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Multisim数字电路仿真实验报告

基于Multisim数字电路仿真实验

一、实验目的

1.掌握虚拟仪器库中关于测试数字电路仪器的使用方法,入网数字信号发生器和逻辑分析仪的使用。

2.进一步了解Multisim仿真软件基本操作和分析方法。

二、实验内容

用数字信号发生器和逻辑分析仪测试74LS138译码器逻辑功能。

三、实验原理

实验原理图如图所示:

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四、实验步骤

1.在Multisim软件中选择逻辑分析仪,字发生器和74LS138译码器;

2.数字信号发生器接138译码器地址端,逻辑分析仪接138译码器输出端。并按规定连好译码器的其他端口。

3.点击字发生器,控制方式为循环,设置为加计数,频率设为1KHz,并设置显

示为二进制;点击逻辑分析仪设置频率为1KHz。相关设置如下图

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五、实验数据及结果

逻辑分析仪显示图下图

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实验结果分析:由逻辑分析仪可以看到在同一个时序74LS138译码器的八个输出端口只有一个输出为低电平,其余为高电平.结合字发生器的输入,可知.在译码器的G1=1,G2A=0,G2B=0的情况下,输出与输入的关系如下表所示

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当G1=1,G2A=0,G2B=0中任何一个输入不满足时,八个输出都为1

六、实验总结

通过本次实验,对Multisim的基本操作方法有了一个简单的了解。同时分析了38译码器的功能,结果与我们在数字电路中学到的结论完全一致。

实验二基于Multisim的仪器放大器设计

一、实验目的

1.掌握仪器放大器的实际方法;

2.理解仪器放大器对共模信号的抑制能力;

3.熟悉仪器放大器的调试方法;

4.掌握虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器的使用方法,如示波器、毫伏表、信号发生器等虚拟仪器的使用方法。

二、实验内容

1.采用运算放大器设计并构建仪器放大器,具体指标为:

(1)输入信号Ui=2mv时,要求输出电压信号Uo=0.4V,Avd=200,f=1KHz;

(2)输入阻抗要求Ri》1MΩ

2.用虚拟仪器库中关于测试模拟电路仪器,按设计指标进行调试;

3.测量所构建的测量放大器的共模抑制比(选做)

4.记录实验数据进行整理分析。

三、实验仪器

Multisim虚拟仪器中的函数信号发生器,毫伏表,示波器,运算放大器、电阻等。

四.实验设计

实验原理图如下:

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说明:图示电路是由三个集成运放构成的放大器电路,对输入差模信号进行放大,放大倍数Av= R6(1+[R1+R4)/R2]/R5.图中输入差值为2mv,放大倍数为200,输出0.397v,约等于0.4v,符合试验要求

输入差值为2mV的信号时输出波形如图:

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输入共模信号时的输出波形:

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五、实验总结

通过调节输入信号,发现该虚拟仪器放大器可以放大差模信号,放大倍数与实验要求一致;对于共模信号,则无放大作用。通过实验,对放大器的基础知识

有了一个深入的复习,同时对Multisim的使用方法也有了更好的掌握。

实验三逻辑电平测试器设计

一、实验目的及要求

逻辑电平测试器综合了数字电路和低频电子线路两门课的知识要求学生自己设计,并在Multisim电子工作平台上进行仿真。培养学生的综合应用能力。培养学生进行工程设计的能力。

1.理解逻辑电平测试器的工作原理及应用。

2.掌握用集成运放构建逻辑电平测试器的方法。

3.掌握逻辑电平测试器的调整和主要性能指标测试方法。

二、实验原理

逻辑信号电平测试器采用声音和指示灯来表示被测信号的逻辑状态,高电平和低电平用不同的声调和指示灯表示。本文设计的电路采用了电压比较器和RC

桥式正弦振荡电路实现对信号幅度检测、鉴别和音频的产生。电路中使用了集成运算放大器、集成运算放大器、NPN 晶体管、PNP 晶体管9012、电位器、发光二极管、普通二极管等。

本电路有五部分组成:电源、输入电路、逻辑状态判断电路、音响电路、指示灯点电路。主要的设计在于三个部分,即逻辑判断电路、音响电路和指示灯电路。设计调试完成的电路可实现对高电平和低电平的逻辑判断。在低电平UL<0.8V,500Hz 的音响响起,绿色指示灯亮;在高电平UH>3.5V,1000Hz 的音响响起,红色指示灯亮。当被测信号在0.8—3.5V 之间时,既不是高电平,也不是低电平,音响电路不发出声音,指示灯不亮。

三、实验内容

第一部逻辑信号电平测试电路原理图

该图为测试电路的原理图,各部分的标号以后面的分解电路的标号为准。

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该图为模拟仿真图,Vcc 初设的幅值为5V,调试流程中的标号将在后面分解后的电路图中给出。

逻辑信号电平测试器共有五部分组成。它们分别是电源、输入电路、逻辑状态判断电路、音频产生电路、指示灯电路。按照原理图调试成功的电路可实现声音和指示灯表示被测信号的逻辑状态。具体来说是:U<0.8V 时被认为是低电平,500Hz 的声音响起,绿色指示灯点亮;U>3.5V 时被认为是高电平,1000Hz 的声音响起,红色指示灯点亮;介于两者之间的被测电压不认为是低电平或者高电平,电路不发出声音,也不会点亮指示灯。

系统调试流程:

1. 连接RC 振荡电路部分,利用示波器观察集成运算放大器A3 和A4 的输出端u01 和u02 的电压波形是否满足设计要求。

2. 连接输入和逻辑判断电路部分,调节输入电压Ui,利用数字万用表测试集成运算放大器A3和A4 的输出端A 和B,是否满足设计要求。

3. 连接输出电路部分,缓慢调节输入电压Ui,观察输入电压变化时,发光二极管如何变化,音频如何让变化。

第二部分三个主要部分的分解电路分析

逻辑状态判断电路:

应用电压比较器进行模拟信号电压幅度的检测和鉴别。

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Ui 是被测信号,A1和A2 为两个运算器,利用A1 和A2 分别与它们外围电路组成两个电压比较器。

当被测电压Ui <0.8 时,A1 反相端大于同相端电压,使A1 输出端电压为负电源电压,经过二极管VD1 后,UA 为低电平(0V)。A2 的反相端电压小于同相端电压,使A2 输出端电压为正电源电压,经过二极管和稳压管作用后,UB 为高电平(5.1V)。当Ui 在0.8-3.5V 时,UA 为高电平,UB 为低电平。

输入电路:由R1 和R2 组成。电路作用是保证测试器输入端Ui 悬空时,既不是高电平也不是低电平。一般情况下,在输入端悬空时使Ui 为2.5V。根据技术指标要求输入电阻大于20KΩ,故

R2Ucc/(R1+R2)=1.4V 且R1R2/(R1+R2)>20 KΩ

计算可得到R1=71 KΩ,R2=27.6 KΩ。

取标称值:R1=75 KΩ,R2=30 KΩ

R3 和R4 的作用是给A1 的反相端输入提供一个3.5V 的参考电压,因此要求R3Ucc/(R3+R4)=3.5V

R3 和R4 取值过大容易引入干扰,过小则耗电量大,工程上一般去几十千欧到几百千欧,所以取

R3=30 KΩ,R4=68 KΩ。

R5 和R6 的作用是给A2 的同相输入端提供一个0.8V 的参考电压,因此要求R6Ucc/(R5+R6)=0.8V

同理选取

R5=68 KΩ,R6=13 KΩ。

音频产生电路:

利用RC 桥式正弦振荡电路实现,RC 串并联电路及时正反馈电路,又是选频电路。

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为了产生频率为1KHz 的正弦波,选取C1=C2=10nF,R10=R13=15 KΩ;为了产生频率为500Hz 的正弦波,选取C3=C4=10nF,R15=R14=31 KΩ。

二极管的作用是实现自动限幅。利用二极管的正向电阻随所加电压而改变的特性,达到自动调节负反馈的目的。当起振之初,振幅较小,尚不足以使二极管

导通,二极管的正向电阻较大,使运算放大器的负反馈很弱,增益很高,因此可以很快建立起振荡。而后,随着振荡幅度的增大,二极管导通,二极管的正向电阻逐渐变小,运算放大器的负反馈加深,增益自动下降,直到电路达到振幅平衡条件,振幅停止增加,电路达到稳定。

电位器R12 和R19 可用来调节振荡幅度的大小。

指示灯电路:

由发光二极管,限流电阻和NPN 型晶体管组成,同样利用UA、UB 来控

制晶体管V5 和V6 的通断。

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1. 当输入电压小于0.8V 时,UB 为高电平绿色发光二极管点亮。

2. 当输入电压大于

3.5V 时,UB 为低电平,UA 为高电平红色发光二极管点亮。

3. 当输入电压大于0.8V 小于3.5V 时,指示灯不亮。

四、实验总结

测试输出:当输入大于3.5V时,输出为1KHz的音频,红色二极管发光;当输入小于0.8V时,输出为500KHz的音频电路,绿色二极管被点亮。介于0.8和3.5V之间时,无输出响应。

分析过程把整个电路分为三部分进行分析,称之为分解电路。分解电路Multisim 10.0 软件进行绘制与仿真,在模拟过程中遇到了不少问题。

我在这次大作业的过程,感觉到自行设计和修改电路的难度很大,自己在电路仿真和论文写作方面仍有不少欠缺之处,希望在不断学习中获得进步。

实验四场效应管放大器电路设计

一、实验目的

1.场效应管电路模型、工作点、参数调整、行为特性观察方法

2.研究场效应管放大器电路的放大特性及元件参数的计算;

3.进一步熟悉放大器性能指标的测量方法、

二、实验内容

1.研究耗尽型MOS场效应管共源极的放大特性。

2.研究耗尽型MOS场效应管共源极放大电路的输出电阻。

三、实验要求

正确连好死安路改变负载电阻;分别测量输出端的电压;用换算法测量电路的输入,输出电阻;记录实验数据。

四.实验设计

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滑动变阻器R4取30%时波形

如上图,对于耗尽型场效应管,通过仿真可以看到通过调节漏极电压,输出电压也会变化,也即是增益会变化,波形会出现失真。调节R4使波不失真。

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滑动变阻器R4取20%时波形

在波形不失真的情况下调节负载电阻R5,观察输出波形。

1.当滑动变阻器调到60%时

用直流电压表测输入和输出电压,用直流电流表测输入和输出电流。当其当其输入有交流信号时,根据电压表和电流表所示数据可算出:

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输入电阻Ri= 0.035V/0.992uA=35.282k?

输出电阻Ro= 0.733V/3.096uA=236.76k?

电压增益Av=0.733V/0.035V=20.94

输出波形如下图所,红色线条为输入波形,绿色线条为输出波形:

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2、当滑动变阻器R5调到30%时。

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用用直流电压表测输入和输出电压,用直流电流表测输入和输出电流。当其当其输入有交流信号时,根据电压表和电流表所示数据可算出:

输入电阻Ri=0.035V/0.992uA=35.28k?

输出电阻Ro= 0.721V/6.177uA=116.7k?

电压增益Av=0.721V/0.035V=20.6

输出波形如下图所,红色线条为输入波形,绿色线条为输出波形:

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此外还可利用波特图示仪观察场效应管的幅频特性和想频特性,如下图;

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五、实验总结

本实验对场效应管在共源模式下的放大性能作了简单的测试。通过改变静态工作点和负载电阻的阻值,场效应管的放大倍数会随之改变,一定情况下会出现失真。本实验的结论在实际应用中有着重要的作用,它指导我们如何利用管子在不失真的情况下尽量提高放大倍数。在今后的学习工作中,Multisim也将成为我们不可缺少的工具软件。