的輸出。BURST和CYCLE情況下的輸出節(jié)奏由輸出頻率的設置決定。選中某地址的字元后,按下Breakpoint按鈕則該地址被設置為中斷點。在BURST輸出方式下,當運行至該地址時輸出暫停。再單擊Pause或按F9鍵則恢復輸出。


  外觸發(fā)輸入

數據準備好輸出端   

   字元地址編輯區(qū) 

16路邏輯信號輸出端   

圖1.3.24 a 字元發(fā)生器圖標

  字元編輯區(qū) 

輸出方式


觸發(fā)方式


頻率調節(jié)


二進制字元輸入區(qū)

清除字元編輯區(qū)


  打開字元文件 


字元文件存盤 

 

    按遞增編碼 


     按遞減編碼 


    按右移編碼     

按左移編碼   

    

  

字元輸出端,實時顯示輸出字元各位的值 

    

    

    

    

    

圖1.3.25  Pattern對話框           圖 1.3.24 b字元發(fā)生器面板 

    當選擇INTERNAL(內部)觸發(fā)方式時,字元的輸出直接由輸出方式按鈕(STEP、

BURST、CYCLE)啟動。當選擇EXTERNAL(外部)觸發(fā)方式時,則需接人外觸發(fā)脈沖信號,并定義“上升沿觸發(fā)”或“下降沿觸發(fā)”,然后單擊輸出方式按鈕,待觸發(fā)脈沖到來時才啟動輸出。此外,在數據準備好輸出端(Data ready)還可以得到與輸出字元同步的時鐘脈沖輸出。

    按下Pattern按鈕彈出圖1.3.25所示的對話框,圖中前三個選項分別為清除、打開、存盤,用于對編輯區(qū)的字元進行相應的操作。字元存盤文件的后綴為“.DP”。后四個選項用于在編輯區(qū)生成按一定規(guī)律排列的字元,例如,若選擇遞增編碼,則按0000-03FF排列;若選擇右移編碼,則按8000,4000,2000…逐步右移一位的規(guī)律排列,其余類推。

   7. 邏輯分析儀

邏輯分析儀可以同步記錄和顯示16路邏輯信號。它可以用于對數字邏輯信號的高速采集和時序分析,是分析與設計復雜數字系統(tǒng)的有力工具。

邏輯分析儀的圖標和面板如圖1.3.26所示,面板左邊的16個小圓圈對應16個輸入端。小圓圈內實時顯示各路輸入邏輯信號的當前值。按從上到下排列依次為最低位至最高位。邏輯信號波形顯示區(qū)以方波形式顯示16路邏輯信號的波形。通過設置輸入導線的顏色可修改相應波形的顯示顏色,波形顯示的時間軸刻度可通過面板下邊的Clocks per  division予以設置。拖曳游標可讀取波形的數據。在面板下部的兩個方框內顯示游標處的時間讀數和邏輯讀數(4位16進制數)。

    拖曳游標可讀取波形數據 

   

 

信號波形顯示區(qū)







  

  

  

 



16路輸入當前值

  

16路輸入信號  

  

  

  

  

  顯示預觸發(fā)波形

外時鐘輸入 時鐘控制輸入 觸發(fā)控制輸入 

   

   復位

    游標處時間讀數  游標處邏

輯讀數  采樣時間設置  時間刻度設置  觸發(fā)模式設置

圖1.3.26 邏輯分析儀的圖標和面板

觸發(fā)方式有多種選擇。單擊Trigger區(qū)的Set按鈕彈出觸發(fā)模式對話框如圖1.3.27所示。

對話框中可以輸入A、B、C三個觸發(fā)字。三個觸發(fā)字的識別方式可通過Trigger  combination進行選擇,分為如下八種組合情況:

A or B

A or B or C

A then B

(A or B)then C

A then(B or C)

A then B then C

A then B(or C)

觸發(fā)字的某一位設置為X時表示該位為“任意”(0、1均可)。三個觸發(fā)字的默認設置均為xxxxxxxxxxxxxxxx,表示只要第一個輸入邏輯信號到達,無論是什么邏輯值,邏輯分析儀均被觸發(fā)開始波形的采集,否則必須滿足觸發(fā)字的組合條件才被觸發(fā)。此外,Trigger  qualifier(觸發(fā)限定字)對觸發(fā)有控制作用,若該位設為X,觸發(fā)控制不起作用,觸發(fā)完全由觸發(fā)字決定;若該位設置為l(或0),則僅當觸發(fā)控制輸入信號為1(或0)時,觸發(fā)字才起作用;否則即使觸發(fā)字組合條件滿足也不能引起觸發(fā)。

通過Analysis|Analysis Options|Instruments中關于觸發(fā)的選項,可以設置觸發(fā)前和觸發(fā)后數據采集的點數以及觸發(fā)門限值,如圖1.3.28所示。觸發(fā)發(fā)生后,邏輯分析儀按照設置的點數顯示觸發(fā)前波形和觸發(fā)后波形,并標出觸發(fā)的起始點。在觸發(fā)前,單擊Stop按鈕可顯示觸發(fā)前波形。任何時候單擊Reset按鈕,邏輯分析儀就會復位,顯示的波形清除。

      單擊面板下部Clock區(qū)的Set按鈕彈出如圖1.3.29的對話框,該對話框用于設置波形采集的控制時鐘,可以選擇內時鐘或者外時鐘;上跳沿有效或下跳沿有效。如果選擇內時鐘,還可以設置其頻率。此外,Clock qualifier(時鐘限定)的設置決定時鐘控制輸入對時鐘的控制方式,若該位設置為1,表示時鐘控制輸入為1時開放時鐘,邏輯分析儀可以進行波形采集;若該位設置為0,表示時鐘控制輸入為0時開放時鐘;若該位設置為X,表示時鐘總是開放,不受時鐘控制輸入的限制。 該對話框也可設置觸發(fā)前點數、觸發(fā)后點數以及觸發(fā)電平。

   8. 邏輯轉換儀

邏輯轉換儀是EWB特有的儀表,實際工作中不存在與之對應的設備。邏輯轉換儀能夠完成真值表、邏輯表達式和邏輯電路三者之間的相互轉換,這一功能給數字邏輯電路的設計與仿真帶來了很大的方便。圖1.3.30是其圖標和面板。

由電路導出真值表的方法與步驟是:首先畫出邏輯電路圖,并將其輸入端連接至邏輯轉換儀的輸入端,輸出端連接至邏輯轉換儀的輸出端,按下“電路→真值表”按鈕,在真值表區(qū)即出現(xiàn)該電路的真值表。

    由真值表也可以導出邏輯表達式。首先根據輸入信號的個數用鼠標器單擊邏輯轉換儀面板頂部代表輸入端的小圓圈,選定輸入信號(由A至H)。此時真值表區(qū)自動出現(xiàn)輸入信號的所有組合,而輸出列的初始值則全部為零。可以根據所需要的邏輯關系修改真值表的輸出值。然后按下“真值表→表達式”按鈕,在面板的底部邏輯表達式欄出現(xiàn)相應的邏輯表達式。如果要簡化該表達式或直接由真值表得到簡化的邏輯表達式,按下“真值表→簡化表達式”即可。表達式中“’”表示邏輯變量的“非”。

   輸入端  真值表區(qū)  轉換方式選擇 八個輸入端  輸出端

         

   

   

電路→真值表

真值表→表達式

真值表→簡化表達式表達式→真值表

表達式→電路

表達式→與費電路

邏輯表達式欄

   

   

   

   

   

   

圖1.3.30 邏輯轉換儀的圖標和面板

    可以直接在邏輯表達式欄輸入表達式(“與一或”式及“或一與”式均可),然后按下“表達式→真值表”按鈕,得到相應的真值表;按下“表達式→電路”按鈕得到相應的邏輯電路圖;按下“表達式→與非電路”按鈕得到由與非門構成的電路。


   1.3.3電路的運行與測試

    下面,以圖1.3.31 所示的微分電路為例,說明電路的運行和測試方法。

1. 按§1.3的操作方法連接好電路,設置好元件的參數;

2. 雙擊函數發(fā)生器的圖標以打開其面板,設置函數發(fā)生器的參數:

波形:矩形波  頻率:1KHz 占空比:50% ,即為方波  幅值:10V

3. 雙擊示波器的圖標以打開其面板,設置示波器的參數:

時基:10ms/div  Y軸衰減:10V/div

分別雙擊示波器A和B通道的連線,打開連線特性對話框,設置連線的顏色,則波形即以此顏色顯示;

4. 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使電路運行;

5. 調節(jié)示波器的觸發(fā)電平(Level),使示波器的屏幕上顯示穩(wěn)定的波形,調節(jié)A和B通道的Y軸位移(Y Position),移動波形以便于觀察;

6. 點按Expand 按鈕,將面板進一步展開,拖曳游標到適當位置,讀取波形參數,如尖脈沖的幅值,電路的時間常數。也可以轉到圖形窗口觀察和測量波形。

   1.3.4實驗結果的輸出

     實驗結果的輸出有多種方法,可以存儲為一個文件,也可以打印輸出。

1.電路的保存

存儲電路文件的方法與Windows其它軟件保存文件的方法相同:選擇File | Save 菜單命令,或者按“保存”按鈕 ,在打開的Save窗口中指定保存文件的路徑和文件名,系統(tǒng)會自動賦予.ewb擴展名,即可將建立的電路連同描述窗口一起保存在文件中。以備以后在EWB下重新打開。

2.電路圖的保存

在EWB窗口,選擇Edit/Copy as Bitmap菜單命令,此時鼠標器指針成為十字形,將該十字指針移動到電路工作區(qū),按下鼠標左鍵然后拖曳形成一個矩形,再釋放鼠標按鍵,這時包圍在該矩矩形區(qū)域內的圖形即被輸出至剪貼板,然后,可將其作為一個對象粘貼到電子文檔(如Word文檔)中保存,也可以粘貼到圖形和圖象編輯軟件(如Photoshop)的新建文件中,以標準的圖形和圖象格式(.tif 、.jpg等)保存,以備它用。

3.波形、曲線的保存和打印

在波特圖儀的面板上和示波器的擴展面板上有一個Save按鈕,可以將波特圖儀上的幅頻、相頻特性曲線和示波器上顯示的波形以文本格式文件保存,擴展名分別為.bod和.scp。

按EWB工具欄上的圖形工具 ,或者選擇Analysis|Display Graphs菜單選項,即可激活EWB的分析圖形窗口(Analysis Graphs),在窗口中將新建一個示波器頁(Oscilloscope)或波特圖頁(Bode),并在其中再現(xiàn)示波器上的波形,或者掃頻儀上的幅頻和相頻特性曲線。

在圖形窗口下選擇工具欄中的保存工具 ,可以將圖形窗口下的各圖形頁,如示波器頁(Oscilloscope)、波特圖頁(Bode)、交流頻率分析頁(AC Analysis)、暫態(tài)分析頁(Transient)等保存為一個.gra文件,該文件為圖形文件,一般尺寸較大,但不是標準的圖形格式文件,只能在EWB的分析圖形窗口下打開。

按下圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,可將當前打開的圖形頁復制到Windows的粘貼板上,然后,可將其作為一個對象粘貼到電子文檔(如Word文檔)中保存,也可以粘貼到圖形和圖象編輯軟件(如Photoshop)的新建文件中,以標準的圖形和圖象格式(.tif 、.jpg等)保存,以備它用。

打印輸出實驗結果可以選擇File/Print(文件/打?。┟睿瑥棾鰣D1.3.32打印選項對話框,其中包含了多項打印選項,在Circuit一組中有Schematic(電路圖)、Description  (電路描述)、Parts list(器件列表)、Model List(模型列表)、Sub Circuit(子電路),在Instruments一組中有Multimeter(萬用表)、Oscilloscope(示波器)、XY Plot(曲線)等,可根據需要選擇。


   1.3.5 EWB的分析功能

    EWB提供多種分析功能:直流工作點分析、交流頻率分析、暫態(tài)分析、傅立葉分析、噪聲分析、失真分析、參數掃描分析、溫度掃描分析、極點—零點分析、傳遞函數分析、靈敏度分析、最壞情況分析、蒙特卡洛分析等。在此僅對幾種基本的分析(直流、暫態(tài)及交流頻率分析等)作概括介紹,其中包括每種分析的作用、分析如何建立、對話框項目的設定及如何測試分析結果等。

    1.直流工作點分析(DC Operating Point Analysis)

直流工作點分析的目的是確定電路的工作點。在進行直流工作點分析時,電路中的交流源將被置零,電容開路,電感短路,然后計算靜態(tài)工作點。直流分析是對電路進行進一步分析的基礎,其結果通常可用于更進一步的分析。例如在對晶體二極管和三極管進行交流分析時,首先需要了解它的直流工作點。

在進行直流工作點分析時,電路中的數字器件將被視為高阻接地。

  1). 直流工作點分析步驟:

(1).在電子工作臺上創(chuàng)建需進行分析的電路圖。

(2). 選擇Circuit(電路)| Schematic Options(電路圖選項)命令,在Schematic Options | Show / Hide會話框中選擇Show Nodes (顯示節(jié)點),把電路的節(jié)點標志顯示在電路圖上,以便于選取。

(3)選擇Analysis(分析)| DC Operating Point( 直流工作點 )菜單命令。

  2). 測試結果

靜態(tài)工作點分析完成后,EWB會在分析圖形窗口建立一個直流偏置(DC Bias)頁,把電路中所有節(jié)點的電壓數值和電源支路的電流數值列表顯示。

    2.交流頻率分析(AC  Frequency  Analysis)

所謂交流頻率分析,即分析電路的頻率特性。在交流頻率分析中,電路中的直流源將自動置零,交流信號源、電容、電感等均處在交流模式,輸入信號設定為正弦波。所有的非線性元件都用它們的線性小信號模型代替,這些模型是由靜態(tài)工作點得到的。交流分析主要分析輸出與輸入關系相對于頻率變化的響應。

  1). 交流頻率分析步驟:

(1). 在電子工作臺上創(chuàng)建需進行分析的電路圖,選擇Analysis(分析) | AC Frequency(交流頻率)菜單命令。

(2).在彈出的AC Frequency Analysis 對話框(圖1.3.33)中,參照表1.3.1,設置分析的起始頻率(Start Frequency)、終點頻率(End Frequency)、掃描形式(Sweep type)、顯示點數(Number Points)和縱向尺度(Vertical scale),將需要分析的電路節(jié)點增加(Add>)到Nodes for analysis框中。


表1.3.1

項目 說明及缺省值

起始頻率(Start Frequency) 1Hz

終點頻率(End Frequency) 1GHz

掃描形式(Sweep type) 十進制/線形/倍頻程  缺省值:十進制

顯示點數(Number Points) 100

縱向尺度(Vertical scale) 線形/對數/分貝   缺省值:對數

需要分析的節(jié)點(Nodes for Analysis) 編號(Reference ID)節(jié)點

  (3). 確定要分析的節(jié)點。將需要分析的電路節(jié)點增加(Add>)到Nodes for analysis框中。需事先選擇Circuit|Schematic Options菜單命令,在打開的Schematic Options會話窗口中選擇Show/hide頁,選中其中的Show nodes復選框,以顯示電路的節(jié)點。

 (4). 按Simulate按鈕以啟動仿真。

 2). 分析結果

交流頻率分析的結果,可在隨即打開的分析圖形窗口中建立交流頻率分析(AC Analysis)頁(圖 1.3.34),顯示被分析節(jié)點的幅頻和相頻特性曲線。

將圖形窗口最大化,在幅頻或相頻特性區(qū)單擊,然后按動工具欄中的柵格工具按鈕(toggle grid)  和游標工具按鈕(Toggle Cursors) ,即可在該區(qū)域產生柵格和游標,同時出現(xiàn)一個資料窗口,顯示出相應曲線在游標處的數據。如要去除柵格和游標,可再次單擊柵格工具按鈕和游標工具按鈕。也可以通過交流頻率分析(AC Analysis)頁的參數設置,顯示柵格和游標。

交流頻率分析頁參數的設置與示波器、波特圖儀相同,可參照第16頁示波器的介紹中有關設置波形顯示的各項參數部分。如果用波特圖儀連至電路的輸入端和被測節(jié)點,同樣也可以獲得交流頻率特性,詳見1.3.2節(jié)有關波特圖儀的內容。

單擊某條曲線以選中該曲線,即可移動游標對其進行測試,隨著游標的移動,在對應的資料窗口中即顯示出該曲線在游標處的數據。

按照節(jié)1.3.4介紹的方法,可以以多種方式保存和打印幅頻和相頻特性曲線。

    在對模擬電路進行小信號交流頻率分析的時候,數字器件將被視為高阻接地。

    3.暫態(tài)分析(Transient Analysis)

    暫態(tài)分析又稱為時域暫態(tài)分析,即求取所選定的電路節(jié)點的時域響應,分析結果,顯示該節(jié)點在整個顯示周期中的電壓波形。EWB計算電路對時間的響應,是將每一輸入周期分割為無數的時間間隔,而在周期中的每個時間點執(zhí)行一直流分析,因此,每一個節(jié)點的電壓由一個完整周期中的各個時間點的電壓來決定。在進行暫態(tài)分析時,直流電源保持常數,交流信號源隨著時間而改變,電容和電感由能量儲存模型來描述,利用數值積分方法來計算在每一個時間間隔中能量的轉換量。

  1). 暫態(tài)分析步驟

(1). 在電子工作臺上創(chuàng)建需進行分析的電路圖,然后,選擇Analysis | Transient(暫態(tài)分析)菜單命令,彈出Transient Analysis對話窗口如圖1.3.35所示。

(2). 在Transient Analysis會話窗口,參照表1.3.2,設置各項參數。在Initial condition(初始條件)部分,如果選擇Calculate DC Operate point(計算靜態(tài)工作點),則EWB先計算電路的靜態(tài)工作點,并以直流分析的結果作為暫態(tài)分析的初值條件;如果選擇Set to zero(設為零),則暫態(tài)分析以零作為初值條件;如果選擇User defined(使用者定義),則分析將從使用者所定義的初始狀態(tài)起始。

             表 1.3.2 暫態(tài)分析參數設置對話框

項目 含義和設置要求

Set to zero(設為零) 從零初始狀態(tài)開始分析。缺省設置:不選。

User-defined(用戶定義) 從用戶定義的初始狀態(tài)起始進行分析。缺省設置:不選。

Calculate DC operating point

(計算靜態(tài)工作點) 由直流工作點分析結果作為初始條件進行分析。缺省設置:選用。

Start time(起始時間) 進分析的起始時間。必須大于或等于零且小于終止時間。缺省值:0秒。

End time(終止時間) 進行分析的終止時間。必須大于起始時間。缺省值:0.001秒。

Generate time steps automatically

(自動產生步進時間) 自動選擇一個較為合理的或最大的時間步長。缺省設置:選用。

Minimum number of time points

(最少時間點數) 仿真輸出的圖上,從起始時間到終點時間的點數。缺省值:100點。

Maximum time step(最大步進時間) 仿真時能達到的最大時間步長。缺省值:1e-05秒。

Plotting  increment(繪圖增量) 仿真輸出圖的時間間隔,缺省值:1e-05秒。

Nodes for analysis(分析的節(jié)點) 被分析的節(jié)點。

(3). 確定要分析的節(jié)點。將需要分析的電路節(jié)點增加(Add>)到Nodes for analysis框中。需事先選擇Circuit|Schematic Options菜單命令,在打開的Schematic Options會話窗口中選擇Show/hide頁,選中其中的Show nodes復選框,以顯示電路的節(jié)點。

(4). 按Simulate按鈕以啟動仿真,即可在隨即打開的分析圖形窗口中顯示被分析節(jié)點的電壓波形。按“ESC”鍵,將停止仿真的運行。

  2). 分析結果

暫態(tài)分析(Transient Analysis)的結果,可在隨即打開的分析圖形窗口中建立暫態(tài)分析(Transient)頁(圖 1.3.36),顯示被分析節(jié)點的電壓波形,與示波器頁基本相同。

暫態(tài)分析(Transient)頁參數的設置與示波器頁相同,可參照第16頁示波器的介紹中有關設置波形顯示的各項參數部分。

可以通過選擇工具按鈕或參數設置在暫態(tài)分析(Transient)頁中顯示柵格和游標,單擊某條曲線以選中該曲線,即可移動游標對其進行測試,隨著游標的移動,在對應的資料窗口中即顯示出該曲線在游標處的數據。

按照節(jié)1.3.4實驗結果的輸出中介紹的方法,可以以多種方式保存和打印暫態(tài)分析(Transient)頁的方法。

也可以把示波器連至需觀察的節(jié)點上,按O/I開關啟動仿真,可得到相同的結果。


    4.各分析頁的圖形窗口

分析圖形窗口是一多用途的顯示工具,它可用來檢測、調整及存儲曲線和資料對照圖表。EWB的每一種分析功能如交流頻率分析(AC  Frequency  Analysis),暫態(tài)分析(Transient Analysis)等(詳見1.2.1小節(jié)EWB的Analysis菜單),都會在分析圖形窗口中建立一個相應的圖形頁,將分析結果以曲線或圖表形式顯示。在分析圖形窗口還可以顯示波形和波特圖。用示波器觀察波形時保存的ASCII碼格式的.scp文件、用波特圖儀觀察波特圖時保存的ASCII碼格式的.bod文件,也可以在分析圖形窗口下打開,重建示波器頁(Oscilloscope)和波特圖頁(Bode),再現(xiàn)原來的波形和波特圖。注意,每打開一個.scp、.bod、.gra文件,即將該文件中包含的所有圖形頁都添加到分析圖形窗口中,有時可能造成圖形頁非常多,重新保存時文件非常大。

單擊分析圖形窗口上方的頁標簽按鈕可以選擇要觀察的圖形頁。

在分析圖形窗口(Analysis Graphs)的工具欄中選擇特性(Properties)工具   ,可打開具有多個參數頁的Graph Properties窗口(見圖1.3.16),即可設置圖形頁的各項參數。各圖形頁參數的設置方法基本相同,可參照第16頁示波器的介紹中有關設置波形顯示的各項參數部分。

為了幫助分析曲線圖資料,可使用柵格及游標等來增加曲線圖的資料分析能力。單擊曲線圖內的任一點,以選中曲線圖,然后按工具欄中的柵格工具按鈕(toggle grid) ,和游標工具按鈕(Toggle Cursors) ,即可在選中的曲線圖區(qū)域產生柵格和游標,也可以通過上面的圖形參數窗口(Graph Properties)設置實現(xiàn)。在顯示游標的同時,出現(xiàn)一個資料窗口,顯示出被選中的曲線(單擊該曲線以選中之)在游標處的數據,移動游標即可對其進行測試,隨著游標的移動,在對應的資料窗口中即顯示出該曲線在游標處的數據。

如要去除柵格和游標,可再次單擊柵格工具按鈕和游標工具按鈕。

在圖形窗口下選擇工具欄中的保存工具(Save as) ,可將分析圖形窗口(Analysis Graphs)下的全部資料(包括所有圖形頁)以.gra文件保存,該文件屬非標準格式的圖形文件,會占用較多的磁盤空間,為了盡量減小文件的大小,在保存前,應利用工具欄中的剪切工具 ,將不需要的圖形頁剪切掉(先選擇該頁,再點按剪切工具)。

上述.gra文件可以在分析圖形窗口(Analysis Graphs)下重新打開,重現(xiàn)原來的圖形頁。

按下圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,可將當前打開的圖形頁復制到粘貼板上,然后,可將其作為一個對象粘貼到電子文檔(如Word文檔)中保存,也可以粘貼到圖形和圖象編輯軟件(如Photoshop)的新建文件中,以標準的圖形和圖象格式(.tif 、.jpg等)保存,以備它用。

按工具欄中的打印工具(Print) ,會打開‘打印’設置窗口,按照頁標簽排列的序號選擇‘打印范圍’ 或打印頁,按“確定”按鈕,即可將選中的圖形頁在打印機上打印出來。

第二部分 EWB基本實驗

一、電路分析實驗

實驗一 電阻電路及基本電路理論研究

一. 實驗目的

  1. 了解EWB的基本界面,學習EWB的基本操作;

  2. 學習基本元件的使用、模擬電路的建立和仿真測試。

二. 實驗電路說明

    圖 2.1.1 a、b、c電路用來驗證疊加原理。圖 a 為二獨立源共同作用的電路,圖b、c分別為二獨立源單獨作用的電路。分別測量二獨立源共同作用時的各支路電流,及二獨立源分別單獨作用時各支路電流的分量,用來驗證疊加原理。

    圖 2.1.2 a、b為驗證電壓源與電流源等效互換的電路。圖a、圖b分別用來測試電壓源和電流源的外特性,電位器用作負載,0%為短路,鍵控開關斷開時負載為∞,即開路。若二電路外特性相同,則驗證了電壓源與電流源之間等效互換的關系。


三. 實驗內容及方法

  1. 驗證疊加原理

1). 啟動EWB。

  2). 按圖2.1.1 (a)、(b)、(c) 所示同時建立三個實驗電路。

   建立本電路用到的元件圖標如下:


            

基本元件箱 電源箱 指示器件箱 電阻 電池 接地 電流表


(1).分別單擊元件工具欄中的基本元件箱、電源箱和指示器件箱圖標,以便同時打開三個工具欄,選?。ㄍ弦罚└髟岭娐吩O計窗口,按圖2.1.1中的要求旋轉某些元件的方向,并按圖中位置擺放,分別雙擊每一個元件,按圖2.1.1要求設置元件的參數。

電流表、電壓表

模式((Value / Mode ):DC

(2).設置電路圖的顯示內容:

選擇Circuit | Schematic Options 菜單命令,在Show / Hide對話框,選中Show Reference ID和Show Value 兩項,以便顯示元件的編號和參數值。

(3).按圖2.1.1所示連線,調整連線,使其比較整齊。

3). 運行并測試電路

(1). 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機對電路進行仿真。

(2). 讀取各電流表的示值并記錄在電路描述窗口。

4). 保存電路

    選擇File | Save 菜單命令,在打開的Save窗口中指定保存文件的路徑和文件名,將建立的電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到事先打開的字處理軟件(如word或寫字板)的新文檔中,再將電路描述窗口中的測試數據也復制到文檔中,然后,建立新的電路文件。

  2. 驗證電壓源與電流源的等效互換

1). 按圖2.1.2 (a)、(b)所示同時建立兩個實驗電路。

   建立本電路用到的元件圖標如下:


                    

基本元件箱 電源箱 指示器件箱 電阻 電池 恒流源 電位器 電流表 電壓表 轉換開關 接地

(1).分別單擊元件工具欄中的基本元件箱、電源箱和指示器件箱圖標,以便同時打開三個工具欄,選取(拖曳)各元件至電路設計窗口,按圖2.1.2中的要求旋轉某些元件的方向,并按圖中位置擺放,分別雙擊每一個元件,按圖2.1.2要求設置元件的參數。

電位器(可調電阻)

阻值 (Value / Resistance ):1KΩ

初始設置(Value /Setting): 50%

增量(Value /Increment): 5%

增量控制鍵(Value /Key): 可取缺省R,也可任意設定。

電壓表、電流表

模式((Value / Mode ):DC

開關

   控制鍵(Value /Key): 缺省為空格鍵(space),也可任意設定。

(2).設置電路圖的顯示內容:

選擇Circuit | Schematic Options 菜單命令,在Show / Hide對話框,選中Show Reference ID和Show Value 兩項,以便顯示元件的編號和參數值。

(3).按圖2.1.1所示連線,調整連線,使其比較整齊。

2). 運行并測試電路

(1). 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機對電路進行仿真。

(2). 測試電路 (a) 的外特性

按動轉換開關S1的控制鍵,接通電路的負載RL。

    按動電位器RL的控制鍵或者Shift+控制鍵,使RL阻值每次減小或增大5%,在0%-100%之間調節(jié)RL,分別讀取電壓表和電流表的讀數。按動轉換開關S1的控制鍵,斷開電路負載RL,測量電路的開路電壓,在電路描述窗口以列表形式記錄各測量數據。

(3). 以US1/R1的值設置電路(b)中的電流源IS1,以相同的方法和步驟測試電路 (b) 的外特性,以列表形式記錄各測量數據。在電路描述窗口以列表形式記錄各測量數據。

3). 保存電路

選擇File | Save菜單命令,將建立的電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中,再將電路描述窗口中的測試數據也復制到文檔中,保存文檔。

5). 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機停止電路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,關閉計算機系統(tǒng)。

四. 實驗報告要求:

1. 列表比較實驗步驟1的測試數據,驗證疊加原理。

2. 列表比較實驗步驟2的測試數據驗,分別作出電壓源和電流源的外特性曲線,驗證它們之間的等效互換關系。由數據生成曲線的方法請參照附錄2 :在電子文檔中由數據生成曲線的方法。





實驗二 等效電源定理

一. 實驗目的

  1. 了解EWB的基本界面,學習EWB的基本操作;

  2. 學習基本元件的使用、模擬電路的建立和仿真測試。

  3. 驗證代文寧定理和諾頓定理。

二. 實驗電路

如圖2.2.1 (a)、(b)、(c) 所示。

         (a)

         (b)

(c)

圖 2.2.1

三. 實驗步驟:

  1.啟動EWB。

  2.按圖2.2.1 (a)、(b)、(c) 所示同時建立三個實驗電路

  建立本電路用到的元件圖標如下:


        

          

基本元件箱 電源箱 指示器件箱 電阻 電位器 電池 恒流源 轉換開關 接地 電壓表 電流表


1).分別單擊元件工具欄中的基本元件箱、電源箱和指示器件箱圖標,以便同時打開三個工具欄,選?。ㄍ弦罚└髟岭娐吩O計窗口,按圖2.2.1中的要求旋轉某些元件的方向,并按圖中位置擺放,分別雙擊每一個元件,按圖2.2.1要求設置元件的參數。

電位器(可調電阻)

阻值 (Value / Resistance ):1KΩ

初始設置(Value /Setting): 50%

增量(Value /Increment): 5%

增量控制鍵(Value /Key): 可取缺省R,也可任意設定。

電壓表、電流表

模式((Value / Mode ):DC

開關

   控制鍵(Value /Key): 缺省為空格鍵(space),也可任意設定。

2).設置電路圖的顯示內容:

選擇Circuit | Schematic Options 菜單命令,在Show / Hide對話框,選中Show Reference ID和Show Value 兩項,以便顯示元件的編號和參數值。

3).按圖2.2.1所示連線,調整連線,使其比較整齊。

  3. 運行并測試電路

1). 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機對電路進行仿真。

2). 測試電路 (a) 的外特性

按動轉換開關的控制鍵,接通電路的負載。

    按動電位器的控制鍵或者Shift+控制鍵,則電路負載阻值每次減小或增大5%,使電路負載阻值在0%-100%之間改變,分別讀取電壓表和電流表的讀數,按動轉換開關的控制鍵,斷開電路負載,測量電路的開路電壓,在電路描述窗口以列表形式記錄各測量數據。以測試結果中的開路電壓和短路電流計算電路的入端電阻。

3). 以電路(a)的入端電阻設置電路 (b) 中電阻R4的阻值,以電路(a)的開路電壓設置電路 (b) 中電壓源US2的電壓。

按步驟2) 的方法測試電路 (b) 的外特性,在電路描述窗口以列表形式記錄各測量數據。

4). 以電路(a)的入端電阻設置電路 (c) 中電阻R5的阻值,以電路(a)的短路電流設置電路 (c) 中電流源IS1的電流。

按步驟2) 的方法測試電路 (c) 的外特性,在電路描述窗口以列表形式記錄各測量數據。

4. 保存電路

選擇File | Save  菜單命令,在打開的Save窗口中指定保存文件的路徑和文件名,將建立的電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到事先打開的字處理軟件(如word或寫字板)的新文檔中,再將電路描述窗口中的測試數據也復制到文檔中,保存文檔。

5. 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機停止電路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,關閉計算機系統(tǒng)。

四. 實驗報告要求:

1. 列表比較各實驗步驟1的測試數據。

2. 根據測試數據,繪制電路(a)、(b)、(c) 的外特性曲線,由數據生成曲線的方法請參照附錄2 :在電子文檔中由數據生成曲線的方法。比較各曲線,驗證代文寧定理和諾頓定理。


實驗三 電路的暫態(tài)過程

一. 實驗目的:

1.學習利用EWB對電路進行暫態(tài)分析的基本方法;

2.學習示波器的使用以及用示波測量法測量電路的時間常數;

3.了解一階RC電路的暫態(tài)過程。

二. 實驗電路:

    圖2.3.1 (a) 為微分電路,(b) 為積分電路,用方波信號源作為電路的激勵,以便用示波器觀察連續(xù)的波形。鍵控電位器R2、R4用熱鍵(默認為R)控制其電阻值,以改變電路的時間常數。示波器用來同時觀測電路的輸入(A通道)和輸出(B通道)波形。

圖 2.3.1(a)                               圖 2.3.1(b)

三. 實驗步驟:

啟動EWB。

    建立本實驗兩個電路用到的元件圖標如下:


                   

基本元件箱 電源箱 儀器箱 電容 電阻 電位器 轉換開關 接地 函數發(fā)生器 示波器

  1. 建立實驗電路

1).分別單擊元件工具欄中的基本元件箱圖標和電源箱圖標,以便打開基本元件工具欄和電源元件工具欄,選?。ㄍ弦罚└髟岭娐吩O計窗口,按圖2.3.1中的要求旋轉某些元件的方向,并按圖中位置擺放,分別雙擊每一個元件,按圖2.3.1要求設置元件的參數。

電位器(可調電阻)

阻值 (Value / Resistance ):4.7KΩ

初始設置(Value /Setting): 50%

增量(Value /Increment): 5%

增量控制鍵(Value /Key): 可取缺省R,也可任意設定。

函數發(fā)生器:

  波形:矩形波

  頻率(Frequency):1KHz

  占空比(Duty cycle):50%

  電壓幅值(Amplitude ):5V,可直接在文本框中輸入。

示波器:

時基(Time Base):先設定為0.2ms/div,實驗中再進行調節(jié)。

觸發(fā)選擇:Auto

Y衰減:先設定為2V/div,實驗中再進行調節(jié)。

2).設置電路圖的顯示內容:

選擇Circuit | Schematic Options 菜單命令,在Show / Hide對話框,選中Show Reference ID、Show Value和Show nodes,顯示元件編號、參數和電路的節(jié)點。

3).單擊元件工具欄中的儀器箱圖標,打開儀器工具欄,選取(拖曳)示波器至電路設計窗口,并按圖中位置擺放,雙擊示波器圖標以打開其面板,將其移動到合適的位置,設置時基為0.10ms/div ,Y衰減為2V/div 。

4).按圖2.3.1(a)所示連線,調整連線,使其比較整齊。分別雙擊示波器A、B通道的連線,打開連線特性對話框,設置連線的顏色,則波形即以此顏色顯示。

5). 電路的保存

選擇File | Save菜單命令,將建立的電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到事先打開的字處理軟件(如word或寫字板)的新文檔中。

  2. 運行并測試電路

1). 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機對電路進行仿真。

2). 雙擊示波器圖標以打開示波器面板,適當調節(jié)示波器的時基(Time Base)和A、B通道的Y衰減(V/div)及位移(Y Position),使波形便于觀測。

3). 按電位器的控制鍵或Shift+控制鍵,每次將阻值減小或增大5%,觀察波形的變化。在50%時,參照13頁“示波器的調整”方法調節(jié)示波器以顯示穩(wěn)定的波形;按工具欄中的圖形工具 ,打開分析圖形窗口,在其中的示波器頁(Oscilloscope)再現(xiàn)示波器上的波形;參照16-19頁的方法設置示波器頁波形顯示的各項參數;拖曳游標到適當位置,測量波形的幅值和電路的時間常數;按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將示波器頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。用同樣的方法,將0%和100%時的波形也粘貼到字處理軟件的文檔中。使電位器恢復為初始(50%)狀態(tài)。

  3.用EWB的暫態(tài)分析功能分析電路

(1).在EWB窗口選擇Analysis | Transient(暫態(tài)分析)菜單命令,彈出Transient Analysis對話窗口(圖2.3.2),照圖2.3.2設置各項參數。

確定要分析的節(jié)點。將需要分析的電路節(jié)點增加(Add>)到Nodes for analysis框中。

(2).按Simulate按鈕以啟動仿真,即可在隨即打開的分析圖形窗口(Analysis Graphs)中建立暫態(tài)分析頁(Transient),顯示被分析節(jié)點的電壓波形。按“ESC”鍵,將停止仿真的運行。

(3).在分析圖形窗口(Analysis Graphs)的工具欄中選擇特性(Properties)工具   ,打開具有多個參數頁的Graph Properties窗口(見圖1.3.16),設置暫態(tài)分析頁(Transient)的各項參數,設置方法可參照16-18頁示波器的介紹中 “設置波形顯示的各項參數”部分。

(4).可以通過選擇工具按鈕或參數設置在暫態(tài)分析(Transient)頁中顯示柵格和游標,單擊某條曲線以選中該曲線,即可移動游標對其進行測試,隨著游標的移動,在對應的資料窗口中即顯示出該曲線在游標處的數據。

(5).按下圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將暫態(tài)分析頁(Transient)復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。按電位器的控制鍵,增大或減小其阻值,在0%和100%各進行一次分析,用同樣的方法設置暫態(tài)分析頁(Transient)的各項參數,并將其粘貼到字處理軟件的文檔中。保存文檔。

  按圖2.3.1 (b)所示建立實驗電路。重復上面的步驟,分析圖2.3.1 (b)所示電路。

  點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機停止電路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,關閉計算機系統(tǒng)。

四. 實驗報告要點

畫出所觀察到的波形,求電路的時間常數。





實驗四 電路的正弦穩(wěn)態(tài)分析

一. 實驗目的

1. 學習利用EWB進行正弦穩(wěn)態(tài)分析的方法;

2. 了解正弦穩(wěn)態(tài)電路中電壓、電流間的關系;

3. 了解正弦穩(wěn)態(tài)電路諧振時的特點。

二. 實驗電路及說明:

    實驗電路如圖2.4.1所示。其中,R、L、C三元件構成串聯(lián)電路,10V 11.1KHz正弦電壓源作為電路的激勵,交流電流表用來測量電路的電流有效值,三個交流電壓表分別用來測量三元件上的電壓有效值。電感元件為可調電感,電感量為80mH,可用設定的控制鍵在0%-100%之間改變。

三. 實驗步驟:

  1. 啟動EWB。

  2. 按圖2.4.1 所示建立實驗電路。

建立本電路用到的元件圖標如下:

      

          

電源箱 指示器件 基本元件箱 電阻 電容 可調電感 正弦電壓源 電流表 電壓表 接地

    分別單擊元件工具欄中的基本元件、指示器件和電源箱圖標,以便打開相應的工具欄,選?。ㄍ弦罚└髟岭娐吩O計窗口,按圖2.4.1中的要求旋轉某些元件的方向,并按圖中位置擺放,分別雙擊每一個元件,按圖2.4.1要求設置元件的參數。

可調電感

電感量(Value / Inductance):80Mh

初始設置(Value /Setting): 50%

增量(Value /Increment): 5%

增量控制鍵(Value /Key): 可取缺省L,也可任意設定。

函數發(fā)生器(正弦電壓源)

   波形:正弦

   頻率(Frequency):11.1KHz

   占空比(Duty cycle):50%

   電壓幅值(Amplitude ):14.142V(有效值10V)

電壓表、電流表

模式((Value / Mode ):AC

  3. 對電路進行仿真測試

1). 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機對電路進行仿真。

2). 按動可調電感的控制鍵,改變電感量,注意觀察電流表示值的變化,找到為最大值的點,然后,使電感在25%-100%之間改變,在電流表為最大值的點要增加取點密度(每次可變化1%),而遠離的點可拉大距離(每次可變化5%-10%),在每一點,分別讀取各電流表及電壓表的示值,在電路描述窗口列表記錄測量結果。

3). 電感調節(jié)為初始狀態(tài)(50%),在7KHZ-17KHZ之間改變函數發(fā)生器產生的正弦電壓的頻率(可直接在頻率文本框中輸入),測量每一點處各電流表及電壓表的示值,列表記錄在電路描述窗口。取點原則和方法與步驟2). 同。

  4.電路的保存

選擇File | Save  菜單命令,將建立的電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到事先打開的字處理軟件(如word或寫字板)的新文檔中,再將電路描述窗口中的測試數據也復制到文檔中,保存文檔。

  5. 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機停止電路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,關閉計算機系統(tǒng)。

四. 報告要求:

1.根據兩組測量數據,分別驗證總電壓有效值與各部分電壓有效值之間的關系、計算各點電路阻抗的模|Z|及阻抗角φ,列成表格。分別說明電路性質隨電感量L及電源頻率的變化規(guī)律。解釋在電流最大點出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象(如電感和電容電壓相等且遠遠大于電源總電壓等)。

2.根據兩組測量數據,分別畫出電流、電阻電壓、電容電壓和電感電壓隨電感量L和電源頻率變化的曲線。由數據生成曲線的方法請參照附錄2 :在電子文檔中由數據生成曲線的方法。


實驗五 功率因數的提高

一.實驗目的

1.研究提高感性負載功率因數的方法及意義

2.了解EWB的基本界面,學習EWB的基本操作。

二.實驗內容及步驟

1.啟動EWB。

2.按照圖2.5.1聯(lián)接實驗電路,斷開開關S,點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機對電路進行仿真。

3.讀取并記錄電壓表UR、UL及電流表I、I1的示值,記錄在電路描述窗口。

4.接通開關S,改變可調電容C的容量,使其在0%~100%之間變化,每次變化10%,讀取并記錄各電壓表、電流表的示值,記錄在電路描述窗口。

5.選擇File | Save  菜單命令,將建立的電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到事先打開的字處理軟件(如word或寫字板)的新文檔中,再將電路描述窗口中的測試數據也復制到文檔中,保存文檔。

6.點擊啟動/停止開關,使計算機停止仿真。退出EWB。

三.實驗報告要求及思考題

1.根據步驟3、4所測數據,計算各種情況下的λ、P、Q、S,寫出計算式。

2.由步驟4所測數據,畫出C—I曲線,找出使電源電流I為最小時的電容值。由數據生成曲線的方法請參照附錄2 :在電子文檔中由數據生成曲線的方法。

3.根據所測數據,說明提高功率因數的意義。為提高感性負載的功率因數,并聯(lián)的電容容量是否越大越好?

4.實驗過程中觀察I1表的所示數值是否變化?為什么?




實驗六 RC電路的頻率特性

一. 實驗目的

1. 學習利用EWB分析電路頻率特性的方法;

2. 學習示波器、掃頻儀的使用方法;

3. 了解典型電路的頻率特性。

二. 電路及說明:

圖 2.6.1

圖 2.6.2

    如圖 2.6.1、圖 2.6.2所示。其中,R1、C1和R2、C2各構成一個實驗電路,函數發(fā)生器連接到兩個電路的輸入端,同時也連接到示波器的A通道和掃頻儀的輸入端,以便觀測輸入信號波形,兩個電路的輸出端連接到示波器的B通道和掃頻儀的輸出端,以便觀測輸出信號波形和波特圖。輸入和輸出信號電壓分別用交流電壓表M1、M2來測量。

三. 實驗步驟:

啟動EWB。

建立本實驗兩個電路用到的元件圖標如下:

                    

基本元件箱 指示器件 儀器箱 電容 電阻 轉換開關 電壓表 接地 函數發(fā)生器 示波器 掃頻儀

  1.建立實驗電路

1).分別單擊元件工具欄中的基本元件箱、指示器件工具箱和儀器箱圖標,以便打開相應的工具欄,選取(拖曳)各元件至電路設計窗口,按圖2.6.1中的要求旋轉某些元件的方向,并按圖中位置擺放,分別雙擊每一個元件,按2.6.1要求設置元件的參數。

電壓表

模式((Value / Mode ):AC

函數發(fā)生器:

   波形:正弦

   頻率(Frequency):100Hz

   占空比(Duty cycle):50%

   電壓幅值(Amplitude ):14.142V(有效值10V),可直接在文本框中輸入。

示波器:

時基(Time Base):先設定為2.00ms/div,實驗中再進行調節(jié)。

觸發(fā)信號選擇:A或B

Y衰減:5V/div

2).設置電路圖的顯示內容:

選擇Circuit | Schematic Options 菜單命令,在Show / Hide對話框,選中Show Reference

ID、Show Value 和Show Nodes三項,以便顯示元件的編號、參數值和電路的節(jié)點號。

3).按圖2.6.1所示連線,調整連線,使其比較整齊。

4).保存電路

選擇File | Save  菜單命令,將建立的電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到事先打開的字處理軟件(如word或寫字板)的新文檔中。

  2.用傳統(tǒng)方法測試電路的頻率特性

(1).點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機對電路進行仿真。

(2).讀取電壓表M1的示值,點擊函數發(fā)生器頻率右側的↑按鈕以提高頻率,觀察電壓表M2的讀數,找到M2讀數為M1讀數的0.707時的頻率,即為電路的轉折頻率。在100HZz-8KHz之間取10點(在轉折頻率兩側增加密度),讀取M2的讀數,在電路描述窗口列表記錄測量結果。

(3).將函數發(fā)生器頻率調節(jié)到電路的轉折頻率,雙擊示波器圖標以打開其面板,適當調節(jié)時基和Y衰減,使波形適中。參照13頁“示波器的調整”介紹的方法將波形調節(jié)穩(wěn)定。按工具欄中的圖形工具 ,打開分析圖形窗口,在其中的示波器頁(Oscilloscope)再現(xiàn)示波器上的波形,參照16-19頁的方法設置示波器頁波形顯示的各項參數,拖曳游標到適當位置,測量并記錄輸入、輸出波形的相位差。按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將示波器頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

  3.用掃頻儀測試電路的頻率特性

雙擊掃頻儀圖標以打開其面板。

水平設置(Horizontal):log /lin:log  F: 80kHz   I: 50hz

  (1).幅頻特性測試:按動幅頻特性按鈕(Magnitude)以選擇幅頻特性

垂直設置(Vertical):log /lin:log  F:0db  I:-40db

啟動電路,在掃頻儀的屏幕上即顯示出電路的幅頻波特圖。

(2).相頻特性測試:按動相頻特性按鈕(Phase)以選擇相頻特性。

   垂直設置(Vertical):

圖2.6.1 電路:log /lin:log   F:0  I:-90

圖2.6.1 電路:log /lin:log   F:90  I:0

啟動電路,在掃頻儀的屏幕上即顯示出電路的相頻波特圖。

(3).在分析圖形窗口(Analysis Graphs)顯示和保存波特圖

在EWB的工具欄中選擇圖形工具  ,或者選擇Analysis|Display Graphs菜單選項,激活分析圖形窗口(Analysis Graphs),建立一個波特圖頁(Bode),并再現(xiàn)掃頻儀上的幅頻和相頻波特圖。

在分析圖形窗口(Analysis Graphs)的工具欄中選擇特性(Properties)工具   ,打開具有多個參數頁的Graph Properties窗口(見圖1.3.16),參照16-19頁的方法設置設置波特圖頁(Bode)的各項參數,利用分析圖形窗口(Analysis Graphs)工具欄中的柵格工具(toggle grid) 和游標工具(Toggle Cursors) ,在幅頻和相頻特性區(qū)顯示柵格和游標。

單擊以選中某條曲線,移動游標對該曲線進行測試,在對應的資料窗口中讀取曲線在游標處的數據。測試電路的-3db頻率及該頻率下的相移。

按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將將分析圖形窗口(Analysis Graphs)中的波特圖頁(Bode)復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

  4.利用EWB的分析功能測試電路的頻率特性

(1). 選擇Analysis | AC Frequency菜單命令,彈出AC Frequency Analysis 對話框(圖2.6.3),照圖設置各項參數,并將電路的輸出節(jié)點增加(Add>)到Nodes for analysis框中,需事先選擇Circuit|Schematic Options菜單命令,在打開的Schematic Options會話窗口中選擇Show/hide頁,選中其中的Show nodes復選框,以顯示電路的節(jié)點。然后按下Simulate 鈕,激活分析圖形窗口(Analysis Graphs),建立一個交流分析頁(AC Analysis),顯示被分析節(jié)點的幅頻和相頻特性曲線。

(2).選擇特性(Properties)工具   ,打開具有多個參數頁的Graph Properties窗口,參照16-19頁的方法設置交流分析頁(AC Analysis)的各項參數。

(3).利用游標工具(Toggle Cursors)  和柵格工具(toggle grid) ,在幅頻和相頻特性區(qū)都產生游標和柵格。

單擊以選中某條曲線,移動游標對該曲線進行測試,在對應的資料窗口中讀取曲線在游標處的數據。測試電路的-3db頻率及該頻率下的相移。

按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將分析圖形窗口(Analysis Graphs)中的交流分析頁(AC Analysis)復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

用同樣的方法建立、保存圖2.6.2所示電路。并用后兩種方法分析電路的頻率特性。按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將分析圖形窗口(Analysis Graphs)中的各圖形頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

  5. 用交流頻率分析法分析圖2.6.4、2.6.5二電路

  方法同步驟4。保存電路到 .ewb文件,把電路圖及分析結果-交流分析頁(AC Analysis)復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中,保存文檔。

點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機停止電路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,關閉計算機系統(tǒng)。

四. 實驗報告要求:

1.列表整理步驟2的測試數據,根據測試數據作出圖2.6.1電路的幅頻特性曲線,由數據生成曲線的方法請參照附錄2:在電子文檔中由數據生成曲線的方法。

2.在實驗報告文檔中畫出觀察到的波形和特性曲線。

3.根據各項測試結果說明各電路的頻率特性。



二、模擬電子技術實驗

實驗七 二極管應用

一.實驗目的

1.了解普通二極管和穩(wěn)壓二極管的基本特性及它們典型的工作狀態(tài)。

2.了解整流、濾波、穩(wěn)壓及限幅電路的工作原理。

3.學習利用EWB分析整流、濾波、穩(wěn)壓及限幅電路的方法。

二.實驗說明

利用普通二極管的單向導電性可以構成整流、限幅等應用電路,在這些電路中,二極管工作在正向導通或反向截止狀態(tài)。整流電路可以把交流電變?yōu)閱蜗蛎}動電壓和電流,輸出電壓的平均值


與負載電阻并聯(lián)電容以構成電容濾波電路,可使輸出電壓波形變得比較平滑。在濾波電路的時間常數τ大于或等于3~5倍整流電源的半周期的情況下,輸出直流電壓


限幅電路可以把輸入信號的正峰或負峰限制在某一電平上。

穩(wěn)壓二級管反向擊穿時呈現(xiàn)恒壓特性,利用這一特性可以實現(xiàn)穩(wěn)壓,使輸出電壓在輸入電壓和負載變化時都基本保持恒定。為使穩(wěn)壓電路正常工作,在任何情況下,必須保證穩(wěn)壓二極管始終工作在反向擊穿狀態(tài),并且流過穩(wěn)壓二極管的電流始終大于穩(wěn)定電流 ,而小于最大穩(wěn)定電流 。穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能通常用穩(wěn)壓系數S和動態(tài)內阻r表示:

     

三.實驗步驟

啟動EWB

  1.半波整流電路

1).按圖2.7.1建立實驗電路。

2).斷開開關S。用示波器分別觀測并記錄輸入、輸出電壓波形。測量輸出電壓平均值。

3).接通開關S,以接入濾波電容C,重復步驟2)。

  2.全波整流電路

1).按圖2.7.2建立實驗電路。

2).斷開開關S1。用示波器觀測并記錄輸出電壓波形。測量輸出電壓平均值。

3).接通開關S1,以接入濾波電容C,用示波器觀測并記錄輸出電壓波形。測量輸出電壓平均值。

4).使負載電阻R在5%~100%之間變化,至少取5個測試點,讀取電壓表M1和電流表M2的示值,然后斷開開關S2,由電壓表M1讀取開路輸出電壓,根據這些數據作出橋式整流─電容濾波電路的外特性曲線。

  3.穩(wěn)壓電路

1).按圖2.7.3建立實驗電路,穩(wěn)壓二極管選擇Ln-1N4740(擊穿電壓為10V)。

2).在0%~100%之間調節(jié)電位器R 3,觀察輸出電壓的變化情況,至少取5個測試點,讀取電流表M1和電壓表M2的示值,作V─I曲線,計算穩(wěn)壓系數S和動態(tài)內阻r 。

3).調節(jié)電位器R 3為50%,使輸入直流電壓在13.5V~16.5V之間變化,至少取5個測試點,觀察輸出電壓的變化情況,至少取5個測試點,讀取電流表M1和電壓表M2的示值,作V─I曲線,計算穩(wěn)壓系數S和動態(tài)內阻r 。

4).在輸入直流電壓最高(16.5V)且負載電阻最大(R 3為100%)和輸入直流電壓最低(13.5V)且負載電阻最小(R 3為0%)兩種情況下,讀取電流表M3的示值。

  4.限幅電路

按圖2.7.4建立實驗電路。使直流電源U分別為13V,5V,0V,-5V,-10V,-15V,同時觀察并記錄輸入與輸出電壓波形。

四.實驗報告要求

1. 將測量數據填入自己設計的表格。

2.繪制示波器上觀測的波形。


實驗八 晶體管基本放大器

一. 實驗目的

1.學習用EWB仿真測試晶體管放大器的基本方法;

1. 了解晶體三極管的電流放大作用及電壓放大的基本原理,掌握電壓放大倍數及動態(tài)范圍的測試方法,了解負載電阻對電壓放大倍數的影響;

2. 了解放大器中的非線性失真,理解負反饋對放大器性能(非線性失真、電壓放大倍數等)的影響;

3. 學習用EWB測試放大器頻率特性的方法。

二. 實驗電路及說明:

圖 2.8.1

    實驗電路如圖2.8.1所示。直流電流表IB、IC和直流電壓表UCE,分別用來測量晶體管的基極、集電極靜態(tài)電流和集電極及發(fā)射極之間的靜態(tài)電壓,而交流電壓表Ui、Uo分別用來測量放大器的輸入和輸出信號電壓。上偏置電阻RB為可調電阻,由設定的控制鍵(缺省為R)控制阻值的增減。與電容CE串聯(lián)的鍵控開關S1由設定的控制鍵控制通斷,以便控制CE的接通和斷開。

三. 實驗步驟:

  啟動EWB。

  1.建立實驗電路

1).分別打開基本元件箱、晶體管工具箱、指示器件工具箱和儀器箱,選?。ㄍ弦罚└髟岭娐吩O計窗口,按圖2.8.1中的要求旋轉某些元件的方向,并按圖中位置擺放,分別雙擊每一個元件,按圖2.8.1要求設置元件的參數。

NPN型晶體管

model:      default / ideal

電位器(可調電阻)

阻值 (Value / Resistance ):  150KΩ

初始設置(Value /Setting): 50%

增量(Value /Increment): 5%

增量控制鍵(Value /Key): 可取缺省R,也可任意設定。

開關

控制鍵(Value /Key):    K

電壓表、電流表

按照其在電路中的作用,設置模式((Value / Mode )為AC或DC

函數發(fā)生器:

  波形:正弦

  頻率(Frequency):1KHz

  占空比(Duty cycle):50%

  電壓幅值(Amplitude ):5mV

示波器:

時基(Time Base):先設定為0.200ms/div,隨頻率變化再進行調節(jié)

觸發(fā)選擇:A或B

2).設置電路圖的顯示內容

選擇Circuit | Schematic Options 菜單命令,在Show / Hide對話框,選中Show Reference

ID、Show Value兩項,以便顯示元件的編號和參數值。

3).按圖2.8.1所示連線,調整連線,使其比較整齊。

4).電路的保存

選擇File | Save  菜單命令,將建立的電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到事先打開的字處理軟件(如word或寫字板)的新文檔中。

  2. 放大器仿真測試

1). 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機對電路進行仿真。

2). 在RB1為40%、50%、60%三種情況下,分別讀取電流表IB、IC的讀數,并由此計算晶體管的電流放大倍數。

使開關S1處于接通狀態(tài),在上述三種情況下,一邊增大輸入信號,一邊用示波器同時觀察輸入和輸出信號波形,直到輸出波形剛要出現(xiàn)失真但還不太明顯時為止。參照13頁“示波器的調整”介紹的方法將波形調節(jié)穩(wěn)定。按工具欄中的圖形工具 ,打開分析圖形窗口,在其中的示波器頁(Oscilloscope)再現(xiàn)示波器上的波形。參照16-19頁的方法設置示波器頁波形顯示的各項參數,拖曳游標以測量輸出電壓的峰-峰值。按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將示波器頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

3). RB1為50%,輸入信號電壓有效值為3mV,讀取交流電壓表Ui、Uo的示值,計算放大器的電壓放大倍數。

用示波器同時觀察放大器的輸入、輸出信號波形,調節(jié)示波器使波形穩(wěn)定。在分析圖形窗口中顯示波形,移動游標,測量輸入和輸出電壓的幅值,計算放大器的電壓放大倍數,并與前面的結果比較。將波形粘貼到字處理軟件的文檔中。

4). 將放大器的輸入信號電壓有效值增大為25mV,用示波器同時觀察放大器的輸入、輸出信號波形,調節(jié)示波器使波形穩(wěn)定。在分析圖形窗口中顯示波形,將波形粘貼到字處理軟件的文檔中。

5). 斷開開關S1,使放大器的輸入信號電壓有效值增大為100mV,用示波器同時觀察放大器的輸入和輸出信號波形,調節(jié)示波器使波形穩(wěn)定。在分析圖形窗口中顯示波形,移動游標,測量輸入和輸出電壓的幅值,計算放大器的電壓放大倍數,并與前面的結果比較。將波形粘貼到字處理軟件的文檔中。

6). 將負載電阻RL減小為1KΩ,讀取交流電壓表Ui、Uo的示值,計算放大器的電壓放大倍數,并和步驟5) 的結果比較,說明負載電阻對電壓放大倍數的影響。

  3. 分析放大器的頻率特性

選擇Circuit | Schematic Options 菜單命令,在Show / Hide對話框,選中Show Nodes項,以便顯示電路的節(jié)點號。

選擇Analysis | AC Frequency菜單命令,在彈出的AC Frequency Analysis對話框中,參照圖2.8.2設置各項參數,須將放大器的輸出節(jié)點增加(Add>)到Nodes for analysis框中。

按下Simulate 鈕,對電路進行仿真,隨之激活分析圖形窗口并建立交流分析頁(AC Analysis),顯示出放大器的幅頻和相頻特性曲線。

選擇特性(Properties)工具   ,打開具有多個參數頁的Graph Properties窗口,參照16-19頁的內容,設置交流分析頁(AC Analysis)的各項參數,利用工具欄中的游標工具(Toggle Cursors)  和柵格工具(toggle grid)  ,在幅頻和相頻特性區(qū)都產生游標和柵格。移動游標,在對應的資料窗口中讀出游標處的曲線數據,測量放大器的低頻和高頻轉折頻率,及頻轉折頻率處的相位偏移。

按分析圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將分析圖形窗口(Analysis Graphs)中的交流分析頁(AC Analysis)復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。保存文檔。

  點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機停止電路仿真。退出EWB,退出Windows98 . 關閉計算機系統(tǒng)。

四.實驗報告要求

    1.根據步驟2). 的測量數據計算晶體三極管的電流放大倍數;

    2.在步驟2). 的三種情況下,用示波器測量放大器的輸出電壓的峰-峰值為何不同?說明放大器的動態(tài)范圍和工作點之間的關系。

    3.根據步驟3).、 5) 、6)的測量數據分別計算放大器的電壓放大倍數,說明幾種情況下放大器的電壓放大倍數為何不同?電壓放大倍數與那些因素有關?

    4.在步驟5).中觀察到的輸出波形與前面的步驟(尤其是步驟4)中觀察到的波形有何不同?為什么不同?

    5.說明在步驟5)中斷開開關S1對放大器性能的影響。

    6.作出實驗中觀察到的輸入、輸出電壓波形和幅頻及相頻特性曲線。


實驗九 模擬運算電路

一. 實驗目的

1.學習利用EWB建立并仿真模擬運算電路的方法;

2.學習模擬運算電路的測試方法;

3.了解常見模擬運算電路的特性和功能。

二. 實驗電路及說明

圖2.9.1、2.9.2實驗電路分別為反向、同向比例放大器,鍵控開關SW1用來切換比例放大器的輸入信號:正弦波或直流信號,SW2用來切換比例放大器輸出端的指示儀表:示波器或電壓表。示波器的B通道用來觀測比例放大器的正弦波輸入信號,而A通道用來觀測比例放大器的輸出信號。


圖 2.9.1


圖 2.9.2

圖2.9.3實驗電路為三輸入反向加法器,三個輸入信號UF1、UF3、UF5分別為基波、三次諧波和五次諧波,其頻率、大小和初相位按照方波信號的傅立葉級數展開式的前三項設置。圖2.9.4實驗電路為反向積分器。示波器的B通道分別觀測反向加法器和反向積分器的輸出信號,A通道觀測反向積分器的輸入信號。


三. 實驗步驟

啟動EWB。

  1.反相、同相比例放大器測試

1). 按圖2.9.1 所示建立反相比例放大器

分別打開基本元件箱、模擬集成電路工具箱、指示器件工具箱、電源箱和儀器箱,選?。ㄍ弦罚┧柙岭娐吩O計窗口,按圖2.9.1中的要求旋轉某些元件的方向,并按圖中位置擺放,分別雙擊每一個元件,按圖2.9.1要求設置元件的參數。IC1選用三端集成運算放大器,model:default / ideal。

2).設置電路圖的顯示內容

選擇Circuit | Schematic Options 菜單命令,在Show / Hide對話框,選中Show Reference

ID、Show Value兩項,以便顯示元件的編號和參數值。

3).按圖2.9.1所示連線,調整連線,使其比較整齊。

4). 電路的保存

    選擇File | Save  菜單命令,將建立的電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到事先打開的字處理軟件(如word或寫字板)的新文檔中。

5).放大器仿真測試

(1). 點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機對電路進行仿真。

(2). 按鍵控開關SW1、 SW2的控制鍵,使IC1的輸入端接2V直流信號源,輸出端接直流電壓表,按電位器R2的控制鍵,使其在50%處,讀取直流電壓表Uo的讀數,計算反相比例放大器的電壓放大倍數。

調節(jié)電位器R2在.100% 處,讀取直流電壓表Uo的讀數,計算反相比例放大器的電壓放大倍數。

(3). 調節(jié)電位器R2為50%。按鍵控開關SW1、SW2的控制鍵,使IC1的輸入端接2V正弦交流信號源,輸出端接示波器的A通道,同時觀測反相比例放大器的輸入和輸出電壓波形,參照13頁“示波器的調整”介紹的方法將波形調節(jié)穩(wěn)定。按工具欄中的圖形工具 ,打開分析圖形窗口,在其中的示波器頁(Oscilloscope)再現(xiàn)示波器上的波形。參照16-19頁的方法設置示波器頁波形顯示的各項參數,按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將示波器頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

6). 建立圖2.9.2同相比例放大器,重復步驟1) ~ 4),測試同相比例放大器。

  2.反向加法器測試

1). 建立圖2.9.3反向加法器。IC3選用三端集成運算放大器,model:default / ideal。

2).  選擇File | Save  菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

3). 加法器的波形合成功能測試

以示波器的B通道觀測加法器的輸出信號波形,而以A通道分別觀測加法器的三個輸入信號UF1、UF3、UF5的波形。參照13頁“示波器的調整”介紹的方法將波形調節(jié)穩(wěn)定,按工具欄中的圖形工具 ,打開分析圖形窗口,在其中的示波器頁(Oscilloscope)再現(xiàn)示波器上的波形,參照16-19頁的方法設置示波器頁波形顯示的各項參數,按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將示波器頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

  3. 反向積分器測試

1). 建立圖2.9.4 所示反向積分器。按圖中要求設置元件的參數:

IC4選用三端集成運算放大器,model:LM741

矩形波信號源Ui4:

   頻率(Value /Frequency):1KHz

   占空比(Value /Duty cycle):50%

   電壓(Value / Voltage ):1V

2). 選擇File | Save  菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

3). 反向積分器測試

適當調節(jié)示波器的時基(Time Base)和A、B通道的Y衰減(V/div)及位移(Y Position),使波形便于觀測。參照13頁“示波器的調整”介紹的方法將波形調節(jié)穩(wěn)定,按工具欄中的圖形工具 ,打開分析圖形窗口,在其中的示波器頁(Oscilloscope)再現(xiàn)示波器上的波形,參照16-19頁的方法設置示波器頁波形顯示的各項參數,按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將示波器頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。保存文檔。

點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機停止電路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,關閉計算機系統(tǒng)。

四. 實驗報告要求:

1.根據實驗測試數據分別計算反向和同向比例放大器的靜態(tài)、動態(tài)電壓放大倍數;

2.畫出所觀測到的輸入、輸出波形。


實驗十 集成運放應用

一. 實驗目的

1.學習利用EWB進行模擬電路仿真測試的方法。

2.了解集成運放在線性和非線性模擬電路方面的應用。

3.了解比較器、有源濾波器、電壓—電流變換器及方波震蕩器等常用電路的特性及應用。

二 . 實驗電路及說明


圖 2.10.1


圖2.10.2


圖2.10.1為比較器電路,直流電壓源U1、U2,電阻R2、R3及電位器R1構成可調節(jié)的基準電壓,直流電壓表UR用來測量其大小, ui1為3V(有效值)200Hz的正弦輸入信號,三端集成運放將其與基準電壓UR進行比較,輸入和輸出信號分別由示波器的A、B通道進行觀測。當開關S切換到2時,將5次諧波電壓ui2(1V有效值,600Hz,與ui1同相)與ui1串聯(lián)疊加,構成非正弦輸入信號。

圖2.10.2為二階有源濾波器。掃頻儀直接測試其頻率特性。


圖2.10.3


圖2.10.4

圖2.10.3為電壓—電流變換電路,若輸入電壓U1 、U2為穩(wěn)恒電壓,則圖2.10.3電路為可變恒流源,當負載電阻RL改變時,輸出電流io保持不變。調節(jié)電位器R1可調節(jié)恒流源電流的大小。

圖2.10.4為矩形波震蕩器。

三. 實驗步驟:

  1. 電壓比較器:

1).按照圖2.10.1連接電路并設置各元件的參數。開關在初始位置1,電位器R1在初始位置50%。

選擇File | Save  菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

啟動電路仿真。

2).示波器觸發(fā)選擇:Auto,適當調節(jié)時基(Time Base)和A、B通道的Y衰減(V/div)及位移(Y Position),使波形便于觀測,同時觀察輸入和輸出波形。調節(jié)R1的阻值,使其在0%-100%之間變化,注意觀察輸出波形的變化。

使基準電壓為 -3V,參照13頁“示波器的調整”介紹的方法將波形調節(jié)穩(wěn)定。按工具欄中的圖形工具 ,打開分析圖形窗口,在其中的示波器頁(Oscilloscope)再現(xiàn)示波器上的波形,參照16-19頁的方法設置示波器頁波形顯示的各項參數。移動游標,測量輸出電壓波形的占空比。按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將示波器頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

使基準電壓為0V和+3V,重復上述操作。

3).把開關S切換到2位置,將3次諧波電壓ui2(1V有效值,600Hz,與ui1同相)與ui1串聯(lián)疊加,構成非正弦輸入信號,示波器觸發(fā)選擇:Auto,在0%-100%范圍內調節(jié)R1的阻值,觀察輸入和輸出電壓波形,注意輸出波形的變化。

調節(jié)R1到10%,調節(jié)示波器使波形穩(wěn)定,在分析圖形窗口保存波形到字處理軟件的文檔中。

  2. 二階有源濾波器

1).按照圖2.10.2連接電路。掃頻儀的設置為:

垂直設置(Vertical):

幅頻:log F: 10db  I: -80db

   相頻:log F: 0   I: -180

水平設置(Horizontal):log F: 100KHz  I: 0.1KHz

    選擇File | Save  菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

2).用掃頻儀測試電路的頻率特性

啟動電路仿真。在掃頻儀上分別顯示電路的幅頻和相頻特性曲線。

在EWB的工具欄中選擇圖形工具  ,激活分析圖形窗口(Analysis Graphs),建立一個波特圖頁(Bode),顯示幅頻和相頻波特圖。選擇特性(Properties)工具   ,打開具有多個參數頁的Graph Properties窗口,參照16-19頁的方法設置波特圖頁的各項參數。

利用分析圖形窗口(Analysis Graphs)工具欄中的柵格工具(toggle grid) 和游標工具(Toggle Cursors) ,在幅頻和相頻特性區(qū)顯示柵格和游標。單擊以選中某條曲線,移動游標對該曲線進行測試,在對應的資料窗口中讀取曲線在游標處的數據。測試電路的測量最大增益、-3db頻率及該頻率下的相移。

按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將示波器頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

3).用EWB的交流頻率分析功能分析電路的頻率特性

選擇Circuit | Schematic Options 菜單命令,在Show / Hide對話框,選中Show Nodes項,以便顯示電路的節(jié)點號。選擇Analysis | AC Frequency菜單命令,彈出AC Frequency Analysis對話框,參照圖(圖2.10.5)所示設置各項參數,務必將電路的輸出節(jié)點增加(Add>)到Nodes for Analysis框中。

按下模擬(Simulate)按鈕,對電路進行仿真,在隨即打開的分析圖形窗口中建立一個交流分析頁(AC Analysis),顯示出放大器的幅頻和相頻特性曲線。

選擇特性(Properties)工具   ,打開具有多個參數頁的Graph Properties窗口,參照16-19頁的方法設置交流分析頁(AC Analysis)的各項參數。

利用工具欄中的游標工具(Toggle Cursors)  和柵格工具(toggle grid)  ,在幅頻和相頻特性區(qū)都產生游標和柵格。移動游標,測量放大器的最大增益、轉折頻率及頻轉折頻率處的相位偏移,在對應的資料窗口中讀出游標處的曲線數據。

按圖形窗口工具欄中的copy按鈕 ,將示波器頁復制到粘貼板上,然后,再將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

  3. 電壓—電流變換器

1).按照圖2.10.3連接電路并設置各元件的參數。

    選擇File | Save  菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

2).啟動電路仿真。調節(jié)R1,使u i在+5V~-5V之間變化,測量相應的io。

3).使u i保持+5V或-5V,在0%—100%之間改變RL ,測量相應的io 。

  4.矩形波震蕩器

1).按照圖2.10.4連接電路并設置各元件的參數。五端集成運放選用Lm358。

啟動電路仿真。

2).示波器觸發(fā)選擇:Auto,適當調節(jié)時基(Time Base)和A、B通道的Y衰減(V/div)及位移(Y Position),觀察輸出信號波形。

調節(jié)示波器使波形穩(wěn)定,在分析圖形窗口,移動游標測量輸出信號的頻率和幅值,保存波形到字處理軟件的文檔中。

3).選擇File | Save  菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。保存文檔。

點擊主窗口右上角的啟動/停止開關,使計算機停止電路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,關閉計算機系統(tǒng)。

四 . 實驗報告要求:

1.整理實驗數據,繪出實驗中觀測到的波形和特性曲線。

2.寫出電壓—電流變換器輸出電流i o與輸入電壓u i 之間的函數關系,根據實驗的測試數據,作出變換曲線(io— u i)及外特性曲線。


三、數字電子技術實驗

實驗十一 組合邏輯電路分析

一. 實驗目的:

1.學習利用EWB進行組合邏輯電路仿真測試的方法;

2.學習數據選擇器、譯碼器及數字顯示等中規(guī)模集成組件的特性和應用;

3.學習字元發(fā)生器的使用。

二. 實驗電路及說明

圖2.11.1 為2-4線譯碼器,2位二進制代碼由字元發(fā)生器的最低2位提供。4個邏輯探針用來指示譯碼輸出的狀態(tài)。圖2.11.2 為BCD-十進制譯碼器,4位BCD碼由字元發(fā)生器的低4位提供,10個邏輯探針用來指示譯碼輸出的狀態(tài)。圖2.11.3為BCD-七段數碼管譯碼顯示電路,4位BCD碼由字元發(fā)生器的低4位提供,7個譯碼輸出OA-OG接7段數碼管的輸入端,將譯碼結果直接以數碼顯示。圖2.11.5為4路2選1數據選擇器,左路4位代碼(A)由字元發(fā)生器的高4位提供,右路4位代碼(B)由字元發(fā)生器的低4位提供,由開關S控制,在左、右兩路代碼中選擇其一。左、右兩路代碼和選擇輸出的狀態(tài)各由4個邏輯探針指示。

三. 實驗步驟

  1. 2-4線譯碼器

1). 在邏輯門工具欄中連續(xù)選擇4個與非門,6個反相器,在指示器件工具欄中,連續(xù)選擇4個邏輯探針,將它們作適當旋轉并拖放到合適位置。按照圖2.11.1連接電路。在儀表工具欄中選擇字元發(fā)生器,將其低2位輸出依次連接到譯碼電路的2個輸入端。

2). 雙擊字元發(fā)生器圖標以展開其面板,在字元編輯區(qū)從首地址0000開始,依次寫入四個16進制字:0000H,0001H,0002H,0003H(必須在西文輸入方式下),其低二位二進制依次為00,01,10,11。觸發(fā)方式(Trigger)設置為內觸發(fā)(Internal),地址編輯區(qū)設置:初始地址(Initial)為0000,末地址(Final)為0003,輸出頻率(Frequency)為1Hz。

3). 按單步(Step)鈕,每次輸出一個字元,觀察四個輸出端狀態(tài)的變化。按循環(huán)(Cycle)鈕,自動循環(huán)依次輸出四個字元,觀察并記錄四個輸出端狀態(tài)的變化。

4). 選擇File | Save  菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

5). 按O/I按鈕,停止電路仿真。然后建立新的電路文件。

  2. BCD-十進制譯碼器

1). 按照圖2.11.2連接電路,選中數字集成電路工具箱圖標,打開數字集成電路工具欄,選擇74xx(拖曳到電路編輯區(qū)),在打開的列表中選擇7445。在指示器件工具欄中連續(xù)選擇10個邏輯探針,并選中它們,將它們一起旋轉270°以便于接線,將它們依次連接到7445的10個譯碼輸出端0-9。在儀表工具欄中選擇字元發(fā)生器,將其低4位輸出端由低向高依次連接到7445的4個代碼輸入端A-D。

2). 雙擊字元發(fā)生器圖標以展開其面板,在字元編輯區(qū)從首地址0000開始,依次寫入10個16進制字:0000H,0001H,0002H,0003H,0004H,0005H,0006H,0007H,0008H,0009H其低4位二進制依次為0000,0001,0010,0011, 0100,0101,0110,0111, 1000,1001(必須在西文輸入方式下)。觸發(fā)方式(Trigger)設置為內觸發(fā)(Internal),地址編輯區(qū)設置:初始地址(Initial)為0000,末地址(Final)為0009,輸出頻率(Frequency)為1Hz。

3). 按單步(Step)鈕,每次輸出一個字元,觀察10個輸出端狀態(tài)的變化。按循環(huán)(Cycle)鈕,自動循環(huán)依次輸出10個字元,觀察并記錄10個輸出端狀態(tài)的變化。

4). 選擇File | Save  菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

5). 按O/I按鈕,停止電路仿真,然后建立新的電路文件。

  3. BCD-七段數碼管譯碼顯示電路

1). 按照圖2.11.3連接電路。選中數字集成電路工具箱圖標,打開數字集成電路工具欄,選擇74xx(拖曳到電路編輯區(qū)),在打開的列表中選擇7447。在指示器件工具欄中選擇7段數碼管(Seven-Segment Display),其管腳說明見圖2.11.4,將其7個輸入端A-G依次接到7447的譯碼輸出OA-OG。在儀表工具欄中選擇字元發(fā)生器,將其低4位輸出由低向高依次連接到7447的4個代碼輸入端A-D。

2). 雙擊字元發(fā)生器圖標以展開其面板,在字元編輯區(qū)從首地址0000開始,依次寫入10個16進制字:0000H,0001H,0002H,0003H,0004H,0005H,0006H,0007H,0008H,0009H(必須在西文輸入方式下),其低4位二進制依次為0000,0001,0010,0011, 0100,0101,0110,0111, 1000,1001。觸發(fā)方式(Trigger)設置為內觸發(fā)(Internal),地址編輯區(qū)設置:初始地址(Initial)為0000,末地址(Final)為0009,輸出頻率(Frequency)為1Hz。

3). 按單步(Step)鈕,每次輸出一個字元,注意觀察7段數碼管狀態(tài)的變化。按循環(huán)(Cycle)鈕,自動循環(huán)依次輸出10個字元,注意觀察7段數碼管狀態(tài)的變化。

4).。選擇File | Save  菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

5). 按O/I按鈕,停止電路仿真,然后建立新的電路文件。

  4. 4路2選1數據選擇器

1). 按照圖2.11.5連接電路。選中數字集成電路工具箱圖標,打開數字集成電路工具欄,選擇741xx(拖曳到電路編輯區(qū)),在打開的列表中選擇74157。在指示器件工具欄中連續(xù)選擇12個邏輯探針,并選中它們,將它們一起旋轉270°, 以便于接線。將它們分成3組,左面一組用來指示左路代碼的各位,從右向左依次連接到74157的A路代碼輸入端1A、2A、3A、4A,同時連接到字元發(fā)生器的高4位輸出;右面一組用來指示右路代碼的各位,從右向左依次連接到74157的B路代碼輸入端1B、2B、3B、4B,同時連接到字元發(fā)生器的低4位輸出。鍵控開關在0和+5V之間切換,以控制74157在左、右兩路代碼中選擇一路。中間一組用來指示74157的選擇輸出,從右向左依次連接到74157的選擇輸出端1Y、2Y、3Y、4Y。

2). 雙擊字元發(fā)生器圖標以展開其面板,在字元編輯區(qū)首地址0000寫入16進制字A005H(必須在西文輸入方式下),其高4位二進制為1010,為代碼A;低4位二進制為0101,為代碼B。觸發(fā)方式(Trigger)設置為內觸發(fā)(Internal),地址編輯區(qū)設置:初始地址(Initial)為0000,末地址(Final)為0000,輸出頻率(Frequency)為1Hz。

3). 啟動電路仿真。按單步(Step)或循環(huán)(Cycle)鈕,用開關的控制鍵使開關在0和+5V之間切換,注意觀察74157選擇輸出端4個邏輯探針指示狀態(tài)的變化,與左、右兩路的代碼指示相比較。

4). 選擇File | Save 菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。保存文檔。

5).停止電路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,關閉計算機系統(tǒng)。

四.實驗報告要求

列出各實驗電路的邏輯真值表,說明其邏輯功能。


實驗十二 時序邏輯電路分析

一. 實驗目的

1. 學習利用EWB 對時序邏輯電路進行仿真測試的方法;

2. 了解十進制BCD碼計數器和環(huán)形計數器的工作狀態(tài)及邏輯功能;

3. 學習邏輯分析儀的使用方法。

二. 電路及說明

圖2.12.1所示的十進制BCD碼計數器由4個低電平異步置位JK觸發(fā)器(JK Flip - Flop With Active Low Asynch Inputs)和7個2輸入與門構成,計數器的代碼輸出直接由4個邏輯探針顯示其狀態(tài),并經帶譯碼器的7段數碼顯示器譯碼顯示。計數脈沖由函數發(fā)生器提供,計數器的計數脈沖及代碼輸出還連接到邏輯分析儀的低5位輸入端,以顯示其波形。

圖2.12.2為集成組件7490構成的兩級十進制BCD碼計數器,方波信號源作為低位的時鐘脈沖(即計數脈沖)輸入,低位的代碼輸出QA、QD經與門組合,作為高位的時鐘脈沖(即計數脈沖)輸入,兩個帶譯碼器的7段數碼管作譯碼顯示。

圖2.12.3 為由8個低電平異步置位D觸發(fā)器(D Flip - Flop With Active Low Asynch Inputs)構成的環(huán)形計數器,當鍵控開關接地時,計數器預置狀態(tài)為10000000,接+5V時,計數器正常計數。8個邏輯探針用來指示計數器的輸出狀態(tài),方波信號源作為時鐘脈沖(即計數脈沖)。

三. 實驗步驟

  1. 十進制BCD碼計數器

1).在數字集成組件工具欄,選擇(拖曳到電路編輯區(qū))4個低電平異步置位JK觸發(fā)器(JK Flip - Flop With Active Low Asynch Inputs),在邏輯門工具欄選擇7個2輸入與門,在指示器件工具欄中選擇帶譯碼器的7段數碼顯示器和4個邏輯探針,將它們按照圖2.12.1的位置擺放,并連接成十進制BCD碼計數器及譯碼顯示電路。

2). 雙擊函數發(fā)生器圖標,打開其面板,設置矩形波輸出,頻率1Hz,占空比50%,幅值5V。計數器的計數脈沖及代碼輸出還連接到邏輯分析儀的低5位輸入端,以顯示其波形,從低位至高位由上而下依次排列,雙擊邏輯分析儀圖標,打開其面板,在右下部Clocks per division框設置波形顯示的時間軸刻度為1,單擊面板下部Clock區(qū)的Set按鈕,在彈出的Clock Setup對話框中,對波形采集的控制時鐘進行設置:時鐘模式(Clock mode)為內(Internal),時鐘觸發(fā)沿(Clock edge)為上跳沿有效(Positive),內時鐘頻率(Internal Clock rate)為2Hz 。按認可(Accept)鈕結束設置。

3).啟動電路仿真,按動開關使其接地,計數器清零,再按一次開關,使其接+5V,計數器開始計數。注意觀察計數器狀態(tài)的變化及數碼管的顯示,觀測邏輯分析儀顯示的計數脈沖及代碼輸出的波形。

停止電路仿真。點擊邏輯分析儀窗口下的水平滾動條,可觀察完整的波形。

選擇Edit/Copy as Bitmap菜單命令,按住鼠標左鍵,在邏輯分析儀窗口四周拉出一個矩形,將其復制到剪貼板上,然后,再將其粘貼到電子文檔中。

4).選擇File | Save 菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

  2. 集成組件構成的兩級十進制BCD碼計數器

1).在數字集成組件工具欄,選擇(拖曳到電路編輯區(qū))2個十進制計數器7490(Decade counter),在邏輯門工具欄選擇1個2輸入與門,在指示器件工具欄中選擇2個帶譯碼器的7段數碼顯示器,在電源工具欄選擇1個方波信號源,按照圖2.12.1連接成兩級十進制BCD碼計數器及譯碼顯示電路。

2). 方波信號源設置:頻率:2Hz,幅值5V,占空比50%

3). 啟動電路仿真,注意觀察2個數碼管的顯示,是否符合十進制計數法則。

4).停止電路仿真。選擇File | Save 菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。保存文檔。

  3. 環(huán)形計數器

1).在數字集成組件工具欄,選擇(拖曳到電路編輯區(qū))4個低電平異步置位D觸發(fā)器(D Flip - Flop With Active Low Asynch Inputs),在指示器件工具欄中選擇8個邏輯探針,在電源工具欄選擇1個方波信號源和1個直流電壓源,將它們按照圖2.12.3的位置擺放,并連接成環(huán)形計數器。

2). 方波信號源設置:頻率:2Hz,幅值5V,占空比50%

3). 啟動電路仿真。

將開關接地,使計數器預置狀態(tài)10000000,再將開關接+5V,使計數器開始計數。注意觀察計數器狀態(tài)的變化規(guī)律,列出計數器的狀態(tài)表。

4). 選擇File | Save 菜單命令,將電路保存在 .ewb文件中。按照節(jié)1.3.4的2中介紹的方法,將電路圖復制到粘貼板上,然后,將其粘貼到字處理軟件的文檔中。保存文檔。

5).停止電路仿真。退出EWB,退出Windows 98 ,關閉計算機系統(tǒng)。

四. 實驗報告要求:

    列出各時序邏輯電路的狀態(tài)表,繪出其工作波形。


第二部分 附錄

附錄一 編寫電子文檔式的實驗報告

啟動EWB(Electronics Workbench).。

選擇一個支持Windows的OLE功能的字處理軟件(推薦使用Microsoft Word,在計算機系統(tǒng)資源配置較低時,也可以選用寫字板),與EWB同時運行,將EWB的實驗結果(測試數據、觀測到的波形及特性曲線等)保存到字處理軟件的文檔中,該文檔可作為電子文檔式實驗報告的初稿。

  1.在文檔中嵌入EWB中建立的實驗電路圖

在EWB的Edit菜單中選擇Copy as Bitmap選項,然后拖曳鼠標左鍵,在需要的圖形(電路圖、儀器面板圖、展開的儀器面板圖如邏輯分析儀等)周圍拉出一個矩形框,被選擇的部分即被復制到了Windows的粘貼板上,然后,切換到字處理軟件窗口,就可以將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

  2.在文檔中嵌入波形或曲線

在示波器上觀測到的波形和在波特圖儀上觀測到的幅頻、相頻特性曲線,都可以在EWB的分析圖形窗口(Analysis Graphs)建立相應的圖形頁,并在其中重現(xiàn)示波器和波特圖儀上的波形和曲線, EWB各項分析功能(暫態(tài)分析、交流頻率分析等),也會在分析圖形窗口建立相應的圖形頁,顯示分析的結果。先選擇需要的圖形頁,并參照16-19頁的方法設置圖形頁的各項參數,再按分析圖形窗口工具欄中的Copy工具按鈕 ,即可將選中的圖形頁復制到Windows的粘貼板上,然后,切換到字處理軟件窗口,就可以將其粘貼到字處理軟件的文檔中。

對于示波器上顯示的波形,應先將波形調節(jié)穩(wěn)定,具體調節(jié)方法可參考13頁“示波器的調整”的有關內容,然后,按EWB工具欄上的圖形工具 ,或者選擇Analysis|Display Graphs菜單選項,即可激活分析圖形窗口(Analysis Graphs),并在其中新建的示波器頁(Oscilloscope)中,再現(xiàn)示波器上的波形。對于暫態(tài)時間的波形,因為不能穩(wěn)定顯示(示波器的觸發(fā)選擇設置為Auto),在圖形窗口的示波器頁(Oscilloscope)中再現(xiàn)時,由于時間的積累,波形會越來越密集,此時,應按下暫停按鈕,然后,在密集的波形中,選擇需要的時間片斷,用鼠標左鍵拉出一個矩形框,放開手后,選中的區(qū)域即可被放大顯示。

波特圖儀上的幅頻和相頻特性曲線,首先要正確設置幅頻和相頻的參數,以使曲線正常顯示,然后,按EWB工具欄上的圖形工具 ,或者選擇Analysis|Display Graphs菜單選項,即可激活分析圖形窗口(Analysis Graphs),并在其中新建的波特圖頁(Bode)中,再現(xiàn)掃頻儀上的幅頻和相頻波特圖。

  3.根據實驗測量數據描繪曲線

很多軟件都具有根據數據生成曲線的功能,但以Microsoft Graph97(或2000)圖表最為簡便,且易于掌握。Microsoft Graph97(或2000)圖表是Microsoft Word 97(或2000)的一個選件,它可以直接由數據生成曲線圖表,并可作為一個OLE對象,鏈結或嵌入到Word 文檔中。由Microsoft Graph97(或2000)圖表的方法,詳見附錄二:在電子文檔中由數據生成曲線的方法。

在FTP服務器上下載自己在實驗中建立的字處理軟件的臨時文檔,經過編輯修改,即可完成電子文檔式實驗報告。

完成的電子文檔式實驗報告可上載到FTP服務器。


附錄二 在電子文檔中由數據生成曲線的方法

由數據生成曲線的方法有許多種,但以Microsoft Graph97(或2000)圖表最為簡便,且易于掌握。Microsoft Graph97(或2000)圖表是Microsoft Word 97(或2000)的一個選件,它可以直接由數據生成曲線圖表,并可作為一個OLE對象,鏈結或嵌入到Word 文檔中。下面,以表1的R、L、C串聯(lián)諧振測試數據為例,說明由Microsoft Graph97(或2000)圖表生成曲線的方法。


              表1

LmH UR/V UL/V UC/V I/mA

25 2.782 19.66 39.39 13.91

35 4.539 44.91 64.25 22.70

40 6.556 74.12 92.78 32.78

44 9.847 122.5 139.4 49.24

46 12.65 164.6 179.1 63.27

48 16.25 220.5 230.0 81.28

50 18.46 260.9 261.3 92.33

52 16.46 242.0 233.0 82.33

54 12.85 196.2 181.9 64.27

56 9.98 158.1 141.3 49.93

60 6.623 112.3 93.77 33.12

65 4.573 84.01 64.74 22.87

75 2.795 59.26 39.56 13.98

85 2.006 48.22 28.40 10.03

    1.建立圖表


在Word的“插入”菜單中選擇“對象…”命令,在彈出的“對象”窗口中的“對象類型”列表中選擇Microsoft Graph97圖表,按確定按鈕(見圖1),即顯示出一個默認的直方圖表和對應的數據表(圖 2)。

2.選擇圖表類型

選擇圖表菜單中的圖表類型命令,在圖表類型窗口中選擇 ‘標準類型’中的‘XY散點圖’,并在子圖表類型中選擇平滑線散點圖或無數據點平滑線散點圖圖標,當選擇某個子圖表類型圖標時,在下面的框中有文字提示,見圖 3。

    3.選擇‘數據’菜單中的‘列中系列’命令(缺省為行中系列)。

4.以表1的數據更新圖表的數據表

在第一列中填入X軸(自變量C)的數據(原來為東部、西部、北部等),在其它列中依次填入各條曲線(Y軸因變量I、UL、UC)的數據,最簡單的方法是按行按列將表1復制到數據表,則曲線根據數據自動更新,數據表第五列不用,可以刪除,圖例若不用,也可刪除(見圖4)。

5.設置各條曲線的顯示特性

雙擊以選擇某條曲線,打開‘數據系列格式’設置窗口(見圖5、圖6),這是一個多頁的設置窗口,“圖案”頁(圖5)可設置該曲線的線形(式樣、顏色、線條粗細等)及刻度線標志,各條曲線可選擇不同式樣和顏色的刻度線標志,其背景色也可設為白色,以便使其更清晰?!白鴺溯S”頁可設置曲線對應的坐標軸,默認為主坐標軸(左面的公共坐標軸),圖6為電流曲線的坐標軸設置頁,默認主坐標軸,為了和其它電壓曲線區(qū)別開,改選次坐標軸,可為該曲線在右面單獨建立一個Y軸。

6.坐標軸格式設置

分別雙擊主、次各坐標軸,打開坐標軸設置窗口(圖7、圖8),“圖案”頁設置坐標軸的樣式、顏色、線條粗細等,“刻度”頁設置坐標軸刻度值的范圍、單位、與Y軸的交叉點等。電感的變化范圍為25一85mH,故改變X軸刻度值范圍設置為25一85。電流的最大值為92.33mA,所以,次Y軸的刻度值自動設置為0一100,使得電流曲線與兩條電壓曲線比較靠近,為使曲線拉開距離,改變次Y軸刻度值范圍設置為0一200?!白煮w”頁設置坐標軸刻度值的字體、字號等,可適當減小坐標軸刻度的字號,以便增大曲線顯示面積,改善顯示效果,

7.圖表選項設置

在圖表菜單中選擇圖表選項命令,打開“圖表選項”設置窗口(圖9),這也是一個多頁的設置窗口,“標題”頁設置圖表、X軸、主Y軸的標題,若在第5項設置各條曲線的顯示特性時,為某條曲線選擇了次坐標軸,則可設置次Y軸的標題。

“網格線”頁(圖10)設置顯示或不顯示X、Y方向的主、次網格線。

“圖例”頁可選擇“顯示圖例”單選框以顯示圖例。

缺省的圖表及坐標軸標題的字號較大,可適當減小。雙擊每一個標題,打開相應的標題格式設置窗口,在其“字號”頁選擇較小的字號。

為減小圖例占用的面積以及使其顯示更清楚,可雙擊圖例,打開 “圖例格式”設置窗口,在其“字體”頁選擇較小的字號,在“圖案”頁,將其“內部”設置為白色,拉動圖例的角以縮小圖例的尺寸。

將圖例移到沒有曲線的位置。將標題移到圖表框的邊沿,以便給圖表騰出較大的空間。拉動圖表的四邊,盡可能地放大圖表。

8.設置網格線格式

分別雙擊任意一條X、Y網格線,打開“網格格式”設置窗口,“圖案”頁設置網格線的樣式、顏色和粗細,“刻度”頁設置網格線的數值范圍、單位、與Y軸的交叉點等,界面與坐標軸格式的刻度設置頁(圖8)相同。

9.圖表和圖形區(qū)設置

分別在圖表區(qū)和圖形區(qū)雙擊,打開“圖表區(qū)格式”和“圖形區(qū)格式”設置窗口,“圖案”頁設置圖表和圖形區(qū)邊框的樣式、顏色、粗細和填充顏色。

最后的結果見圖11。

需要注意,一般在測試曲線時,測試點的分布是非均勻的,在曲線的彎曲部分,測試點比較密集,而在曲線的平滑部分,測試點相對較少,在步驟2選擇圖表類型時,必須選擇‘XY散點圖’, 否則,曲線將不能正常顯示(見圖12)。當測試點分布均勻時,圖表類型選‘XY散點圖’和折線圖效果是一樣的。


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