电子仿真技术实验指导书

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1、1实验一 典型电信号的观察与测量一、实验目的1、初步掌握用示波器观察电信号波形，定量测出正弦信号和脉冲信号的波形参数。2、初步掌握示波器、信号发生器、数字万用表的使用。3、掌握Multisim仿真测试与实物测试的异同点。二、实验原理说明1、正弦交流信号和方波脉冲信号是常用的电激励信号，可由函数信号发生器提供。正弦信号的波形参数是幅值 Um、周期 T(或频率 f)和初相；脉冲信号的波形参数是幅值Um、周期 T 及脉宽 tk。2、电子示波器是一种信号图形观测仪器，可测出电信号的波形参数。从荧光屏的 Y轴刻度尺并结合其量程分档选择开关（Y 轴输入电压灵敏度 V/div 分档选择开关）读得电信号的幅值

2、；从荧光屏的 X 轴刻度尺并结合其量程分档（时间扫描速度 t /div 分档）选择开关，读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数。为了完成对各种不同波形、不同要求的观察和测量，它还有一些其它的调节和控制按钮，希望在实验中加以摸索和掌握。一台双踪示波器可以同时观察和测量两个信号的波形和参数。三、实验设备序号 名 称 型号与规格 数量 备注1 双踪示波器 12 信号发生器 13 交流毫伏表 1四、实验内容1、正弦波信号的观测(1) 将示波器的幅度和扫描速度微调旋钮旋至“校准”位置。(2) 在 multisim 9 中，将信号发生器的正弦波输出口与示波器的 YA 插座相连。(3) 在信号发生器中选择正弦

3、波输出，点击仿真按钮。通过参数设置，使输出频率分别为 50Hz，1.5KHz 和 20KHz；再使输出幅值分别为有效值 0.1V，1V， 3V（由交流毫伏表读得） 。调节示波器 Y 轴和 X 轴的偏转灵敏度至合适的位置，从荧光屏上读得幅值及周期，分别记入表 1-1、 1-2 中。2表 1-1 正弦波信号频率的测定 1正弦波信号频率的测定示波器所测项目 50HZ 1500HZ 20000HZ示波器“t/div”旋钮位置一个周期占有的格数信号周期（s）计算所得频率（H Z）表 1-2 正弦波信号频率的测定 2正弦波信号幅值的测定交流毫伏表读数所测项目 0.1V 1V 3V示波器“V/div”位置峰

4、峰值波形格数峰峰值计算所得有效值2、方波脉冲信号的观察和测定(1) 在 multisim 9 中，将信号发生器的正弦波输出口与示波器的 YA 插座相连，选择方波信号输出。(2) 调节方波的输出幅度为 3. 0VPP （用示波器测定） ，分别观测 100Hz，3KHz 和 30KHz方波信号的波形参数。(3) 使信号频率保持在 3KHz，选择不同的幅度及脉宽，观测波形参数的变化。(4) 自拟数据表格。五、仿真实验(1) 在 Multisim 9 平台上建立图 1.1 所示电路，分别双击信号发生器、示波器图标，显示出信号发生器、示波器虚拟面板图。(2) 调节信号发生器参数，使信号发生器的输出信号符

5、合实验要求。(3) 单击示波器仿真面板图上的 Expand 按钮，示波器显示屏扩展，按住鼠标左键将垂直光标拖到需要读取数据的位置，在显示屏的下方显示光标与波形垂直相交点处的时间和电压，以及两光标之间的时间和电压。(4) 用示波器测出给定参数的周期及幅值。(5) 按照实验内容，完成仿真。3六、实验注意事项1、 调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使显示的波形稳定。2、 为防止外界干扰， 信号发生器的接地端与示波器的接地端要相连(称共地) 。3、 虚拟的示波器，各旋钮、功能的标注同实物示波器有所差别，实验前请详细阅读教材中虚拟示波器的使用方法。七、预习思考题1、 示波器面板上“

6、t/div” 和“V/div”的含义是什么?2、 应用双踪示波器观察到如图 1.2 所示的两个波形，Y A 和 YB 轴的“V/div” 的指示均为 0.5V， “t/div” 指示为 20S， 试写出这两个波形信号的波形参数。八、实验报告1. 整理实验中显示的各种波形，绘制有代表性的波形。2. 总结实验中所用仪器的使用方法及观测电信号的方法。3. 心得体会及其它。 图 1.1 仿真电路 图 1.2 示波器上观察到的两个波形XFG1XSC1A BExt Trig+_ + _4实验二 二阶动态电路响应的研究一、实验目的1、 学习用实验的方法来研究二阶动态电路的响应，了解电路元件参数对响应的影响。

7、2、 观察二阶动态电路在过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种情况下的响应波形。利用响应波形，测量衰减系数和阻尼振荡频率。3、熟练的运用Multisim进行仿真。二、实验原理说明一个二阶电路在方波正、负阶跃信号的激励下，可获得零状态与零输入响应，其响应的变化轨迹决定于电路的固有频率。当调节电路的元件参数值，使电路的固有频率分别为负实数、共轭复数及虚数时，可获得单调地衰减、衰减振荡和等幅振荡的响应。在实验中可获得过阻尼，欠阻尼和临界阻尼这三种响应图形。简单而典型的二阶电路是一个 RLC 串联电路和 GCL 并联电路，这二者之间存在着对偶关系。本实验仅对 RLC 串联电路进行研究。三、实验设备四、实验内容1

8、、二阶电路工作在不同状态时的波形测试将 R、L、C 串联成图 2.1 所示的电路，从方波发生器输出一个幅值为 2v，频率为 2KHz，占空比为50%的方波信号。按表 2-1 给定的参数改变电阻 R 的值，使电路分别工作在无阻尼、欠阻尼、临界阻尼和过阻尼状态。用示波器观察电容电压的波形，并记录与表 2-1 中。 图 2.1 二阶电路实验接线图且计算出各种状态下的衰减系数 、阻尼振荡角频率 w，记入表 2-2 中。序号 名 称 型号与规格 数量 备注1 函数信号发生器 12 双踪示波器 15表 2-1 不同状态下的波形电路参数 L=10mH，C=0.22F电路状态 无阻尼(R=0 )欠阻尼(R=5

9、10 )仿真波形电路状态 临界阻尼(R=1K )过阻尼(R=2.4k )仿真波形表 2-2 各种状态下的 和 w 的理论计算数据电路参数 L=10mH，C=0.22F电路状态 无阻尼(R=0 )欠阻尼(R=510)临界阻尼(R=1K )欠阻尼(R=510 )/2RL02、不同参数下衰减振荡波形的测定保证电路处于欠阻尼状态，取 3 个不同阻值的电阻，用示波器观察电容电压波形，并根据波形计算出各自的衰减系数和阻尼振荡角频率，将数据和波形分别记入表 2-3 和表 2-4 中。表 2-3 欠阻尼状态时不同参数下的 和 w 的测定L=10mH ，C=0.022F电路参数R1=100R2=330 R3=7

10、50仿真数据 仿真数据 w6表 2-4 不同参数下的衰减震荡波形L=10mH ，C=0.022F电路参数R1=100R2=330R3=750仿真波形五、实验注意事项1、调节电阻 R 时，要细心、缓慢，临界阻尼对应的电阻值要找准。2、用双踪示波器观察双路信号时，显示要稳定。如显示不同步，可采用外同步法触发。六、预习与思考题1、根据实验电路中元件的参数，计算出处于临界阻尼状态的电阻 R 值。2、在示波器荧光屏上，如何测得二阶电路零输入响应在欠阻尼状态的衰减常数 和阻尼振荡角频率 ？3、RLC 串联电路的暂态过程为什么会出现三种不同的工作状态？七、实验报告1、根据观测结果，在方格纸上描绘二阶电路过阻

11、尼、 临界阻尼和欠尼的响应波形。2、测算欠阻尼振荡曲线上的 与 。3、归纳、总结电路元件参数的改变，对响应变化趋势的影响。4、心得体会及其他。7实验三电压比较电路一、实验目的1、掌握比较电路的电路构成及特点。2、学会测试比较电路的方法。3、熟练的运用Multisim进行仿真。二、实验原理说明电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。图 3.1 所示为一最简单的电压比较器，U R为参考电压，加在运放的同相输入端，输入电压 ui加

12、在反相输入端。(a)电路图 (b)传输特性图 3.1 电压比较器当 uiU R时，运放输出高电平，稳压管 Dz 反向稳压工作。输出端电位被其钳位在稳压管的稳定电压 UZ，即 uOU Z当 uiU R时，运放输出低电平，D Z正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降 UD，即uoU D因此，以 UR为界，当输入电压 ui变化时，输出端反映出两种状态。高电位和低电位。表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。图 3.1(b)为(a)图比较器的传输特性。常用的电压比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器、双限比较器（又称窗口比较器）等。（1）过零比较器电路如图 3.2 所示为加限幅电

13、路的过零比较器，D Z为限幅稳压管。信号从运放的反相8输入端输入，参考电压为零，从同相端输入。当 Ui0 时，输出 UO-(U Z+UD)，当 Ui0 时，UO+(U Z+UD)。其电压传输特性如图 3.2（b）所示。过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。(a) 过零比较器 (b) 电压传输特性图 3.2 过零比较器（2）滞回比较器图 3.3 为具有滞回特性的过零比较器。UT+ UT- + (a) 电路图 (b) 传输特性图 3.3 滞回比较器过零比较器在实际工作时，如果 恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，iU将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很

14、0U不利的。为此， 就需要输出特性具有滞回现象。 如图 3.3 所示，从输出端引一个电阻分压正反馈支路到同相输入端，若 改变状态，+点也随着改变电位，使过零点离0开原来位置。当 为正（记作 ） ，则当 后， 即由0UURU2fT iT0U正变负（记作 ） ，此时 。故只有当 下降到 以下，才能使 R2fT iT再度回升到 ，于是出现图 3.3(b)中所示的滞回特性。 与 的差别称为0 9回差。改变 R 2的数值可以改变回差的大小。三、实验设备序号 名 称 型号与规格 数量 备注1 双踪示波器 12 运算放大器 13 信号发生器 1四、实验内容1、过零比较器实验电路如图 3.4 所示。R110k

15、 R25.1k D1RD5.6D2RD5.6Ui UoXFG1V112 V V212 V U2ALM339AJ543212XSC1A BExt Trig+_ + _图 3.4 过零比较器电路(1) 测量 ui悬空时的 UO值。(2) ui输入 500Hz、幅值为 2V 的正弦信号，观察 uiu O波形并记录。(3) 改变 ui幅值，测量传输特性曲线。2、反相滞回比较器实验电路如图 3.5 所示。10R110k R25.1kD1RD5.6D2RD5.6Ui UoR3500K_LINKey = A 20%R410kXMM1V212 V V312 V U1ATL084CD321141XFG1XSC1A BExt Trig+_ + _图 3.5 反相滞回比较电路(1) 图 3.5 中，u i接 可调直流电源，测出 uO由 时 ui的临界值。2.5U(2) 同上，测出 uO由 时 ui的临界值。U(3) ui接 500Hz，幅值为 1V 的正弦信号，观察并记录 u iu O波形。(4) 将分压支路 100K 电阻改为 200K，重复上述实验，测定传输特性。3、同相滞回比较器实验线路如图 3.6 所示(1) 参照 2，自拟实验步骤及方法(2) 将结果与 2 进行比较图 3.6 同相滞回比较器