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第1篇 模拟电子学基础实验1

1.1线性电路的仿真2

1.1.1 OrCAD的使用2

1.1.1.1电路原理图输入Capture操作步骤2

1.1.1.2电路仿真PSpice操作步骤3

1.1.2无源RLC线性电路特性4

1.1.2.1一阶低通系统5

1.1.2.2一阶高通系统9

1.1.2.3二阶低通系统11

1.1.2.4二阶高通系统17

1.1.2.5二阶带通系统20

1.1.2.6二阶带阻系统23

1.1.3实验内容26

1.1.3.1一阶低通和高通电路仿真分析27

1.1.3.2二阶低通和高通电路仿真分析27

1.1.3.3二阶带通和带阻电路仿真分析28

1.1.4实验步骤28

1.1.4.1无源RLC线性电路原理图输入28

1.1.4.2无源RLC线性电路阶跃响应的瞬态分析30

1.1.4.3无源R LC线性电路正弦响应的瞬态分析32

1.1.4.4无源RLC线性电路的交流分析34

1.1.4.5实验数据记录35

1.2晶体管单级放大器的分析38

1.2.1实验原理38

1.2.1.1双极型管共射放大器38

1.2.1.2 MOSFET共源放大器42

1.2.2实验内容46

1.2.2.1双极型管共射放大器分析46

1.2.2.2绝缘栅型场效应管共源放大器分析47

1.2.2.3实验数据记录48

1.3晶体管多级放大器的分析49

1.3.1实验原理49

1.3.1.1共射放大器特性51

1.3.1.2共基放大器特性52

1.3.1.3共集放大器特性52

1.3.2实验内容53

1.3.2.1多级放大器的瞬态分析54

1.3.2.2多级放大器的交流分析54

1.3.2.3实验数据记录55

1.4差动放大电路的分析56

1.4.1实验原理56

1.4.1.1基本型差动放大器56

1.4.1.2恒流源型差动放大器58

1.4.1.3有源负载型差动放大器60

1.4.2实验内容63

1.4.2.1差动放大器的瞬态分析63

1.4.2.2差动放大器的交流扫描分析63

1.4.2.3实验数据记录64

1.5负反馈放大电路的分析65

1.5.1实验原理65

1.5.1.1负反馈系统组态65

1.5.1.2负反馈系统特性66

1.5.2实验内容68

1.5.2.1电压串联负反馈放大电路的分析68

1.5.2.2电流串联负反馈放大电路的分析70

1.5.2.3电压并联负反馈放大电路的分析71

1.5.2.4电流并联负反馈放大电路的分析73

1.5.2.5数据记录75

1.6运算放大器及其信号处理电路的分析77

1.6.1实验原理77

1.6.1.1运算放大器特性77

1.6.1.2信号处理电路80

1.6.1.3有源滤波器85

1.6.2实验内容89

1.6.2.1运算放大器特性分析90

1.6.2.2加运算电路分析90

1.6.2.3积分与微分运算电路分析91

1.6.2.4有源滤波器电路分析91

1.6.2.5数据记录92

1.7信号波形发生电路的分析93

1.7.1实验原理93

1.7.1.1 Wien正弦波振荡器93

1.7.1.2非正弦波振荡器96

1.7.2实验内容98

1.7.2.1 Wien正弦波振荡器分析98

1.7.2.2非正弦波振荡器分析99

1.7.2.3数据记录100

1.8串联型调整管稳压电源的分析101

1.8.1实验原理101

1.8.1.1变压器101

1.8.1.2整流与滤波电路101

1.8.1.3稳压电路103

1.8.1.4稳压电源主要指标104

1.8.2实验内容105

1.8.2.1输出电压范围分析105

1.8.2.2稳压系数分析105

1.8.2.3输出阻抗分析106

1.8.2.4滤波电压纹波分析106

1.8.2.5数据记录106

1.9 OrCAD使用指南107

1.9.1电路原理图输入Capture107

1.9.1.1电路原理图的基本结构107

1.9.1.2设计项目管理108

1.9.1.3 PSpice数据表示109

1.9.1.4元件（Part）与库（Library）109

1.9.1.5元器件的放置（Place/Part）112

1.9.1.6电源与接地符号的放置（Place/Power和Place/Ground）112

1.9.1.7端口连接符号的放置（Place/Off-Page Connector）113

1.9.1.8互连线的绘制（Place/Wire）113

1.9.1.9电连接结点的放置（Place/Junction）114

1.9.1.10节点名的放置（Place/Net Alias）114

1.9.1.11总线114

1.9.1.12电路图的编辑修改115

1.9.1.13元器件属性参数的编辑修改116

1.9.2电路仿真PSpice117

1.9.2.1输出变量表示117

1.9.2.2直流工作点分析（Bias Point）119

1.9.2.3直流特性扫描分析（DC Sweep）119

1.9.2.4交流小信号频率特性分析（AC Sweep）120

1.9.2.5瞬态特性分析（Time Domain （Transient））121

1.9.2.6输入激励信号122

1.9.2.7波形显示和分析模块Probe125

1.10放大器参数测试以及无源器件参数系列128

1.10.1放大器参数测试的实验方法128

1.10.1.1最大动态范围V app的测试128

1.10.1.2放大器输入阻抗ri的测试128

1.10.1.3放大器输出电阻ro的测试129

1.10.1.4放大器增益的测试130

1.10.1.5放大器幅频特性的测试131

1.10.2无源器件参数系列131

1.10.2.1电阻参数系列131

1.10.2.2电容参数系列133

1.10.2.3电感参数系列134

第2篇 数字逻辑基础实验135

2.1数字EDA软件入门135

2.1.1设计软件ISE的使用135

2.1.1.1进入设计环境136

2.1.1.2进入电原理图编辑器138

2.1.1.3编辑电原理图142

2.1.1.4逻辑功能验证145

2.1.1.5设计实现和时序仿真150

2.1.2实验内容152

2.1.2.1输入电原理图152

2.1.2.2设计后续处理152

2.1.2.3实验预习153

2.1.2.4实验报告要求153

2.2组合电路的分析和验证153

2.2.1实验原理153

2.2.2实验内容153

2.2.2.1编码器电路分析153

2.2.2.2组合电路分析1155

2.2.2.3组合电路分析2156

2.2.2.4实验预习报告内容156

2.2.2.5实验报告要求157

2.3组合电路（7段译码器与编码器）的设计157

2.3.1实验原理157

2.3.2实验内容159

2.3.2.1设计7段数码显示器译码电路159

2.3.2.2设计4-2优先编码器160

2.3.2.3实验预习报告内容161

2.3.2.4实验报告要求161

2.4层次化的设计方法（全加器设计）162

2.4.1实验原理162

2.4.2实验内容168

2.4.2.1用层次化的方法设计4位加法器电路168

2.4.2.2用已验证的4位加法器宏单元组成一个8位的加减器168

2.4.2.3实验预习报告内容168

2.4.2.4实验报告要求169

2.5迭代设计法（4位全加器与数据比较器的设计）169

2.5.1实验原理169

2.5.2实验内容170

2.5.2.1设计采用超前进位技术的4位加法器170

2.5.2.2采用迭代的方法设计一个4位的数据比较器171

2.5.2.3实验预习报告内容171

2.5.2.4实验报告要求171

2.6算术逻辑单元的设计172

2.6.1实验原理172

2.6.2实验内容173

2.7触发器及基本应用电路173

2.7.1实验原理173

2.7.1.1触发器的转换173

2.7.1.2二进制异步计数器174

2.7.1.3移位寄存器175

2.7.2实验内容176

2.7.2.1触发器与锁存器的性能比较176

2.7.2.2触发器形式的变化176

2.7.2.3异步计数器的基本性能分析176

2.7.2.4异步计数器的工作过程分析176

2.7.2.5移位寄存器分析177

2.7.2.6实验预习报告内容177

2.7.2.7实验报告要求177

2.8同步计数器与应用178

2.8.1实验原理178

2.8.2实验内容180

2.8.2.1同步计数器的基本性能分析180

2.8.2.2构成秒信号发生器180

2.8.2.3 10进制计数器和6进制计数器的设计180

2.8.2.4电子秒表电路设计180

2.8.2.5带冗余状态的同步时序电路的设计180

2.8.2.6实验预习报告内容180

2.8.2.7实验报告要求181

2.9顺序脉冲信号发生器182

2.9.1实验原理182

2.9.2实验内容182

2.9.2.1计数器与译码器构成的顺序脉冲信号发生器182

2.9.2.2环型计数器构成的顺序脉冲信号发生器183

2.9.2.3伪随机序列发生器183

2.9.2.4实验预习报告内容183

2.9.2.5实验报告要求184

2.10状态机设计（自动售货机）184

2.10.1实验原理184

2.10.2实验内容187

2.10.2.1自动售货机控制电路设计187

2.10.2.2自动售货机控制电路的改进187

2.10.2.3实验预习报告内容187

2.10.2.4实验报告要求188

2.11交通灯控制器188

2.11.1实验原理188

2.11.2实验内容189

2.12逻辑单元图形符号189

2.13 FPGA结构数据下载190

2.13.1实验开发板FPGA外围设备190

2.13.1.1系统电源与结构文件数据下载方式选择190

2.13.1.2外围输入设备的FPGA芯片管脚定义191

2.13.1.3外围输出设备的FPGA芯片管脚定义191

2.13.1.4外围双向设备的FPGA芯片管脚定义191

2.13.2结构文件数据配置下载的准备194

2.13.2.1接通FPGA开发板电源和JATG下载线194

2.13.2.2完成项目顶层电路原理图的编辑与修改194

2.13.2.3分配FPGA管脚196

2.13.3下载结构文件数据到FPGA芯片内部RAM198

2.13.3.1指定bit编程文件198

2.13.3.2下载bit文件到FPGA芯片内部RAM200

2.13.4下载结构文件数据到FPGA芯片外部EEPROM201

2.13.4.1指定mcs编程文件201

2.13.4.2下载mcs文件到FPGA芯片外部EEPROM206

第3篇 印刷电路板设计基础实验209

3.1单面印刷电路板设计210

3.1.1印刷电路板设计原理210

3.1.1.1印刷电路板层次结构210

3.1.1.2印刷电路板元件布局210

3.1.1.3印刷电路板布线211

3.1.2 Altium Designer使用入门212

3.1.2.1新建电路板工程项目212

3.1.2.2电路原理图编辑213

3.1.2.3印刷电路板设计213

3.1.3实验内容214

3.1.3.1晶体振荡器电路原理图编辑214

3.1.3.2晶体振荡器电路印刷板设计215

3.1.4实验步骤216

3.1.4.1新建电路板工程项目216

3.1.4.2电路原理图的编辑217

3.1.4.3印刷电路板的编辑219

3.2双面印刷电路板设计220

3.2.1实验原理220

3.2.1.1金属化过孔与双面走线221

3.2.1.2双面印刷电路板设计预处理221

3.2.1.3双面印刷电路板设计规则设置222

3.2.1.4双面印刷电路板设计自动布线223

3.2.1.5双面印刷电路板设计后续处理223

3.2.2实验内容224

3.2.2.1三位数字频率计电路原理图编辑224

3.2.2.2三位数字频率计印刷电路板设计226

3.3原理图元件符号创建227

3.3.1实验原理227

3.3.1.1原理图元件符号库文件管理227

3.3.1.2原理图元件符号的创建228

3.3.2实验内容229

3.3.2.1RS485总线驱动接收器元件符号的创建229

3.3.2.2 RS232/RS485总线转换电路原理图编辑229

3.3.2.3 RS232/RS485总线转换电路的PCB设计232

3.4印刷板图元件创建232

3.4.1实验原理232

3.4.1.1印刷板元件封装图形库文件管理233

3.4.1.2印刷板元件封装图形的创建233

3.4.2实验内容234

3.4.2.1 7段数码显示器元件符号的创建234

3.4.2.2三位数字动态扫描显示电路原理图编辑235

3.4.2.3三位数字动态扫描显示电路的PCB设计237

3.5 Altium Designer使用指南238

3.5.1层次电路原理图编辑方法238

3.5.1.1层次电路元件序号标识形式238

3.5.1.2建立层次电路238

3.5.2印刷电路板后续处理239

3.5.2.1敷铜区放置240

3.5.2.2设置泪滴焊盘及泪滴过孔240

参考文献241