电子线路设计、测试与实验（一）

1 罗杰，谢自美主编．电子线路设计·实验·测试（第5版）．北京：电子工业出版社，2015

2 陈大钦，罗杰主编. 电子技术基础实验——电子电路实验.设计.仿真（第3版）.北京：高等教育出版社，2008

3 谢自美主编．电子线路综合设计．武汉：华中科技大学出版社，2006

4 华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编. 电子技术基础 模拟部分（第六版）. 北京：高等教育出版社，2014

5 清华大学电子学教研组编. 童诗白，华成英主编. 模拟电子技术基础（第四版）. 北京：高等教育出版社，2006

6 运算放大器权威指南(第4版)，Bruce Carter．北京：人民邮电出版社，2014

01

绪论

了解本课程学习方法、学习目标、教材及参考资料、考核方式，掌握实验数据处理的基本方法，了解实验报告撰写的有关要求，了解并掌握电子线路的安装要求与电子电路的调试方法。

课时

1.1 课程介绍

1.2 实验数据处理与实验报告撰写

1.3 电子线路的安装与调试

02

电子元器件

了解并掌握电阻、电容、集成芯片及其他电子元器件的基本使用常识。

课时

2.1 电阻

2.2 电容

2.3 集成芯片与其他元件

03

常用电子仪器

了解万用表、直流稳压电源、函数发生器、示波器、面包板等常用电子仪器的工作原理，掌握各常用电子仪器的使用方法。了解口袋实验仪器在现代电子实验中的应用方式。

课时

3.1 万用表

3.2 直流稳压电源

3.3 函数发生器

3.4 示波器

3.5 面包板

3.6 口袋实验仪器-ANALOG DISCOVERY 2

04

模拟电子电路仿真分析

了解PSPICE及multisim软件的主要特点及功能，掌握利用PSPICE或multisim软件进行模拟电子电路仿真分析的方法。

课时

4.1 PSPICE介绍

4.2 PSPICE-项目的新建

4.3 PSpice-电路图的绘制

4.4 PSPICE-直流偏置点分析

4.5 PSPICE-瞬态的时域分析

4.6 PSPICE-交流扫描分析

4.7 PSPICE-直流扫描分析

4.8 Multisim软件介绍

4.9 Multisim 电路图的绘制

4.10 使用multisim电路仿真软件进行仿真分析

4.11 使用multisim仿真软件中的虚拟仪器观察电路情况

4.12 利用PSpice进行模型创建

05

运算放大器应用电路实验

掌握集成运算放大器基本应用电路如跟随器、反相比例加法电路、反向比例减法电路、比例积分电路的实验原理。学习使用通用集成运算放大器设计并实现集成运算放大器基本应用电路，熟练应用常用电子仪器测量电路的时域波形。学会正确处理实验数据，描绘电路时域波形。能够正确选择示波器的耦合方式对电子电路的时域波形进行测量。学习利用理论知识分析解决集成运算放大器基本应用电路一般故障的方法。

课时

5.1 运算放大器应用电路实验原理简介

5.2 跟随器实验演示

5.3 反相比例放大电路实验演示

5.4 反相比例加法实验演示

5.5 反相比例减法实验演示

5.6 比例积分电路实验演示

06

单管放大电路的设计与实现

理解MOSFET共源放大电路、BJT共射放大电路的实验原理，能够熟练应用仿真软件对晶体管基本单元放大电路进行静态工作点、时域、频域乃至直流扫描分析。能够熟练利用常用电子仪器对于所设计实现的基本放大电路进行测量与调试。掌握放大电路各性能指标的测量方法与调试原理。能够熟练分析排查单元放大电路的一般故障。

课时

6.1 MOSFET共源放大电路实验原理

6.2 MOSFET共源放大电路仿真分析

6.3 MOSFET共源放大电路 实验演示

6.4 BJT共射放大电路实验原理

6.5 BJT共射放大电路仿真分析

6.6 BJT共射放大电路实验 实验演示

07

信号产生及变换电路设计与实现

理解信号产生及变换电路的原理，掌握方波、三角波、正弦波产生电路的原理，掌握全波整流及有源滤波器的设计原理。学会信号产生电路的调试与故障排查方法。掌握多级电子电路的设计、实现与调试方法。

课时

7.1 方波三角波产生器设计实验

7.2 正弦波产生实验

7.3 全波整流电路实验

7.4 有源滤波器设计实验

08

小型模拟电子电路系统设计与实现

了解小型模拟电子电路系统的设计流程，掌握小型模拟电子电路系统的设计方法。能够利用所学知识设计、实现如音响放大电路等具有一定功能与性能指标要求的小型多级模拟电子电路系统。掌握具有一定功率输出要求的模拟电子电路布局布线与调试的一般方法。

课时

8.1 音响放大电路设计实验原理与演示

8.2 小型模拟电子电路系统设计与综合创新

09

模拟电子电路综合创新实践

了解根据所学知识进行模拟电子电路创新设计、仿真及实现的一般过程与项目案例。

课时

9.1 模拟电子电路综合创新实践1-D类放大器

9.2 模拟电子电路综合创新实践2-音乐彩灯

9.3 模拟电子电路综合创新实践3-简易心电测试仪

10

考前辅导

课时

10.1 笔试试卷解答

罗杰，博士，教授，华中科技大学电子信息系，主持国家精品课程、国家精品资源共享课，主编《电子线路设计.实验.测试》等多本教材，列选十一五*规划教材。

本书为普通高等教育“十二五”国家级规划教材，国家精品课程和国家精品资源共享课“电子线路设计与测试”主教材。 本书第1版1996年获第三届全国工科电子类专业优秀教材一等奖；第2版为“九五”国家级重点教材，2002年获全国普通高等学校优秀教材二等奖；第3版为普通高等教育“十五”国家级规划教材；第4版为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，2011年获国家级普通高等教育精品教材。

本书是在第4版的基础上修订而成的，书中提供了大量基本实验电路和大量的应用设计课题，全书分为9章。第1章为电子线路实验基础知识，内容为电子线路设计、调试、测量误差分析与数据处理技术。

第2~4章为低频电子线路实验，内容包括用pSpice软件仿真电子线路、低频电路基础实验和应用电路设计，既介绍了软件仿真技术，又介绍了以定量估算和电路实验为基础的电子线路的传统设计方法与测试技术。

第5~6章为数字电路与逻辑设计实验，介绍了传统的硬件电路基础实验与应用电路设计方法，以便学生能够较熟练地选用数字集成电路进行应用设计。

第7章为EDA技术实验，介绍了Verilog HDL的建模方法与分层次的电路设计方法，以便学生能够用硬件描述语言设计数字逻辑电路，并用FPGA实现所设计的电路。

第8章为高频电子线路实验，首先介绍了高频电路的特点、元器件的选用与安装测量技术，接着介绍了典型单元电路的设计方法，最后过渡到高频小型电子系统的设计，以逐步培养和提高学生进行高频电子线路的设计能力。

第9章为3个综合设计性实验课题，以培养学生电子设计知识的综合运用能力。

本书可作为高等学校电工、电子信息类相关专业电子技术与电子线路实验课教材、课程设计教材，亦可供全国大学生电子设计竞赛的学生和从事电子设计工作的工程技术人员参考。

第1章 电子线路实验基础 1

1.1 电子线路实验的流程与要求 1

1.2 电子线路设计的一般方法 4

1.3 电子线路调试技术 6

1.4 测量误差分析 8

1.4.1 测量误差的定义 8

1.4.2 测量误差的分类 9

1.4.3 误差传递公式及其应用 11

1.5 实验数据处理 14

1.5.1 实验数据的整理与曲线的绘制 14

1.5.2 实验数据的函数表示 14

1.5.3 实验数据的插值法 16

第2章 电子线路计算机辅助分析与设计 18

2.1 OrCAD 9.2 软件概述 18

2.1.1 OrCAD 9.2软件简介 18

2.1.2 Capture界面及菜单 19

2.1.3 PSpice A/D Lite Edition界面及菜单 21

2.1.4 电路分析类型 22

2.1.5 常用库及生成的文件 23

2.2 OrCAD 9.2电路设计仿真分析的流程 24

2.2.1 一般流程 24

2.2.2 结果输出文件 31

2.3 电子线路分析示例 32

2.3.1 模拟电路仿真分析 32

2.3.2 高频电路仿真分析 36

2.3.3 数字电路仿真分析 37

2.3.4 实验任务 38

第3章 模拟电子线路基础实验 41

3.1 二极管的参数与基本应用 41

3.1.1 二极管的主要参数 41

3.1.2 二极管基本应用举例 42

3.1.3 实验任务 43

3.2 双极结型三极管的参数测试与基本应用 44

3.2.1 BJT的主要参数及其测试 44

3.2.2 选择BJT的原则 46

3.2.3 三极管的基本应用举例 47

3.2.4 实验任务 48

3.3 金属-氧化物-半导体场效应管的参数测试与基本应用 50

3.3.1 MOSFET的主要参数及其测试 50

3.3.2 MOSFET基本应用举例 52

3.3.3 实验任务 53

3.4 结型场效应管的参数测试与基本应用 56

3.4.1 JFET的主要参数及其测试 56

3.4.2 JFET的基本应用举例 58

3.4.3 实验任务 59

3.5 集成运算放大器的参数测试 60

3.5.1 主要性能参数与测试方法 61

3.5.2 使用集成运算放大器时的注意事项 65

3.5.3 实验任务 67

3.6 集成运算放大器在信号运算方面的应用 71

3.6.1 应用举例 71

3.6.2 实验任务 75

3.7 集成运算放大器在波形产生、变换与处理方面的应用 78

3.7.1 应用举例 78

3.7.2 实验任务 81

第4章 模拟电子线路应用设计 86

4.1 二极管桥式整流电路设计 86

4.1.1 电路工作原理 86

4.1.2 设计举例 87

4.1.3 电路的安装与测试 87

4.1.4 设计任务 88

4.2 双极结型晶体管共射放大器设计 88

4.2.1 电路工作原理与设计过程 88

4.2.2 设计举例 90

4.2.3 电路的安装与静态工作点调整 91

4.2.4 性能指标测试与电路参数修改 92

4.2.5 负反馈对放大器性能的影响 94

4.2.6 设计任务 94

4.3 金属-氧化物-半导体场效应管放大器设计 95

4.3.1 双电源MOSFET共源放大器工作原理与设计过程 95

4.3.2 设计举例 98

4.3.3 电路的安装与静态工作点调整 99

4.3.4 性能指标测试与电路参数修改 99

4.3.5 共源-共漏放大器 100

4.3.6 设计任务 101

4.4 差分放大器设计 102

4.4.1 MOSFET差分放大器 102

4.4.2 BJT差分放大器 106

4.4.3 设计任务 111

4.5 函数发生器设计 112

4.5.1 方波-三角波-正弦波函数发生器设计 112

4.5.2 单片集成电路函数发生器ICL8038 115

4.5.3 函数发生器的性能指标 116

4.5.4 设计举例 116

4.5.5 电路安装与调试技术 117

4.5.6 设计任务 118

4.6 RC有源滤波器的设计 119

4.6.1 滤波器的分类简介 119

4.6.2 滤波器的设计方法 120

4.6.3 设计举例 125

4.6.4 设计任务 129

4.7 音响放大器设计 129

4.7.1 音响放大器的基本组成 130

4.7.2 音调控制器 132

4.7.3 功率放大器 135

4.7.4 音响放大器主要技术指标及测试方法 138

4.7.5 设计举例 140

4.7.6 电路安装与调试技术 142

4.7.7 设计任务 143

4.8 线性直流稳压电源设计 144

4.8.1 直流稳压电源的基本组成 144

4.8.2 稳压电源的性能指标及测试方法 145

4.8.3 集成稳压电源设计 146

4.8.4 设计举例 148

4.8.5 设计任务 149

第5章 数字逻辑电路基础实验 150

5.1 集成逻辑门的特性测试 150

5.1.1 TTL门电路的主要参数及使用规则 150

5.1.2 CMOS门电路的主要参数及使用规则 152

5.1.3 输入电平值的调整 153

5.1.4 集电极开路（OC）门的特性 153

5.1.5 实验任务 155

5.2 组合逻辑电路的设计 158

5.2.1 SSI组合逻辑电路设计 158

5.2.2 实验任务 160

5.3 集成触发器及其应用 161

5.3.1 集成触发器的触发方式与选用规则 161

5.3.2 使用触发器设计时序逻辑电路概述 162

5.3.3 触发器的基本应用 163

5.3.4 时序逻辑电路初始状态的设置 164

5.3.5 实验任务 165

5.4 集成电路定时器555及其应用 166

5.4.1 555的内部结构及性能特点 166

5.4.2 555组成的基本电路及应用 166

5.4.3 实验任务 170

5.4.4 注意事项 171

5.5 中规模组合逻辑电路及其应用 171

5.5.1 MSI组合逻辑电路 172

5.5.2 应用电路设计举例 178

5.5.3 设计任务 179

5.6 中规模时序逻辑电路及其应用 180

5.6.1 MSI时序逻辑电路 180

5.6.2 应用电路设计 188

5.6.3 设计任务 191

第6章 数字逻辑电路应用设计 193

6.1 篮球竞赛30s定时器设计 193

6.1.1 定时器的功能要求 193

6.1.2 定时器的组成框图 193

6.1.3 定时器的电路设计 193

6.1.4 设计任务 195

6.2 多路智力竞赛抢答器设计 196

6.2.1 抢答器的功能要求 196

6.2.2 抢答器的组成框图 197

6.2.3 电路设计 197

6.2.4 设计任务 199

6.3 汽车尾灯控制电路设计 200

6.3.1 设计要求 200

6.3.2 总体组成框图 201

6.3.3 电路设计 201

6.3.4 设计任务 202

6.4 多功能数字钟电路设计 203

6.4.1 数字钟的功能要求 203

6.4.2 总体组成框图 203

6.4.3 主体电路的设计与装调 204

6.4.4 功能扩展电路的设计 206

6.4.5 设计任务 209

6.5 数字电压表设计 210

6.5.1 数字电压表的基本组成及主要技术指标 210

6.5.2 ICL7107构成的 位数字电压表设计 210

6.5.3 MC14433构成的 位数字电压表设计 214

6.5.4 设计任务 217

第7章 Verilog HDL及其应用 218

7.1 Verilog HDL的基础知识 218

7.1.1 Verilog HDL程序的基本结构 218

7.1.2 Verilog HDL基本语法规则 220

7.1.3 Verilog HDL运算符 224

7.1.4 实验任务 226

7.2 Verilog HDL建模方式 227

7.2.1 Verilog HDL门级建模 227

7.2.2 Verilog HDL数据流建模 229

7.2.3 Verilog HDL行为级建模 230

7.2.4 设计举例 235

7.2.5 实验任务 237

7.3 有限状态机建模 239

7.3.1 设计举例 239

7.3.2 实验任务 241

7.4 数字钟的分层次设计方法 242

7.4.1 分层次设计方法 242

7.4.2 模块实例引用语句 244

7.4.3 设计举例 245

7.4.4 设计任务 250

7.5 基于FPGA的数字频率计设计 251

7.5.1 数字频率计的主要技术指标 251

7.5.2 数字频率计的工作原理与组成框图 252

7.5.3 逻辑设计 254

7.5.4 设计任务 259

7.6 DDS函数信号发生器的设计 260

7.6.1 DDS产生波形的原理 260

7.6.2 DDS函数信号发生器的组成框图 263

7.6.3 DDS电路设计 264

7.6.4 设计仿真 266

7.6.5 设计实现 267

7.6.6 D/A转换电路及放大电路设计 272

7.6.7 设计任务 273

第8章 高频电子线路应用设计 274

8.1 高频电路特点与实验基础 274

8.2 高频小信号谐振放大器设计 277

8.2.1 电路的基本原理 277

8.2.2 主要性能指标及测量方法 279

8.2.3 设计举例 280

8.2.4 设计任务 282

8.3 高频振荡器与变容二极管调频电路设计 283

8.3.1 LC正弦波振荡器与变容二极管调频电路 283

8.3.2 集成振荡器MC1648与变容二极管调频电路 284

8.3.3 主要性能参数及其测试方法 285

8.3.4 设计举例 287

8.3.5 振荡器与调频的装调与测试 289

8.3.6 设计任务 290

8.4 高频功率放大器设计 291

8.4.1 电路的基本原理 291

8.4.2 高频变压器的绕制 295

8.4.3 主要技术指标及实验测试方法 295

8.4.4 设计举例 296

8.4.5 高频谐振功率放大器的调整 299

8.4.6 设计任务 300

8.5 小功率调频发射机设计 301

8.5.1 调频发射机及其主要技术指标 301

8.5.2 设计举例 302

8.5.3 整机联调时常见故障分析 304

8.5.4 设计任务 304

8.6 调频接收机设计 305

8.6.1 调频接收机的主要技术指标 305

8.6.2 调频接收机设计 306

8.6.3 设计举例 307

8.6.4 设计任务 311

8.7 集成模拟乘法器的应用 312

8.7.1 模拟乘法器工作原理及静态工作点的设置 312

8.7.2 集成模拟乘法器应用 314

8.7.3 设计任务 320

8.8 调幅发射机设计 321

8.8.1 调幅发射机的工作原理及主要技术指标 321

8.8.2 设计举例 322

8.8.3 电路装调与测试 325

8.8.4 设计任务 325

8.9 调幅接收机设计 326

8.9.1 调幅接收机的工作原理及主要技术指标 326

8.9.2 设计举例 327

8.9.3 设计任务 332

第9章 综合性电子线路应用设计 333

9.1 集成电路锁相环及其应用电路设计 333

9.1.1 锁相环的基本组成 333

9.1.2 锁相环的主要参数与测试方法 333

9.1.3 数字锁相环CC4046及其应用电路设计 335

9.1.4 高频模拟锁相环NE564及其应用电路设计 338

9.1.5 低频锁相环NE567及其应用电路设计 341

9.1.6 设计任务 343

9.2 数字化语音存储与回放系统设计 344

9.2.1 系统基本功能及组成框图 345

9.2.2 系统电路设计 345

9.2.3 系统安装与测试技术 349

9.2.4 设计任务 350

9.3 LCD字符（图形）显示与应用电路设计 350

9.3.1 TRULY-M12864 LCD显示器 350

9.3.2 TRULY-M12864接口电路设计 352

9.3.3 用软件提取汉字的方法 353

9.3.4 显示程序的实现 355

9.3.5 LCD显示的数字温度计电路设计 357

9.3.6 设计任务 359

附录A Quartus II 9.1开发软件及实验平台 361

A.1 Quartus II 9.1软件主界面 361

A.2 Quartus II的设计流程 362

A.3 设计与仿真的过程 365

A.3.1 建立新的设计项目 365

A.3.2 输入设计文件 366

A.3.3 编译设计文件 367

A.3.4 设计项目的仿真验证 368

A.3.5 分析信号的延迟特性 371

A.4 引脚分配与器件编程 372

A.4.1 引脚分配 372

A.4.2 对目标器件编程 373

A.4.3 实验任务 375

A.5 Altera FPGA实验平台 376

A.5.1 开发板提供的基本输入/输出资源 376

A.5.2 开发板提供的时钟源与扩展槽 379

附录B ISE 14.7开发软件及实验平台 384

B.1 Xilinx ISE 14.7仿真过程 384

B.1.1 建立新的设计项目 384

B.1.2 输入Verilog HDL设计文件 385

B.1.3 输入测试平台文件 386

B.1.4 编译设计项目，进行功能仿真 386

B.2 Xilinx ISE 14.7逻辑综合与实现 388

B.2.1 分配引脚 388

B.2.2 逻辑综合与实现 390

B.2.3 对目标器件编程，实际测试电路功能 390

B.2.4 实验任务 392

B.3 Xilinx FPGA实验平台 393

B.3.1 开发板提供的基本资源 393

B.3.2 开发板提供的PMOD扩展插座 395

B.4 四位显示器的动态扫描控制电路设计 395

B.4.1 电路工作原理 395

B.4.2 逻辑设计 396

B.4.3 实际测试 398

B.5 TestBench的编写 399

B.5.1 TestBench的基本结构 399

B.5.2 Verilog HDL系统任务 402

B.5.3 Verilog HDL编译器指令 404

附录C 通用电子仪器及其应用 407

C.1 函数信号发生器/计数器EE1641C/EE1643C 407

C.2 混合信号示波器DS2072A 408

附录D 分立元件的性能简介 417

附录E 集成电路的型号与引脚排列图 420

E.1 模拟集成电路 420

E.2 TTL数字集成电路 420

E.3 CMOS集成电路 423

E.4 常用逻辑符号对照表 426

附录F 设计性实验报告与复习题 427

F.1 设计性实验及其范例 427

F.2 实验测试复习题 429

F.2.1 模拟电子线路实验测试复习题 430

F.2.2 数字电路与逻辑设计实验测试复习题 434

参考文献 440 2100433B