用负阻原理设计高稳定度VCO_老古网
用负阻原理设计高稳定度VCO
来源:电子技术应用 &&作者:北京清华大学微波与数字通信国家重点实验室　彭观善　冯正和　陈雅琴& 日
&&&&& &压控振荡器(VCO)是锁相环路的重要组成部分。随着电子技术的发展,出现了许多集成的VCO芯片。考虑到高频率稳定度、低相噪的要求,这里采用Agilent公司生产的低噪声晶体管HBFP0450来设计VCO。常用的VCO一般有三种[1]:晶体压控振荡器、LC压控振荡器和RC压控振荡器。对于超高频段的VCO,采用LC振荡器形式;为了提高频率稳定性,采用了克拉泼电路,并进行了相角补偿。 &&&&&& 1 负阻振荡原理 　　这里采用负阻方法[2][6]来设计压控振荡器,负阻振荡原理图如图1所示。
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　　图中,ZIN是晶体管电路的输入阻抗,RIN和XIN分别是输入电阻和电抗;ZL是负载阻抗,RL和XL分别是负载电阻和电抗。 　　根据振荡原理[2～3],起振条件是: 　　RIN+RL&0 (1) 　　振荡的平衡条件是: 　　RIN+RL=0 (2) 　　XIN+XL=0 (3)&&&&& 2 设计与仿真&&&&&& 2.1 起振与振荡的仿真 　　这里用ADS来仿真电路,采用改进型克拉泼电路[3]形式,具体电路如图2所示。选用高增益、低噪声的HBFP0450作为三端器件,它在200MHz工作频率上有20dB的增益,从而保证了较大的振荡幅度。供电电压为5V,通过R1、R2和R3来确定静态工作点,工作电流选定为10mA,Vce为2.5V。 　　交流等效电路如图3所示。L1、C4和C5串联可以等效成一个电感,从而满足电容三端振荡器的相位条件。L1、C4、C5、C6、C7构成了谐振回路,振荡频率主要由这五个元件所决定。频率计算公式如下:
&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 式中,L1为线圈绕制电感,Q值为39。C为C4、C5、C6和C7串联后的等效电容,由于C4&　　从图4(a)的仿真结果可以看出,在200MHz附近,RIN+RL&0,所以满足起振条件,由于RIN的负阻比较大,所以提供交流能量的能力比较强,故振荡的幅度会比较大,这一点在后面的仿真和测试中可以得到证实。从图4(b)可以看出,当f为200MHz左右时,XIN+XL=0,从而满足相位平衡条件,它决定了振荡的频率。
点击看原图&&&&& 2.2 相角补偿 　　三极管振荡器要满足相位平衡条件:φY+φZ+φF=2nπ(n=0,1,2,3,…)[3～4],由于φY+φF通常不等于0,所以就要求回路工作于失谐状态,以产生一个谐振回路相角φZ来对φY和φF进行平衡。也就是说,由于电路中有源器件、寄生参量以及阻隔元件等的影响,使得振荡器的实际工作频率严格来讲并不等于回路的固有谐振频率,因此,谐振回路等效阻抗ZP并不会呈现纯阻抗。所以,一般振荡器的振荡回路总是处于微小失谐状态。我们知道,并联谐振回路具有负斜率的相频特性,即δωz/δw&0,当振荡器工作在回路谐振频率上时,它对频率的稳定性能最佳。而当它工作在失谐状态时,会使得振荡器的频率稳定度与效率都降低。在此,采用相角补偿法来提高压控振荡器的频率稳定度和效率。 　　由参考文献[3]可知,在集电极串入一个电感为LC=L/F的补偿元件,就可以实现相角补偿(φZ=0)。其中,L为谐振回路电感值,F为反馈系数,即F=C7/C6。L3和输出回路的C8、C9、L2可以构成等效电感LC,从而进行相角补偿,使得振荡器工作在LC回路的谐振频率上。当输出回路等效为电容时,通过实际测量,在频率214.64859MHz上的稳定度为9.3631e-4;而等效为电感时,在214.26046MHz上的稳定度为4.2278e-4。可见用等效电感进行相角补偿后,稳定度大约提高了一倍。C8、C9和L2同时构成了输出网络,对高次谐波有很好的抑制作用,并使基波输出功率平坦化。 　　从图5可以看出,压控振荡器的输出频率范围为175MHz～217MHz,基波(频率为214MHz时)输出功率为7.911dBm,二次谐波为-16.368dBm,可见有效地抑制了谐波分量。在实际应用中,对谐波滤除的要求比较高,可以在输出端接入宽带滤波器,其电路原理图和仿真结果见图6。这样,可以更有效地滤除高次谐波,同时有利于输出匹配,减小负载对输出功率的影响。
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&&&&& 2.3 相噪分析 　　参考文献[5]给出了LC压控振荡器的相位噪声表达式:
&&&& &&&&& 式中,fm为频偏,KVCO为VCO控制灵敏度,fo为振荡频率,Q为品质因数,F为晶体管的噪声系数,K为波尔兹曼常数,T为工作温度,Ps为振荡信号功率,fc为闪烁噪声拐角频率,Vm为低频噪声源的总幅度。从式(5)可以看出,选择噪声系数小的放大管、增加谐振回路有载Q值、减小VCO控制灵敏度、提高输出信号功率都可以降低相位噪声。通过减小变容管在谐振回路中的接入系数,可以有效减小VCO控制灵敏度,但是也会导致频率覆盖范围的减小,所以要适当选择接入系数。该VCO输出频率为200MHz时,变容管接入系数为0.63。通过适当调整输出回路的电感和分压电容,可以提高负载阻抗,从而有效地提高输出功率,以达到降低相位噪声的目的。通过软件仿真,在频偏10kHz处的输出相位噪声为-101.3dBc/Hz,在100kHz处的相位噪声为-122.5dBc/Hz&&&&&& 3 调试与测量 　　在软件仿真的基础上,将元件参数做些细微调整,就可以获得满意的结果。通过测量,可以得到如下性能参数: 　　(1)频率范围:175MHz～213MHz 　　(2)调谐灵敏度:7MHz/V 　　(3)电源电压:5V 　　(4)工作电流:10mA 　　(5)控制电压:0～5V 　　(6)输出功率:6～8dBm 　　(7)相位噪声:-95dBc/Hz&#6410kHz,-115dBc/Hz&#64100kHz 　　从图(7)的测量结果可以看出,频率范围、输出功率和相位噪声等指标与软件仿真结果一致。　　根据负阻原理,利用ADS仿真可以快速地设计出高稳定度、低相噪的超高频段VCO。这种方法简单、便捷,由于元件具有误差,仿真之后做些细微调整就可以得到满意的效果。用三极管制作VCO,易于调试、成本低。该方法也适用于其它频段。
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&&&&& 参考文献1 陈世伟. 锁相环路原理及应用. 北京:兵器工业出版社,1990.62 钱博森. 负阻器件负阻电路及其应用. 天津:天津大学出版社,1993.113 张肃文. 高频电子线路. 北京:高等教育出版社,19924 刘明亮. 振荡器的原理和应用. 北京:高等教育出版社,19835 John Rogers. The Effect of Varactor Non-Linearity on the Phase Noise of a Completely Integrated 1.8GHz VCO. Carleton University, Ottawa,ON,Canada. IEEE, 19996 Efstathiou,E.,Odrzygozdz, Z. On the VCO Oscillator with the Negative Dynamic Feedback. Frequency Control and Synthesis Second International Conference, ～44您要找的是不是:
n. 零头布料
vt. 谋生；保护；挡开；供养 | vi. 照料...
频变负电阻
两个非传统的传递函数和两种可能的电路，基于一个浮动的频变负电阻（FDNR），和一个浮动的电感器都使用一个小数电容的基础上，提出了建议。有源滤波器的设计实例，通过的PSPICE模拟和实验结果的支持。
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频变负阻(Frequency Dependent Negative Resistor)
元 件模拟又分为电感模拟、频变负阻（FDNR）模拟。主要技术有里奥登电感，广义 阻抗变换器（GIC）技术，回转器技术，有源RC、开关电容（sC）技术，OTA技术、 电流传输器技术...
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频率相关负电阻
的,一般称之为频率相关负电阻(FDNR),当输入信号 的频率由0逐渐增大时,该电路的输入阻抗由负值逐
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...—2 回转器（Gyrator）（60 年代后期出现的） 6—3 负阻抗变换器（NIC） 6—4 广义阻抗变换器（GIC） 6—5 频变负阻器（FDNR） 6—1 运算放大器（OPAmp） 一 理想运算放大器 理想运算放大器及其零子，任意子模型如图6-1。
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FDNR滤波器
E型频变负阻
FDNR filters
A detailed description of the theory and application of FDNR filter is made in this paper.
本文对FDNR滤波器的有关理论和应用问题作了较为详细的介绍。
A novel realization of floating FDNR proposed in the paper has advantages such as fewer passive and active elements, lower sensitivity, good stability, no need of adjustment, easy realization.
本文提出的浮地频变负阻新电路具有有源和无源元件少、灵敏度低、稳定性好、无需调整和易于实现等优点。
FDNR filter, whose main advantage lies in its low sensitivity to parameter variation of an element, is a newer active filter used in digital seismographs, such as MDS-10 and GUS-BUS seismographs.
FDNR滤波器是目前国外一些数字地震仪如MDS-10，GUS-BUS采用的一种比较新颖的有源滤波器，它的主要优点是对元件参数变化的灵敏度很低。
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目录目录电路理论部分常用符号说明1第1章矩阵运算的计算机方法及稀疏矩阵11?1计算数学的几个基本概念11?2高斯消元法解线性方程组31?2?1例题分析41?2?2算法说明51?2?3选主元素71?3LU分解法解线性方程组71?3?1算法说明81?3?2例题分析91?4稀疏矩阵原理101?4?1选主元和排序101?4?2稀疏矩阵存储131?5复频率与复平面15习题18第2章电路的矩阵分析202?1网络拓扑202?1?1图202?1?2树212?1?3割集222?1?4环集242?1?5对偶性252?2矩阵分析法262?2?1标准支路262?2?2割集矩阵272?2?3环集矩阵292?2?4关联矩阵312?2?5网孔分析332?3有源电路382?3?1转移阻抗耦合382?3?2互感392?3?3转移导纳耦合402?3?4普遍化422?3?5含相互耦合的四端网络元件432?4节点导纳矩阵442?4?1节点导纳矩阵的填写方法452?4?2节点电压法462?4?3归一化问题48习题49第3章建立方程的一般方法523?1表矩阵法523?1?1表矩阵方程的建立523?1?2单图表矩阵543?2用单图建立改进的节点方程组603?2?1基尔霍夫方程的分组表示603?2?2建立单图改进的节点方程组613?3用观察法建立改进节点方程组633?3?1理想元件的改进节点法表示633?3?2观察法建立改进的节点方程673?3?3有源网络的改进节点方程683?4分离的电流和电压图703?4?1分离的电压图和电流图的规则703?4?2双图的表示方法及方程的建立733?5用I?图和V?图建立改进节点方程组763?5?1计算机上图的表示763?5?2双图改进的节点法773?5?3理想元件的双图表示及填入803?6建立方程组的方法总结83习题84第4章非线性电路直流分析864?1非线性电阻电路及其方程的建立864?1?1非线性电阻元件864?1?2非线性电阻电路的电路方程874?2非线性电阻电路的图解分析法884?2?1非线性电阻的串联与并联884?2?2非线性电阻电路的图解分析法904?3非线性电阻电路的分段线性分析法914?3?1非线性电阻元件伏安特性曲线的分段线性化924?3?2用分段线性法确定非线性电阻电路的工作点924?4具有一个非线性电阻电路的牛顿迭代法954?4?1一元牛顿迭代法954?4?2非线性电阻电路的牛顿迭代分析法964?4?3牛顿迭代法的几何解释974?4?4牛顿迭代法的电路解释984?5一般非线性电路994?5?1推广的牛顿迭代法994?5?2用牛顿迭代法进行分析1004?5?3非线性直流节点分析法105习题106第5章双口网络分析1095?1网络函数1095?1?1策动点函数1115?1?2传递函数1125?2双口网络函数1135?2?1Y参数和Z参数1155?2?2传输参数或链接参数1205?3双口网络的连接1225?3?1链接1225?3?2并联1245?3?3串联1265?4特性参数及波参数理论1275?4?1双口网络的特性阻抗1275?4?2双口网络的传输常数1315?4?3由特性参数表示的传输方程式1355?4?4分析和设计举例1365?4?5两端口网络的匹配链接1405?4?6传输线与波参数1435?5工作参数理论1495?5?1输入阻抗和反射系数1505?5?2插入衰减1515?5?3工作衰减152习题155第6章运算放大器及有源滤波器1586?1理想运算放大器及单元电路1586?1?1理想运算放大器1586?1?2阻抗变换器1616?1?3模拟电感及频变负阻1626?2用运放实现RC有源基本节1646?2?1传递函数1646?2?2归一化问题1666?2?3一阶基本节1666?2?4二阶单端正反馈电路1676?2?5二阶无限增益多端负反馈1696?2?6多运放实现的二阶基本节1706?3有源滤波器实例1716?4有源集成滤波器介绍175习题177第7章PSpice电路仿真软件1817?1CAD&PSpice简介1817?1?1电路仿真与电子设计自动化1817?1?2OrCAD&PSpice功能与组成1827?1?3用PSpice分析电路的一般步骤1837?2PSpice&A/D分析电路的基本约定1847?2?1PSpice&A/D中的元件1847?2?2PSpice&A/D中的数字和单位1857?2?3电路图中的节点编号1857?2?4输出变量的基本表示格式1867?2?5输出变量的别名表示1867?3OrCAD&Capture基本操作1887?3?1Capture软件界面1887?3?2建立仿真项目1907?3?3仿真项目中的资源1917?3?4元件放置与修改1917?3?5常用元件符号和元件库1927?3?6元件的属性1937?3?7导线连接和节点标号1947?3?8PSpice对电路的一些限制1967?4PSpice分析基础1967?4?1PSpice&A/D和Probe的操作界面1967?4?2直流工作点1987?4?3直流小信号传输函数2007?4?4直流扫描分析2017?4?5交流分析2027?4?6暂态分析2047?4?7参数分析2077?5PSpice分析应用举例2087?5?1直流小信号戴维南等效电路的计算2087?5?2一阶RC电路DC、AC和暂态分析2097?5?3运算放大器电路的参数分析211习题213第8章Multisim电路仿真软件2168?1Multisim软件简介2168?1?1什么是Multisim2168?1?2Multisim电路仿真原理2178?2Multisim的基本操作2198?2?1Multisim软件界面2198?2?2Multisim仿真元件模型2228?2?3电路分析与仿真的主要步骤2238?3使用Multisim的虚拟仪器2268?3?1Multisim的虚拟仪器2278?3?2Multisim虚拟测量实例2328?4Multisim电路分析2348?4?1Multisim分析功能和参数设置2348?4?2直流工作点分析2368?4?3直流扫描分析2378?4?4交流分析2398?4?5暂态分析2398?4?6参数扫描分析2408?4?7直流小信号传递函数分析2418?4?8Fourier分析2428?4?9零极点分析2438?5Multisim电路仿真和分析实例2448?5?1RLC电路瞬态分析和零极点分析2448?5?2非线性电路分析2468?5?3RC双T带阻滤波器频率特性分析2498?5?4积分器电路251习题252部分习题答案257第1章257第2章258第3章261第4章264第5章265第6章266参考文献267电路理论部分常用符号说明（一）B电纳R&&&&电阻L&&&&&电感C&&&&&电容G&&&&&电导M&&&&&互感X&&&&&电抗Y&&&&&导纳Z&&&&&阻抗P&&&&&功率W&&&&&能量s&&&&&&复频率σ&&&&&复频率的实部ω&&&&&实频率（二）S&&&&&&&开关nT&&&&&&树枝数nL&&&&&&连支数nV&&&&&&独立电压数nI&&&&&&独立电流数nCV&&&&&&独立电压源数nCI&&&&独立电流源数D&&&&&割集矩阵A&&&&&&&&&&&&关联矩阵M&&&&&&&&&&&&网孔矩阵C&&&&&&&&&&&&环集矩阵e&&&&&&&&&&&&标准支路支路电压矢量I&&&&&&&&&&&&标准支路独立电流源矢量i&&&&&&&&&&&&标准支路支路电流矢量E&&&&&&&&&&&&标准支路独立电压源矢量eT&&&&&&&&&&&&&标准支路e矢量的树枝部分v&&&&&&&&&&&&标准支路矩阵元电压矢量j&&&&&&&&&&&&标准支路矩阵元电流矢量iL&&&标准支路电流矢量的连支部分e′&&&标准支路节点电压矢量i′&&&标准支路网孔电流矢量g&&&&正向转移导纳μ&&&&电压控制电压源控制量r&&&&正向转移阻抗α&&&&电流控制电流源控制量Ω&&&&归一化频率Yn&&节点导纳矩阵Ai&&&电流图关联矩阵Av&&&电压图关联矩阵①&&&&原电路节点号△2&&&&电压图节点号?&&&电流图节点号H&&&&Hessian矩阵T&&&&&T参数矩阵Zc&&&&&&特性阻抗θ&传输常数ρ&&&&&反射系数ZL&&&&&&负载阻抗γ&&&&&传输线传输常数V+&&&&&&入射电压V-&&&&&&反射电压I+&&&&&&入射电流I-&&&&&&反射电流P0&&&&&&视在功率Psr&&&&&&输入功率Pf&&&&&&反射功率PL&&&&&&负载吸收的功率aρ&&&&&&反射衰减ag&&&&&工作衰减τ&&&&&群时延λ&&&&&波长（三）CCVS&&&&&电流控制电压源VCCS&&&&&电压控制电流源CCCS&&&&&电流控制电流源VCVS&&&&&电压控制电压源GIC&&&&&&&通用阻抗变换器FDNR&&&&&频变负阻H(s)&&&&&&传递函数Q&&&&&&&&传递函数的品质因数KCL&&&&&&基尔霍夫电流定理KVL&&&&&&基尔霍夫电压定理LU&&&&&&&LU分解法的简写L&&&&&&拉普拉斯算子L-1&&&&&&拉普拉斯逆运算算子注：&本书第7、8章中，计算机软件PSpice和Multisim所采用的仿真电路元件符号、元件单位和比例因子符号，有些与国标符号和本书其余章节的符号约定不相同。为了便于软件讲解，软件界面图形、仿真电路图和软件仿真结果的屏幕拷贝一律保持原样。在正文有关软件参数设置说明中，必要时也采用软件的约定。在第7、8章习题中，有标准原理图与软件仿真电路图共存的情况，请读者注意不同类型图中符号差别。仿真电路图中元件符号、参数单位与国标的主要差别列于下表，其余不同点将在有关章节中加以说明。名称[]国标符号[]软件符号电阻[][]电阻值单位（欧姆）[]Ω[]ohm或省略电导值单位（西门子）[]S[]mho或省略比例因子符号（10-6）[]μ[]u或U北京市高等教育精品教材立项项目●●国家电工电子教学基地系列教材电&路&基&础&实&验陈同占吴北玲养雪琴张梅编著杜普选主审清华大学出版社北方交通大学出版社·北京·国家电工电子教学基地系列教材模拟集成电路基础李金平主编李金平路&勇延凤平编著董在望主审清华大学出版社北方交通大学出版社·北京·内&容&简&介本书是国家电工电子教学基地系列教材之一，2002年被列为北京市高等教育精品教材立项项目。书中系统地介绍了电路实验基础知识、实验一般过程、仪器使用、元器件、电子基本测量及电路的设计方法，此外还介绍了电路仿真——虚拟实验的内容。本书除介绍基本理论和实验方法外，还配置了32个实验。这些实验有的是针对课堂教学，有的则是来源于生活，具有较强的实用性。书中还介绍了12种常见的电子仪器，以满足实验室不同配置的需要。本书可作为大学电类电路实验教材，也可作为大学高年级学生课程设计及相关专业技术人员的参考书。版权所有，翻印必究。本书封面贴有清华大学出版社激光防伪标签，无标签者不得销售。图书在版编目&(CIP)&数据电路基础实验/陈同占等编著?&—北京：北方交通大学出版社，2003?5(国家电工电子教学基地系列教材)北京市高等教育精品教材立项项目ISBN&7?Ⅰ?电…Ⅱ?陈…Ⅲ?电路-实验-高等学校-教材Ⅳ?TM13-33中国版本图书馆CIP数据核字(2003)第016206号责任编辑：&郭洁印&刷&者：&北京东光印刷厂出版发行：&北方交通大学出版社邮编：&100044电话：&010?237564清华大学出版社邮编：&100084经销：&各地新华书店开本：&787×9601/16印张：13?25字数：300千字版次：&2003年5月第1版2003年5月第1次印刷印数：&5&000册定价：19?00元国家电工电子教学基地系列教材编审委员会成员名单主任谈振辉&&副主任张思东赵尔沅孙雨耕委员（以姓氏笔画为序）王化深卢先河刘京南朱定华沈嗣昌严国萍杜普选李金平李哲英张有根张传生陈后金邹家郑光信屈波侯建军贾怀义徐国治徐佩霞廖桂生薛质戴瑜兴总序当今信息科学技术日新月异，以通信技术为代表的电子信息类专业知识更新尤为迅猛。培养具有国际竞争能力的高水平的信息技术人才，促进我国信息产业发展和国家信息化水平的提高，都对电子信息类专业创新人才的培养、课程体系的改革、课程内容的更新提出了富有时代特色的要求。近年来,国家电工电子教学基地对电子信息类专业的技术基础课程群进行了改革与实践，探索了各课程的认知规律，确定了科学的教育思想，理顺了课程体系，更新了课程内容，融合了现代教学方法，取得了良好的效果。为总结和推广这些改革成果，在借鉴国内外同类有影响教材的基础上，决定出版一套以电子信息类专业的技术基础课程为基础的“国家电工电子教学基地系列教材”。本系列教材具有以下特色：●&在教育思想上，符合学生的认知规律，使教材不仅是教学内容的载体，也是思维方法和认知过程的载体；●&在体系上，建立了较完整的课程体系，突出了各课程内在联系及课群内各课程的相互关系，体现微观与宏观、局部与整体的辩证统一；●&在内容上，体现现代与经典、数字与模拟、软件与硬件的辩证关系，反映当今信息科学与技术的新概念和新理论，内容阐述深入浅出，详略得当。增加工程性习题、设计性习题和综合性习题，培养学生分析问题和解决问题的素质与能力；●&在辅助工具上，注重计算机软件工具的运用，使学生从单纯的习题计算转移到基本概念、基本原理和基本方法的理解和应用，提高了学习效率和效果。本系列教材包括：《基础电路分析》、《现代电路分析》、《模拟集成电路基础》、《信号与系统》、《电子测量技术》、《微机原理与接口技术》、《电路基础实验》、《电子电路实验及仿真》、《数字实验一体化教程》、《数字信号处理综合设计实验》、《电路基本理论》、《现代电子线路(上、下册)》。本系列教材的编写和出版得到了教育部高等教育司的指导、北方交通大学教务处及电子与信息工程学院的支持，在教育思想、课程体系、教学内容、教学方法等方面获得了国内同行们的帮助，在此表示衷心的感谢。&&北方交通大学“国家电工电子教学基地系列教材”编审委员会主任&2003年2月模拟集成电路基础前言前言电路基础理论及电子技术发展到今天，已经建立起成熟的理论体系，其分析方法、解题技巧已日趋完备，计算机辅助分析、电路仿真、计算机自动化设计也越来越多地用来处理电路问题。然而，任何一种理论，都有它的适用范围和限制条件，而且建立一种理论，不仅是为了解释自然现象和客观规律，更重要、更有意义的是利用这种理论去改造世界，造福于人类。将一门科学技术、一种理论转化为生产力，其间都要有一个过渡过程，过渡手段就是实验(实践)。通过实验，通过理论与实践之间的磨合，就可以不断完善理论，积累实践经验，将理论进一步发展到应用。本书力求将电路理论过渡到具体应用，在理论与实践之间架起一座桥梁。长期以来，实验都是作为理论课的辅助教学手段而设置的，其目的是为了验证理论，帮助学生加深对概念的理解，增加学习理论课的兴趣。近年来，尽管人们对实验教学环节在观念上、教学目的上有所改变，但是因受传统观念的影响，重理论、轻实验的现象在不同的方面还有所表现，较为突出的是实验体系的改革及实验内容的设置总是摆脱不了理论课的约束。本书的编写，在这方面做了一些大胆的改革与尝试。例如，以往学生都是在实验中学习仪器、了解器件。这样做会使部分同学因只注重实验结果，忽视了对仪器的正确使用；而对接触过的器件仅能从外观上认识，谈不上实际使用。本书把仪器使用作为实验课的重点内容之一，单开实验，要求人人必须掌握。对元器件的认识，除了要了解一般特征外，还要重点掌握它们的测试方法和如何使用，在种类上也远远超出了过去在实验中出现的有限几种。本书不是从电路中认识器件，而是要求能用器件去组成电路。在实验的设置上，不追求与理论课的内容一一对应，也不在电路形式上做文章，重点在于通过实验，归纳出对电路的探讨方法和测试手段。在使用本教材时，应注意以下几点：——注意理论在实验中的指导作用，强调对实验结果能够做出理论分析和正确解释；——侧重于基本技能、测量方法、实验方法的掌握和实验经验的积累；——突出能力的培养和技能的训练。本书是一本电子技术实验入门教材。在编写时，力图打破传统的实验观念，建立新的实验体系；不以验证理论为目标，重在培养大学生实验能力和技能。本书是一本将理论过渡到实践的指导书，适合大学二年级第一学期使用，内容重点放在了实验基础知识、实验基本过程、基本测量方法和电路设计方法上。另外，电路仿真作为新的实验手段引进了本教材。本书分为8章。第1章讲述实验课的开设意义与学习方法。第2章介绍实验基础知识，包括用电常识、基本测量常识、实验经历过程、常见故障现象及排除方法等。第3章介绍电子仪器的使用，按种类分别介绍其功能、使用方法、注意事项，不涉及仪器的具体型号。第4章电子元器件，介绍了部分常用无源器件和有源器件的功能、用途及使用方法。第5、6章介绍电子测量方法，其中第5章介绍时域测量方法并讨论了元件参数、电路结构对系统的影响，第6章介绍频域测量方法。第7章介绍电路综合和电路设计，是前几章的拓展和实验的最后环节。第8章电路仿真，介绍虚拟实验方法，是本书引进的新的实验手段。另外，附录A介绍了一些常见新、老电子仪器的使用；附录B介绍了电路仿真软件MultiSim&2001的使用。本书在各章均设置了“讨论与思考”，作为读者学完相关内容后的自我检查和知识面的拓展。实验后的思考题，能帮助实验者更好地达到实验目的。除第1、2章外，其余各章均分为理论和实验两部分。第1、2章及各章理论内容的大部分或全部，要求学生以自学为主，实验部分在计划学时内进行。由于实验内容较多，而且又受学时的限制，所以可根据需要加以取舍，也可采用多种形式进行教学。本书第1～6章、第8章为基本教学内容，计划24学时。附录B可根据需要作为实验内容放在第4章后进行(2学时)。第7章的实验，可作为前面相应章节的选做内容，或在课外进行，或采用其他教学方式来完成。本书第1、2、7章由陈同占编写，第3、4章由吴北玲编写，第5、6、8章及附录B由养雪琴编写，附录A由张梅编写。全书由陈同占主编，杜普选主审。本书在编写过程中得到许多老师的关心和帮助，杜普选、高岩等对书稿提出了宝贵的建设性意见，闻跃为第8章、附录B的编写提供了大量资料，在此诚意致谢。由于时间仓促、作者水平有限，书中必然会存在错误及不足之处，望读者批评指正，提出宝贵意见。作者2003年5月目录目录第1章绪论11?1电路基础实验课的开设意义及目的11?2本课程的学习方法及要求21?2?1实验要求21?2?2本课程与其他相关课程的联系和区别41?2?3实验课的学习方法61?3预习报告及实验报告的要求及编写71?3?1预习报告的编写与要求71?3?2实验报告的编写与要求8讨论与思考9第2章实验基础知识102?1实验室供电系统及安全用电102?1?1实验室供电系统102?1?2零线与保护地线的区别112?1?3电子仪器的动力电引入及其信号输入输出线的连接122?1?4安全用电132?2基本测量132?2?1电子基本测量的意义142?2?2电子基本测量的范围142?2?3基本测量中的几个问题142?3器件的安装固定与连接162?3?1器件安装固定与连接的发展过程172?3?2黑白图的制作方法182?3?3面包板和通用板182?4测量结果的处理202?4?1列表法202?4?2曲线法212?5故障检查与排除的一般方法222?5?1常见故障222?5?2排除故障的一般方法23讨论与思考25第3章基本电子仪器原理与使用263?1概述263?2稳压电源及信号源263?2?1直流稳压电源273?2?2信号源283?3测量仪器仪表303?3?1万用表303?3?2晶体管毫伏表343?3?3频率计数器363?3?4示波器37讨论与思考48实验3?1函数发生器、直流稳压电源及毫伏表的正确使用48实验3?2示波器的正确使用49实验3?3仪器性能研究50第4章电子元器件的认知与应用524?1无源器件524?1?1电阻器534?1?2电位器574?1?3特殊电阻器584?1?4开关594?1?5电容器604?1?6电感器及互感器654?1?7继电器684?1?8二极管694?1?9数码管724?2有源器件734?2?1双极型三极管734?2?2场效应管764?2?3晶闸管764?2?4运算放大器784?3表面安装元件79讨论与思考79实验4?1器件识别与检测80实验4?2器件特性研究80实验4?3器件的应用82第5章电路的时域测量835?1电路的响应835?1?1零输入响应835?1?2零状态响应845?1?3完全响应845?1?4暂态响应及暂态响应波形的观测方法855?2一阶RC电路研究865?2?1一阶RC时间常数的测量865?2?2一阶RC积分电路895?2?3一阶RC微分电路905?3二阶RLC电路的时域特性905?3?1二阶RLC串联电路的响应915?3?2二阶RLC串联电路的状态轨迹93讨论与思考94实验5?1一阶RC电路的研究95实验5?2二阶RLC电路的响应与状态轨迹96第6章电路的频域测量996?1网络函数996?2策动点阻抗的测量1006?3传输电压比的测量1016?3?1逐点描绘测量法1016?3?2频率特性测试仪测量法1026?4电平的概念1026?5频率特性曲线的绘制1046?6RLC串联谐振电路的测量1046?6?1串联谐振电路谐振频率和品质因数的测量1046?6?2谐振曲线和通频带的测量105讨论与思考106实验6?1策动点阻抗的测量106实验6?2一阶RC电路频率特性的研究107实验6?3二阶RLC电路频率特性的研究109第7章实验综合与电路设计1117?1概述1117?2实验综合1117?2?1实验综合的意义1117?2?2实验综合任务1127?2?3实验综合方法1127?3电路设计1137?3?1电路设计的一般步骤1147?3?2选题立项1147?3?3制订方案1147?3?4电路设计1157?3?5搭接实验电路1197?3?6测试调整1207?4设计实例1207?4?1直流稳压电源设计1207?4?2加法器设计123讨论与思考124实验7?1仪器内阻对测量的影响124实验7?2特殊(幅度、频率)信号的测量125实验7?30～60dB衰减器的设计与实现126实验7?4可变电阻网络设计与实现126实验7?5整流电路研究127实验7?6数码管的测试与应用127实验7?7继电器的测试与应用128实验7?8整流与滤波电路的研究与设计129实验7?90～180°移相器的设计实现129实验7?10音频分路电路的设计与实现130实验7?11接收机接收电路设计130实验7?12波形转换电路的设计与实现131实验7?13555芯片输出波形的观测及振荡频率的确定132实验7?14基本运算单元电路的设计与实现132实验7?15反相器与比较器电路的设计与实现133实验7?16波形产生及波形转换电路的设计133实验7?17四路直流稳压电源的设计与实现134实验7?183位半数字电压、电流表的设计与实现134第8章电路仿真1358?1用虚拟工作台方式仿真电路1358?2直流工作点分析1378?3交流分析1388?4瞬态分析1398?5参数扫描分析1408?6直流小信号传递函数分析1418?7零极点分析142实验8?1直流电路分析143实验8?2电路的时域分析145实验8?3电路的频率特性147附录A常见仪器的使用说明150A1MF30型万用表150A1?1功能简介150A1?2技术指标150A1?3面板图及说明150A1?4使用方法及注意事项151A2DT930FD型万用表152A2?1功能简介152A2?2技术指标153A2?3面板图及说明153A2?4使用方法及注意事项153A3ZX21a型旋转式电阻箱156A3?1技术指标156A3?2面板图及说明156A3?3使用注意事项157A4YB1631型功率函数发生器157A4?1功能简介157A4?2技术指标157A4?3面板图及说明157A4?4使用方法及注意事项159A5YB1639型函数发生器159A5?1功能简介159A5?2技术指标159A5?3面板图及说明160A6YB1610函数信号发生器161A6?1功能简介161A6?2技术指标161A6?3面板图及说明162A6?4使用方法163A7XD&22型低频信号发生器164A7?1功能简介164A7?2技术指标164A7?3面板图及说明165A7?4使用方法及注意事项166A8YB1731型直流稳压电源166A8?1功能简介166A8?2技术指标167A8?3面板图及说明167A8?4使用方法&168A9DA?16FS双路晶体管毫伏表168A9?1功能简介&&&168A9?2技术指标169A9?3面板图及说明169A9?4使用方法及注意事项169A10YB2173交流毫伏表170A10?1功能简介170A10?2技术指标170A10?3面板图及说明170A10?4使用方法及注意事项171A11YB4320双踪示波器172A11?1功能简介172A11?2技术指标173A11?3面板图及说明174A11?4使用方法及注意事项176A12GOS?620&20MHz双踪示波器177A12?1功能简介177A12?2技术指标177A12?3面板图及说明179A12?4使用方法181附录B电路仿真软件MultiSim&2001使用简介182B1软件界面182B1?1Electronics&Workbench&和MultiSim&2001简介182B1?2MultiSim&2001主窗口182B1?3菜单栏183B1?4设计工具栏186B1?5元件工具栏和仪表工具栏186B2软件基本操作188B2?1创建电路188B2?2常用元件参数设置190B2?3虚拟仪器193参考文献198
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