EWB虚拟实验举例

EDA 虚拟实验举例
此实验是通过计算机在 Electronics Workbench EDA 软件支持下完成。

实验一

有源滤波器系列

我们所研究的有源滤波器是由运算放大器和阻容元件组成的一种选频网络,用于传输 所需频段的信号,抑制或衰减不需要的信号。滤波器阶数越高,滤波特性越接近理想状态。 [实验目的] 研究设计有源低通,高通,带通和带阻滤波器。 [实验内容] (一)一阶低通滤波器 它能抑制高频信号,通过所须频段的低频信号。 [实验步骤] 1.画电路图并接上测试仪器

Uo

操作示范 (1)开始——程序——Wewb 进入电子工作台操作界面或者从开始界面 Wewb 快捷键进入

电子工作台。 (2)激活 元件 库 , 鼠 标 键 指 向 它,按下左键把它拖

1

至工作区后放开。元件旋转,同时按 Ctrl 和 R 二次。 (3).再激活 库 ,从中取出电阻.电容.信号源(它的作用同函数信号发生器)和 接地符号。 (4).开始连线,鼠标键指向元件一端即会出现一个黑点,按下左键拖向另一个元件一端, 当也出现黑点时放开左键连线完成。 (5).设置元件参数,双击(左键)该元件,出现一个对话框,指定该元件的数值,单位。

例:Capacitance[C]: 输入 0.1, 按上下小三角(F ,mf ,磷(uf,)nf, pf.), 选磷(uf), Accept。 注:运放为理想状态,不设置参数. (原理图完成) (6)从操作界面拖下所需的示波器,频谱仪和函数信号发生器(或器件库里的信号源) ,双 击仪器图标,先设置参数,后接在电路上。 (7).仪器面板设置如下: 示波器

左 A 通道 右 B 通道 频谱仪

指针处读数 增益和频率

左接电路输入端(+,-) 右接电路输出端(+,-)

指针(可移动) 幅度或相位设置

频率范围设置

I 为起始值,F 为终止值。

2

函数信号发生器

占空比

双击有关仪器的图标,打开面板,设置有关参数(一阶低通滤波器如上) 。 注:示波器时间参数要正确选择,选择不当会死机。 (7)电路仿真 按下电路开关 (右上角) ,电路运行,观察被测波形。 (8)记录观察到的波形和相关数据 幅度(dB 或 LIN) 频率(Hz) [思考题] 1. 用示波器观察输入和输出波形, A 通道接在信号源 + 端, 通道接在 U0 端输入和输出 当 B 波形幅度和相位是不同的,分析原因。 —0.9dB 或 0.9 —3dB 或 0.707 —20dB 或 0.1

2 .A 通道接在 R 右端,B 通道接在 U0 端,观察输入和输出波形。集成.运算放大器在这个电 路中起什么作用 ?

实验结果处理方法: 1.存储文件 File / Save As 选择路径输入文件名,确定。

2.用剪贴板输出图像 Edit / Copybits 此时鼠标指针变成十字形。 按下左键拖曳形成 一 个矩形,它所包围的图形即被输出至剪贴板。 3.打印输出。 注:2 和 3 了解一下,暂不操作。

3

按照以上示范操作一阶低通滤波器实验。

(二)二阶低通滤波器 为了使滤波效果更好,需增加滤波阶数,高阶滤波器可由一.二阶级联构成。 [实验步骤] 1. 画出实验电路

2.用频谱仪观察其幅频特性曲线,记录观察到的波形和相关数据. (1).当幅度下降至 0.9(线性)或-0.91dB(对数)时,频率为多少? (2).当幅度下降至 0.7(线性)或-3.dB(对数)时,频率为多少? (3).当幅度下降至 0.1(线性)或-20dB(对数)时,频率为多少?

幅度(dB 或 LIN) 频率(Hz)

—0.9dB 或 0.9

—3dB 或 0.707

—20dB 或 0.1

3.用示波器观察输入和输出波形的幅度,用频谱仪观察其相位 频率(Hz) 幅度(VI / V0 ) 相位(PHASE) 注: (1).改变信号源参数送出不同频率。 300 500 723

4

(2). 示波器读幅度时按 ZOOM。 (3)用频谱仪观察相位按 PHASE。 [思考题] 1. 画出一阶和二阶滤波器的幅频特性曲线,画在同一坐标系里,比较一阶和二阶滤波器的滤 波效果。

A

u

f
2. 分析幅度和相位变化的原因。

(三).二阶高通滤波器 [实验内容说明] 自行设计一个二阶高通滤波器,它能抑制低频信号,通过所需频段的高频信号。它与低 通滤波器有对偶关系。 二阶高通滤波器的传递函数(压控型)

Au ( s ) =

Auf ω 1+ + 0 Q.s s

式中
2

ω0

Auf = 1 +

Rf R1
1 R1 R2 C1C 2

s = jω

ωo =
Q——品质因数

——截止角频率

当 AUf=1 时,二阶高通滤波器的幅频特性为;

Au = ωo2 1 ω2

1 ωo + Qω
2 2

Q=

R1 (C1 + C 2 )

R1 .R2 C1C 2 .

5

[设计步骤] 1技术指标: 截止频率 10KHz。 通带增益 A=1。 2 电路选择。 (压控型) 3 电路元件参数计算。 根据电压传递函数的有关公式确定 ) ( (1).选电容,可参照下表; F(Hz) C(uf) 1——10 20——1 10——102 1——0.1 102——10 3 0.1—0.01 10 3——10 4 10 4 10 3(pf)


品质因数 Q=0.707。

注意:电容器系列的标称值规格.

选 C1=C2=C

(2)选电阻

因为 A uf =1,C1=C2=C,

ωo =

1 C R1 R2

Q=

1 R2 2 R1

∴ R2 =

2Q Cω o

R1 =

1 2QCω o

关于电阻电容标称值可从电工手册上查到。 4.仿真操作,检验是否满足设计指标,如果不符,重复计算和实验,直至达到设计指标。 [实验报告] 1. 画出所设计的二阶高通滤波器电路,标明元件参数。

2. 画出它的幅频特性曲线。 Auf

f

6

(四)带通滤波器 它能使某一频段信号通过, 而抑制或衰减其它频段的信号。 带通滤波器可由低通和高通 滤波器串联而成。 [实验步骤] 1 画出实验电路图

2.用频谱仪观察幅频特性曲线,中心频率为多少? 高端频率为多少? 通带宽度为多少? FL FO(kHz)

低端截止频率为多少?

FH

B

注意:仪器面板量程正确设定。幅度可选 F——0dB 或 1 (LIN),I—— -20dB 或 0。 频率范围 F——15KHz,I——300Hz。 (Log) 3.用示波器观察输入和输出波形。 (1).把 A 通道接在运算放大器的同相端,B 通道接在运算放大器的输出端,观察滤波器通 带增益。 VA= VB= A=

4.改变电路参数使中心频率为 5KHz,设计步骤同高通滤波器。选做。

7

(五)带阻滤波器 带阻滤波器用来抑制某一频段的信号,而使该频段以外的信号通过。它由低通 和高通滤波器并联而成。 [实验步骤] 1. 画出实验电路图

2.用频谱仪观察幅频特性曲线,中心频率为多少? 高端频率为多少? 通带宽度为多少? FL FO(kHz)

低端截止频率为多少?

FH

B

3.带阻滤波器常用来抑制干扰信号,试设计一个 50Hz 陷波电路。它的幅频特性如下图所示;

4 .在这个陷波电路输入端同时加两个信号,用示波器观察输入和输出信号的波形。 具体操作如下: (1).在输入端加两个信号(串联) ,其一为有用的信号 1V,5Hz。 其二为干扰信号 0.1V,50Hz。

8

(2).确定电阻和电容的参数。 R2 = R3 = R1 =

C1 =

C2 =

C3 =

(3).用频谱仪观察幅频特性曲线,看其是否抑制了干扰信号。 (4).用示波器 A 通道观察输入波形,把它画下来。

(5).用示波器 A 通道观察输出波形,把它画下来。

5.阐述这个电路的作用。.

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