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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Capture 107

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PSpice 117

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Probe 125

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1 155

2.2.2.3组合电路分析2 156

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RAM 198

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RAM 200

2.13.4下载结构文件数据到FPGA芯片外部EEPROM 201

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EEPROM 206

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