NJUPT【电工电子基础实验】
NJUPT【电工电子基础实验】
目录
- 1、传输网络的幅频和相频特性
- （1）实验原理
- （2）实验内容
- 2、周期信号频谱分析 ，连续时间系统的模拟
- （1）周期信号频谱分析
- （2）连续时间系统的模拟
- 实验任务
- 实验内容
- 3、非线性电阻的伏安特性
- （1）实验原理
- 实验内容
- 4、戴维宁定理和诺顿定理
- （1）实验原理
- （2）实验内容
- 5、串联谐振电路
- （1）仪器使用部分
- （2）串联谐振电路
- 6、组合逻辑电路
- 用与非门设计数字锁逻辑电路
- 判断逻辑电路图的险象情况
- 7、数据选择器应用，触发器及应用
- （1）用 4 选一数据选择器设计一位全加器
- （2）用4选一数据选择器实现函数F=m0+m4+m5
- （3）用D触发器设计二位二进制加法器和减法器
- 8、动态显示系统
- 9、计数与分频电路
- （1）设计M=7的计数器
- （2）设计分频比N=5的整数分频电路
- （3）用MUX产生序列信号“1110010”
- 10、寄存器与移位寄存器电路
- 移位寄存器附加门电路
- 移位寄存器附加数据选择器
1、传输网络的幅频和相频特性
（1）实验原理
（2）实验内容
1、使用Multisim软件，对电路进行仿真，需要用到如下几种元器件
2、选择合适的参数画出4种电路，如下图
tips：ctrl+r 旋转元器件；双击元器件修改参数；点击管脚引出导线；
3、分别测量
RC电路：半功率点频率、电压比和相位差
RL电路：半功率点频率、电压比和相位差
RLC电路：两个半功率点频率、谐振频率、电压比和相位差
双T电路：两个半功率点频率、固有频率、电压比和相位差
以RC电路举例：
首先设置波特测试仪参数，需要在“设置…”中将分解点设置为1000来确保之后的精度
然后F5运行，进行半功率点测量
右键蓝色竖线，Set Y value =>，设置电压比为0.707，即半功率点
记录此时频率3.385kHz
再利用相位，再次测量此时的频率
右键蓝色竖线，Set Y value =>，设置相位为45
于是可以得到RC电路所需的表格
| f0 | 电压比 | 相位差 |
|---|---|---|
| 3.385kHz | 0.707 | 45 |
同理，RL电路
| f0 | 电压比 | 相位差 |
|---|---|---|
| 0.796kHz | 0.707 | -45 |
RLC电路
tips：测量此时的固有频率需要右键蓝线，Go to next Y MAX
| 频率 | 电压比 | 相位差 | |
|---|---|---|---|
| f1 | 6.447kHz | 0.707 | 45 |
| f0 | 6.729kHz | 0.999 | -0.001 |
| f2 | 7.016kHz | 0.707 | -45 |
双T电路
| 频率 | 电压比 | 相位差 | |
|---|---|---|---|
| f1 | 0.188kHz | 0.707 | -45 |
| f0 | 0.795kHz | 0 | 0.052 |
| f2 | 3.371kHz | 0.707 | 45 |
2、周期信号频谱分析 ，连续时间系统的模拟
（1）周期信号频谱分析
1、需要用到的新元器件
2、画出电路图
3、以矩形波10%为例
（1）设置函数发生器参数如图
（2）修改4通道示波器的标度，得到如下图
（3）右键电路图空白处，选择“属性”，将网络名称改为全部显示
（4）在菜单中选择“仿真”->“分析”->“傅里叶分析”，设置傅里叶分析的参数，选择输出为V进行分析
运行获得如下图
记录Frequency和Magnitude两列数据，注意其中Frequency为绝对值
测量其他类型的波则修改函数发生器的设置即可
最终得到表格
思考题
1、非正弦周期信号的谱线是离散的，其角频率间隔为基波频率，且只存在于基波频率的整数倍上。(设周期信号的周期为T)
2、大多数非正弦信号的幅度谱包含无数条谱线，但其主要能量集中在谱线幅度包络线的第一个零点以内，这段包络线称为主峰，其频率范围称为有效频带宽度。
3、矩形周期信号的直流、基波和各谐波分量的幅值与矩形脉冲幅度成正比。
4、在有效频带宽度内，矩形周期信号的谐波幅度按抽样函数规律收敛，三角形周期信号谐波幅度按抽样函数的平方规律收敛。
5、矩形周期信号的幅度和周期保持不变，随着占空比的增加(<50%)，主
峰高度增大，主峰宽度减小，各谱线宽度不变，主峰内含的谱线数量减小，有效频带宽度减小，主峰内各高次谐波分量减小。
6、理想的正弦波的幅度谱包含一条谱线，证明其只有基波，而无谐波分量，如果能测出谐波分量，说明该正弦波已有失真。
（2）连续时间系统的模拟
实验任务
分别对课本上的RC低通电路和二阶带通电路的传输特性，作时域求解和复频域求解，并比较结果
实验内容
以二阶带通电路为例
时域求解
复频域求解
首先将时域电路转换为复频域电路
再直接写出传输函数
根据情况对传输函数进行化简，即算子S化成S^(-n)，分母的常数项化成1
所以代入数据可得
构造连续时间模拟框图为
所以可以根据框图画出电路图
元器件位置及功能：
测得幅频、相频曲线类似
3、非线性电阻的伏安特性
（1）实验原理
实验内容
画出电路图
万用表的设置：
元件的位置：
TIPS:双击电源可设置参数；左右方向键可微小调节电源大小；
4、戴维宁定理和诺顿定理
（1）实验原理
（2）实验内容
1、 直接测量：如图接线，1、2端用短导线连接。用万用表欧姆档适当量程测3、4端电阻R0。
2、 加压定流：如图接线，调整电源电压，使电流表读数为10mA。记录电压表读数V及由此计算的等效电源内阻R0。
3、 开、短路法：如图接线，调整Vs=8V，测3、4端开路电压（用直流电压20V挡）和短路电流（用直流电流20mA挡）。
4、 半电压法：如图接线，3、4端接上电位器，作为可变负载电压，调整电位器，使负载上的电压等于Voca/2，此时电位器接入的阻值就等于等效电源的内阻。
5、 拆除3、4端电位器，稳压电源置双路工作方式，如图接线，（3、4端接上电流表、电压表和另一路直流电压V），调整V，使得电流表读数为0（最小量程挡），这时电压表的读数即为开路电压Vocb，应有Voca约等于Vocb。
最后可以得到表格
5、串联谐振电路
（1）仪器使用部分
1、 将电路如图连接，调整直流稳压电源至 5V，示波器垂直档位设置为 2V/格
2、 将电路如图连接，示波器 CH1 测量 Vs 波形，CH2 测量 1 结点的波形，在同一个坐标系中画出 2 个波形，两个通道垂直档位都设定为 5V/Div
3、 将电路如图连接，设定安捷伦函数发生器发送方波，参数为频率 2kHz,峰峰值 5Vpp，直流偏移2.5VDC
4、 将电路如图连接，设定 CH1 测量 2kHz 信号，CH2 测量 4kHz 信号
占空比调节：
shift+offset
（2）串联谐振电路
1、 首先计算理论的谐振频率，计算得谐振频率为6725.5Hz，Q值为2.36
2、 测谐振频率f0.
（1） 如图接线。信号源输出正弦波，f任意，保持Vs=500mV。
（2） 调整信号源频率，根据谐振时回路电流最大，即电阻Rt上电压VRt最大，找出谐振频率f0。
（3） 测量谐振时的VRt0、VC0、VL0，并记录之。
3、 测半功率点。
示波器置双踪工作方式，将Vs和VRt分别送入两个通道，用相位差测量方法找出半功率点频率f1和f2，并验证VRt是否等于0.707VRt0。
4、 验证Q值：根据Q=VC0/Vs及Q=f0/(f2-f1)计算出两个Q值，进行相等的验证，如果误差太大，则测试有误，需要重测。
5、 测量谐振曲线：在2kHz~20kHz范围内选择频率测出个频率下的VRt
6、 根据测试结果，画出I-f串联谐振曲线。
TIPS：调节有效值(改变单位为有效值) Enter Number->任意输入数字->点击面板上的下方向键（Vrms)
6、组合逻辑电路
用与非门设计数字锁逻辑电路
可知该电路应该存在两个输出，一个用来表示是否开锁成功，一个表示是否报警
所以用“1”表示“是”，“0”表示“否”，则可以得到如下真值表
| A | B | C | F1 | F2 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
进一步可以分别获得F1和F2的卡诺图
得到逻辑表达式，并写为与非门构成的形式
根据逻辑表达式画出原理图
ise中的原理图如下
仿真的波形图：
判断逻辑电路图的险象情况
根据原理图写出逻辑公式，化简得到
可以知道B和C都是高电平取“1”时，存在“1-0-1”型险象
修改：
向逻辑表达式中加上BC项，化为与非的形式
Multisim中原电路图
修改后的电路图：
险象的判别与消除方法：
7、数据选择器应用，触发器及应用
（1）用 4 选一数据选择器设计一位全加器
首先列出全加器的真值表
| Ai | Bi | Ci | Si | Ci+1 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
根据真值表画出卡诺图，并进行降维处理
再结合4选一数据器的功能表，得到数据输入端赋值
最后得到原理图
仿真的波形图
（2）用4选一数据选择器实现函数F=m0+m4+m5
首先列出真值表
| A | B | C | F |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
利用真值表画出卡诺图，并降维
得到数据输入端的赋值
最后画出电路图
得到仿真波形
（3）用D触发器设计二位二进制加法器和减法器
以二位二进制加法器为例
D触发器功能表：
首先列出状态转移表
| Q1 | Q0 | Q1’ | Q0’ |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
再推导出特征方程
画出原理图如下
仿真波形图
8、动态显示系统
找不到实验报告了，先放着
9、计数与分频电路
（1）设计M=7的计数器
采用置0的方法，
置数端D0D1D2D3全部置0
得到模7的状态转移表
| Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | L |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
由状态转移表可知反馈函数L=Q1Q2
最终获得电路图
（2）设计分频比N=5的整数分频电路
设计分频比N=5的分频电路，所以可知周期为原来的5倍，即设计模5的电路
同样采用置0的方法
置数端D0D1D2D3全部置0
| Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | L |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
由状态转移表可知反馈函数L=Q2
最终获得电路图
（3）用MUX产生序列信号“1110010”
首先写出输出和输入关系的真值表
| Q3 | Q2 | Q1 | Q0 | F |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
选用四选一计数器需要进行降维
最终得到电路图
补充：
10、寄存器与移位寄存器电路
移位寄存器附加门电路
a. 序列码“101001”，P=6<8，仅用 3 位，选择右移，去掉 Q3；
b. 列出状态转移表如下：
c. 确定电路为右移后，S1S0=“01”，反馈函数接 DSR，画出卡诺图如下：
得出表达式
d. 检查自启动特性，可知偏离态“000”和“111”对应的 DSR分别为“1”和
“0”，重新得到表达式不变。
e. 画出电路图：
移位寄存器附加数据选择器
将移位寄存器的现态作为数据选择器的地址输入，根据状态转移表画得电路图如
下：
