想法的萌生#

首先来说一下为什么会想着重新搭建一个博客，是因为原本的不好吗？当然有一定的原因，但是并不是全部，这里来讲一下我的旧站的维护吧。

旧站采取Fuwari + Cloudflare Pages自托管的模式，是现在的一个性价比很高的搭建方式，Fuwari 负责提供极致的视觉与性能体验，Cloudflare Pages 负责提供稳定、免费且高速的全球分发。但是我为什么要放弃呢，其实我想最主要的原因是，目前我的推送流程的阻碍，现在推送的主要流程是： 本地文件更新 —git push — github push推送 — Cloudflare pages自动推送 —部署完成 看似很好很轻松的过程，但是其中隐含的缺点也有很多：

1. 写作被工具链绑架：改一个错别字、换一张图，也要走 commit/push/build，灵感场景下很重。

2. 反馈链路过长：push 成功不等于部署成功，还要等构建、看日志、处理失败；故障点分散很难查找。

3. 移动端和多设备不友好：手机上很难完成完整 Git 流程，临时修改只能等电脑。

4. 频繁小提交会消耗构建额度：Cloudflare Pages 免费版 Git 集成有每月构建次数限制，频繁 push 会浪费额度。 但更准确地说：我打算放弃的并不是Fuwari + Cloudflare Pages，而是“每次更新都必须自动触发 Git 构建”的方式。

所以我改为了VPS加AI自托管的模式：

在旧方案里，发布一篇文章本质上是一次软件部署：修改文件、commit、push、等待构建、处理构建失败。我的写作意愿被这条链路的摩擦不断消耗。而更新频率也确实如所看到的一样。

在 VPS + AI 托管模式下，发布变成了直接的内容操作。新方案（VPS + AI）通过一个具备操作能力的 AI 代理，直接接管了发布与运营这个最消耗精力的环节，完全绕过了 Git 和自动构建。

但是这并不足以让我放弃Fuwari ，这个基于 Astro 框架的静态博客模板，在设计感和开箱即用的优秀体验上有着极大的吸引力的一个静态博客。而原因在于我最近经常混迹于各种论坛，也和许多优秀的人交流中不定时的读一读他们的项目经历，在这其中我就发现了一位大佬，他的基于Firefly魔改版本的个人网站深深吸引我了 —— [折腾进行时 - 9LL.UK
所以我也萌生了魔改的想法，附上HY站长的几张siteshot：

经过调查我发现：

Firefly 直接把评论、说说/动态做成了内置的功能。根据一些迁移者的对比，它内置了评论系统、说说/动态、赞助页面和实验室/工具，大部分定制都可以通过配置文件完成，不再需要魔改核心代码。对我来说，这意味着 AI 可以操作和发布的“内容类型”变多了——它不仅能写文章，还能直接处理动态、管理内置评论，而不需要我先花时间搭建这些基础设施。这里要致敬一下大佬——[[夏夜流萤 - 飞萤之火自无梦的长夜亮起，绽放在终竟的明天。]]

将调研成果实际落地#

一个很直接的证据是，社区里已经出现了专门适配 Firefly 的 AI Agent Skill（firefly-post-writing）。这个技能让 AI 能够按照 Firefly 的内容集合（Content Collections）规范，自动将 Markdown 内容放入 src/content/posts/ 下的正确位置，并生成符合其 schema 的 frontmatter（标题、日期、标签、分类等）。这意味着你的 AI 托管不需要自己去摸索 Firefly 的文件结构，可以直接调用现成的技能来完成发布，降低了 AI 操作出错的概率。链接：firefly-post-writing Agent Skill | GodBlf/godblf.github.io

那有了这些基础，选哪个模型呢？我想起来前几天白嫖了 170亿 token 的 Muse，Meta 旗下刚出的类似沙盒功能的 AI 助手，平时只帮助我处理一些 Outlook 邮件。评估一下折腾项目的评分，这次为何不挑战一下自己呢？

（PS<现在想想有点胡闹了>）

然而，这次博客重构，我决定拿它当主力，看看一个 AI Agent 到底能不能独立扛下一个完整的建站项目。

我要的不是一个能聊天的模型，而是一个能动手干活的助手：读写文件、跑构建脚本、调 GitHub API、看日志、修 bug。Muse 的定位正好包含这些吧？是这个吗？。

现在给出结论：能，但是真的很累。

实战：从 Fuwari 到 Firefly 的迁移#

踩坑记录#

1：Fuwari 图片子目录

新文章的图片放在 images/ 子目录，./images/img22.png 这种引用，Fuwari 构建直接报 ImageNotFound。旧站 11 篇文章都是图片放根目录，Fuwari 的 Astro 配置认不出子目录。总结了一下：同步到旧站的文章，图片必须打平，./images/X 改成 ./X。

2：Cloudflare 构建队列

用 GitHub API 一篇一篇推文章，每篇一个 commit，Cloudflare Pages 疯狂触发构建，队列堵死，大部分显示 “No deployment available”。后来给AI讲批量操作要打包，用 Git Data API 把一篇文章的所有文件打成一个 commit。

3：Waline 容器 OOM

HK 机只有 887MB 内存，Waline 的 better-sqlite3 原生模块直接崩了，nginx 报 502。容器自动重启后恢复，但内存还是紧张。把不用的 whatsapp-proxy 停了，也只释放了 6MB。2C/887MB 跑 Waline + Umami + Postgres 就是勉强。（后悔没用其他机子了）

大佬们如果以后光临本站发现评论加载不出来那多半是挂了，访问的人数一多，刷新一多的话香港机子跑的就很勉强了

坑 4：Umami 分享 token 调不到 realtime

统计页的”在线人数”用分享 token 调 /api/realtime/ 返回 401。排查发现是前端 localStorage 缓存了过期的 token，换了缓存 key（v2）强制刷新后解决。

这个部分是AI做的最差的部分，目前解决起来确实很困难，但是访客视觉上不会收到太大影响。

致谢#

 9LL.UK   夏夜流萤 - 飞萤之火自无梦的长夜亮起，绽放在终竟的明天。

附录#

这几天烧了这么多token，Muse的量还是大啊。用不完根本用不完！

起名：从”暮色”到 zhz-ai#

一开始叫”Muse”，太直白了。后改”暮色”——汉字版的 muse，有点味道。但最后还是定了 zhz-ai，简单直接，一看就知道是站长的 AI 分身。

头像用 QQ 邮箱头像（2099621514@qq.com），Waline 认邮箱不认 avatar 字段，踩了个小坑。

架构：Flask + 智谱 + 轮询兜底#

服务跑在 ID 那台机子上（HK 机子内存太小了，887MB 跑不动），Flask + gunicorn 单 worker，60 秒轮询一次 Waline 的 recent API。

为啥不用 webhook？Waline 的 WEBHOOK 是服务端环境变量，配了，但真实评论就是不触发。原因没查清——先跑起来，轮询兜底。

模型试了一圈：glm-4.7-flash 过载，glm-4.5-flash 返回空，只有 glm-4-flash 稳定。就它了。

提示词写了双风格：随笔类短平快玩梗，技术类大胆展开给建议。之前测试时回得太水（“发给我看看”这种空话），被我骂了一顿重写了——现在技术类会针对具体技术点给建议。

三个离谱的 bug#

评论区自动刷新#

访客发完评论，AI 回了，但页面不刷新，得按 F5 才看得到。这体验不行。

调研了 Waline 官方源码：init() 返回的 update() 只在 path 变化时重拉，同页调用无效。唯一靠谱的办法是 destroy() + 重新 init()。

最后方案：每 30 秒查一次服务端评论数，有新增且用户没在输入框打字时，才重建评论区。无新增零打扰，用户打字时不打断——草稿丢了是要骂人的。

小修小补#

• 实验报告《Analog Basic Amplifier》的电路图乱码了：ASCII 电路图转 Markdown 时对齐全丢，换成原图
• 转换速率表格重排成标准 Markdown 表格
• 两篇报告清掉 Word 分页符残留（\x0c，渲染会出怪字符）
• Circuit Lab 6 的仿真截图放错了（放了张公式图），换成正确的 Multisim 截图
• 友链加了番茄主理人（排第一）、Pasule

还没搞定的#

• 轮询 60 秒还是有点慢，AI 回复要 70-80 秒才可见。想改 15 秒，还在犹豫（怕被智谱限流）
• Webhook 不触发的原因还没查清
• 统计页 Swup 导航时的数据竞态修了，等验证

折腾一天，博客又活过来一点。AI 评论员已上岗，欢迎来调戏——它现在叫 zhz-ai，别叫错了。

一、为什么慢#

先捋一下原来的流程：

1
浏览器 → Cloudflare → umami.lanerc.me → VPS 上的 Umami → PostgreSQL 查数据 → 原路返回

一次页面加载要调 4 个接口：

1. GET /api/share/{shareId} —— 拿 websiteId 和 token（token 缓存 24h）
2. GET /api/websites/{id}/stats?startAt=...&endAt=... —— 30 天统计
3. GET /api/websites/{id}/stats?... —— 今日统计
4. GET /api/realtime/{id} —— 实时在线

慢的原因：

• Umami 的 stats 查询是实时聚合，30 天的数据要在数据库里扫一遍，本身就要几百毫秒到几秒
• 多一跳 Cloudflare，每个请求都要过 CDN
• 浏览器到 Cloudflare 的链路如果差，每个请求都要等

HY（9ll.uk）快是因为他的访客到 Cloudflare 的路好，架构跟我是一样的。

二、方案：静态 JSON 缓存#

核心思路：把慢查询挪到服务器端定时做，浏览器只读一个静态文件。

1
VPS cron（每5分钟）→ Umami localhost（快）→ 写 /api/stats.json
2
浏览器 → Cloudflare CDN（缓存）→ /api/stats.json（毫秒级）

好处：

• 浏览器只拉一个几百字节的 JSON，走 CDN 缓存，基本是毫秒级
• Umami 的慢查询在服务器端做，用户无感
• 数据最多 5 分钟延迟，对统计页来说完全够用

代价：

• 不是严格实时，有 5 分钟延迟（但比之前刷不出来强多了）
• 需要 VPS 上多一个 cron 任务

三、VPS 定时脚本#

脚本放在 VPS 上，比如 /opt/umami-stats-cron.sh：

1
#!/bin/bash
2
# Umami 统计数据定时拉取脚本
3
# 每 5 分钟跑一次，把数据写成静态 JSON，供博客统计页优先读取
4

5
set -e
6

7
# ===== 配置区 =====
8
UMAMI_BASE="https://umami.lanerc.me"
9
SHARE_ID="EG15WwHeRvz2lmd2"  # 换成你自己的 share ID
10
# 网站根目录（nginx 的 root），stats.json 会写到 $WEB_ROOT/api/stats.json
11
WEB_ROOT="/var/www/lanerc"
12
# ==================
13

14
API_DIR="$WEB_ROOT/api"
15
OUT_FILE="$API_DIR/stats.json"
16
TMP_FILE="$API_DIR/.stats.json.tmp"
17

18
mkdir -p "$API_DIR"
19

20
# 1. 拿 websiteId 和 token
21
SHARE_JSON=$(curl -s --max-time 15 "$UMAMI_BASE/api/share/$SHARE_ID")
22
WEBSITE_ID=$(echo "$SHARE_JSON" | python3 -c "import sys,json; print(json.load(sys.stdin).get('websiteId',''))")
23
TOKEN=$(echo "$SHARE_JSON" | python3 -c "import sys,json; print(json.load(sys.stdin).get('token',''))")
24

25
if [ -z "$WEBSITE_ID" ] || [ -z "$TOKEN" ]; then
26
  echo "[$(date '+%F %T')] ERROR: 获取 share token 失败"
27
  exit 1
28
fi
29

30
NOW_MS=$(date +%s)000
31
DAY_MS=86400000
32
P30_START=$(( $(date +%s) * 1000 - 30 * DAY_MS ))
33
TODAY_START=$(date -d "$(date +%F) 00:00:00" +%s)000
34

35
HDR=(-H "x-umami-share-token: $TOKEN" -H "x-umami-share-context: 1")
36

37
# 2. 拉 30 天统计、今日统计、实时数据（并行写临时文件）
38
curl -s --max-time 20 "${HDR[@]}" "$UMAMI_BASE/api/websites/$WEBSITE_ID/stats?startAt=$P30_START&endAt=$NOW_MS&unit=day&timezone=Asia/Shanghai" -o /tmp/umami_s30.json &
39
P1=$!
40
curl -s --max-time 20 "${HDR[@]}" "$UMAMI_BASE/api/websites/$WEBSITE_ID/stats?startAt=$TODAY_START&endAt=$NOW_MS&unit=day&timezone=Asia/Shanghai" -o /tmp/umami_today.json &
41
P2=$!
42
curl -s --max-time 20 "${HDR[@]}" "$UMAMI_BASE/api/realtime/$WEBSITE_ID" -o /tmp/umami_rt.json &
43
P3=$!
44
wait $P1 $P2 $P3 || true
45

46
# 3. 组装成前端需要的格式
47
python3 << 'PYEOF'
48
import json, time
49

50
def load(p):
51
    try:
52
        with open(p) as f:
53
            return json.load(f)
54
    except Exception:
55
        return None
56

57
s30 = load('/tmp/umami_s30.json') or {}
58
today = load('/tmp/umami_today.json') or {}
59
rt = load('/tmp/umami_rt.json') or {}
60

61
# 在线人数：5 分钟内有活动的去重 session
62
online = 0
63
try:
64
    seen = set()
65
    cutoff = time.time() * 1000 - 5 * 60 * 1000
66
    for e in (rt.get('events') or []):
67
        from datetime import datetime
68
        ts = e.get('createdAt', '')
69
        try:
70
            t = datetime.fromisoformat(ts.replace('Z', '+00:00')).timestamp() * 1000
71
        except Exception:
72
            continue
73
        sid = e.get('sessionId')
74
        if t >= cutoff and sid and sid not in seen:
75
            seen.add(sid)
76
            online += 1
77
except Exception:
78
    pass
79

80
out = {
81
    'totalVisitors': s30.get('visitors'),
82
    'totalPageviews': s30.get('pageviews'),
83
    'todayVisitors': today.get('visitors'),
84
    'todayPageviews': today.get('pageviews'),
85
    'online': online,
86
    'generatedAt': time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time.localtime()),
87
}
88
with open('/tmp/umami_stats_out.json', 'w') as f:
89
    json.dump(out, f)
90
print('OK', out.get('generatedAt'))
91
PYEOF
92

93
# 4. 原子写入（先写临时文件再 mv，避免读到一半的文件）
94
mv /tmp/umami_stats_out.json "$TMP_FILE"
95
mv "$TMP_FILE" "$OUT_FILE"
96
chmod 644 "$OUT_FILE"
97
echo "[$(date '+%F %T')] stats.json 已更新"

1
# 给脚本执行权限
2
chmod +x /opt/umami-stats-cron.sh
3

4
# 先手动跑一次，确认能生成文件
5
/opt/umami-stats-cron.sh
6
cat /var/www/lanerc/api/stats.json
7

8
# 加到 crontab，每 5 分钟跑一次
9
crontab -e
10
# 添加这一行：
11
*/5 * * * * /opt/umami-stats-cron.sh >> /var/log/umami-stats.log 2>&1

1
location = /api/stats.json {
2
    expires 1m;
3
    add_header Cache-Control "public, max-age=60";
4
}

四、前端改造#

前端逻辑：先尝试拉 /api/stats.json，成功就用它；失败则走原来的 Umami API（原逻辑一行不动，作为兜底）。

我在 analytics.astro 里加了一个独立的 <script> 块，放在主逻辑之前：

1
<script is:inline>
2
// 静态 JSON 优先尝试：VPS 定时任务每 5 分钟生成 /api/stats.json
3
// 成功则渲染并设置标志，主 script 会直接返回；失败则静默，主 script 走原有 API 逻辑
4
(function () {
5
    function fmt(n) { return Number(n || 0).toLocaleString(); }
6
    function renderStatic(d) {
7
        var map = {
8
            totalVisitors: d.totalVisitors,
9
            totalPageviews: d.totalPageviews,
10
            todayVisitors: d.todayVisitors,
11
            todayPageviews: d.todayPageviews
12
        };
13
        Object.keys(map).forEach(function (k) {
14
            var el = document.querySelector('[data-stat="' + k + '"]');
15
            if (el && map[k] != null) el.textContent = fmt(map[k]);
16
        });
17
        var onlineEl = document.getElementById("live-online");
18
        if (onlineEl && d.online != null) {
19
            onlineEl.innerHTML = '<span class="online-dot"></span>' +
20
                (d.online > 0 ? d.online + " 人在线" : "在线");
21
        }
22
        var updatedEl = document.getElementById("live-updated");
23
        if (updatedEl) {
24
            var t = new Date().toLocaleString("zh-CN", { hour12: false }).slice(0, 16);
25
            updatedEl.textContent = "实时更新于 " + t + " · 30天区间";
26
        }
27
        try {
28
            localStorage.setItem("lanerc-umami-live",
29
                JSON.stringify({ ts: Date.now(), data: d }));
30
        } catch (e) {}
31
    }
32
    fetch("/api/stats.json", { cache: "no-store" })
33
        .then(function (r) { if (!r.ok) throw 0; return r.json(); })
34
        .then(function (d) {
35
            if (d && (d.totalVisitors != null || d.totalPageviews != null)) {
36
                renderStatic(d);
37
                window.__lanercStatsDone = true;  // 标记已命中
38
            }
39
        })
40
        .catch(function () {});  // 失败静默，主逻辑会兜底
41
})();
42
</script>

主 script 开头加一行检查：

1
(function () {
2
    if (window.__lanercStatsDone) return;  // 静态 JSON 已命中，直接返回
3
    // ... 原有 Umami API 逻辑（未改动）
4
})();

关键点：

• 两个 script 块互相独立，静态 JSON 的那个失败了不会影响主逻辑
• 用 window.__lanercStatsDone 做标记，避免重复渲染
• fetch 用 { cache: "no-store" }，确保拿到的是最新的（CDN 层面可以设 1 分钟缓存，平衡实时性和速度）
• 原有 API 逻辑一行没动，JSON 文件不存在或拉取失败时自动降级

注意 is:inline：Astro 构建时会处理 <script> 标签，不加 is:inline 的会被打包优化掉，导致线上不执行。这个坑我踩过两次了，血的教训。

五、效果对比#

六、踩坑记录#

1. Astro 的 is:inline：内联 script 必须加 is:inline，否则构建时会被 Astro 处理掉，线上 JS 根本不执行。我之前已经因为这个坑修过两次统计页了。

2. 原子写入：cron 脚本写 JSON 时先写临时文件再 mv，避免浏览器读到写一半的文件。

3. 时区：Umami API 的 timezone=Asia/Shanghai 参数别漏，否则今日数据会对不上。

4. 在线人数计算：realtime 接口返回的是 events 列表，需要按 sessionId 去重，只算 5 分钟内有活动的。这个逻辑在前后端都要保持一致。

七、总结#

这个方案的核心就是用空间换时间：VPS 上多一个 cron 任务，换来前端毫秒级的加载体验。对于统计页这种”数据可以容忍几分钟延迟”的场景，非常划算。

如果你也在用 Umami 做博客统计，且访客网络环境复杂，可以试试这套方案。完整脚本在上面，直接拿去改改配置就能用。

一、Waline：评论系统#

1
# 生成随机 JWT 密钥（在你自己的终端执行）
2
openssl rand -hex 32
3

4
# 启动容器（把上面生成的密钥填进去）
5
sudo docker run -d \
6
  --name waline \
7
  --restart always \
8
  -p 127.0.0.1:8360:8360 \
9
  -v waline-data:/app/data \
10
  -e SQLITE_PATH=/app/data \
11
  -e JWT_TOKEN=你生成的密钥 \
12
  -e SERVER_URL=https://waline.lanerc.me \
13
  lizheming/waline:latest

1
curl -s http://127.0.0.1:8360/api/comment | head -c 200
2
# 应返回 {"errno":0,...}，不是 000

1
# 起个临时容器连上 waline-data 卷
2
sudo docker run --rm -it -v waline-data:/app/data alpine sh
3
apk add sqlite
4
sqlite3 /app/data/waline.sqlite

1
-- wl_Comment（注意必须有 sticky 列，漏了查评论列表会报错）
2
CREATE TABLE wl_Comment (
3
  id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
4
  user_id INTEGER, comment TEXT, insertedAt TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
5
  ip VARCHAR(100), link VARCHAR(255), mail VARCHAR(255), nick VARCHAR(255),
6
  pid INTEGER DEFAULT 0, rid INTEGER DEFAULT 0, sticky INTEGER DEFAULT 0,
7
  status VARCHAR(50) DEFAULT 'approved', like INTEGER DEFAULT 0,
8
  ua TEXT, url VARCHAR(255), createdAt TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
9
  updatedAt TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
10
);
11
CREATE TABLE wl_Counter (id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, time INTEGER, url VARCHAR(255), createdAt TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, updatedAt TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP);
12
CREATE TABLE wl_Users (id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, display_name VARCHAR(255), email VARCHAR(255), password VARCHAR(255), type VARCHAR(50) DEFAULT 'guest', url VARCHAR(255), avatar VARCHAR(255), github VARCHAR(255), twitter VARCHAR(255), facebook VARCHAR(255), google VARCHAR(255), weibo VARCHAR(255), qq VARCHAR(255), createdAt TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, updatedAt TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP);

1
server {
2
    listen 80;
3
    server_name waline.lanerc.me;
4
    location / {
5
        proxy_pass http://127.0.0.1:8360;
6
        proxy_set_header Host $host;
7
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
8
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
9
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
10
    }
11
}

1
sudo nginx -t && sudo systemctl reload nginx

1
export const commentConfig = {
2
  type: 'waline',
3
  waline: {
4
    serverURL: 'https://waline.lanerc.me',
5
    // 其他按需
6
  },
7
};

1
SELECT id, display_name, email, type FROM wl_Users;
2
-- 把测试账号删掉，真实账号 type 改成 'administrator'
3
UPDATE wl_Users SET type='administrator' WHERE email='你的邮箱';

二、Umami：访问统计#

1
mkdir ~/umami && cd ~/umami
2
# 把 umami-deploy.tar.gz 解压到这里
3
tar -xzf umami-deploy.tar.gz
4
sudo bash deploy-umami-docker-run.sh

1
# umami 容器必需
2
-e DATABASE_URL=postgresql://umami:密码@umami-db:5432/umami
3
-e APP_SECRET=随机字符串  # 必须显式设置，不设静默降级有安全隐患

1
server {
2
    listen 80;
3
    server_name umami.lanerc.me;
4
    location / {
5
        proxy_pass http://127.0.0.1:8362;
6
        proxy_set_header Host $host;
7
        proxy_set_header X-Real-IP $remote_addr;
8
        proxy_set_header X-Forwarded-For $proxy_add_x_forwarded_for;
9
        proxy_set_header X-Forwarded-Proto $scheme;
10
    }
11
}

1
export const analyticsConfig = {
2
  umami: {
3
    enabled: true,
4
    websiteId: '你的-website-id',
5
    scriptUrl: 'https://umami.lanerc.me/script.js',
6
    // 会话回放（可选，v3.1+）
7
    replays: {
8
      enabled: true,
9
      scriptUrl: 'https://umami.lanerc.me/recorder.js',
10
    },
11
  },
12
};

1
# 在你自己的终端（不要贴 key 到聊天里）
2
export UMAMI_API_KEY="你的api-key"
3
python3 scripts/fetch-umami-stats.py

三、统计页前端：SVG 环形图#

数据有了，前端展示。学 HY 的 donut 图，不用 ECharts，SVG 手画：

1
---
2
const R = 54, C = 2 * Math.PI * R;
3
let offset = 25;
4
const segs = items.map((item, i) => {
5
  const len = (item.count / total) * C;
6
  const el = (
7
    <circle cx="70" cy="70" r={R} fill="none"
8
      stroke={colors[i]} stroke-width="18"
9
      stroke-dasharray={`${len} ${C - len}`}
10
      stroke-dashoffset={-offset}
11
      transform="rotate(-90 70 70)" />
12
  );
13
  offset += len;
14
  return { el, pct: Math.round((item.count / total) * 100) };
15
});
16
---
17
<svg viewBox="0 0 140 140">
18
  <circle cx="70" cy="70" r={R} fill="none" stroke="#f3f0ea" stroke-width="18" />
19
  {segs.map(s => s.el)}
20
</svg>

原理：stroke-dasharray 控制每段弧的显示长度，stroke-dashoffset 累加实现拼接，rotate(-90) 让起点从顶部开始。

淡背景图必须用 CSS background-image，不要用 <img> 绝对定位：

1
.device-card {
2
  background-image:
3
    linear-gradient(rgba(255,255,255,0.9), rgba(255,255,255,0.9)),
4
    url('/images/analytics/card-11.jpg');
5
  background-size: cover;
6
  background-position: center;
7
}

踩坑总表#

两套服务跑下来，评论和统计全在自己手里，不依赖第三方 SaaS。备份记得带上 waline-data 和 umami-db-data 两个 Docker 卷。

四、站点统计页：设计思路#

五、调试过程：三次翻车#

1
# 查线上 HTML
2
curl -s https://lanerc.me/ | grep -c 'href="/analytics/"'
3
# 输出 0
4

5
# 查 8880 直连（不走 Cloudflare）
6
curl -s http://20.239.49.52:8880/ | grep -c 'href="/analytics/"'
7
# 输出 2

1
/* 错误示范（已删） */
2
.device-bg { position: absolute; inset: 0; opacity: 0.1; }
3

4
/* 正确做法 */
5
.device-card {
6
  background-image:
7
    linear-gradient(rgba(255,255,255,0.9), rgba(255,255,255,0.9)),
8
    url('/images/analytics/card-11.jpg');
9
  background-size: cover;
10
}

六、优化过程：v46 → v62#

一晚上 16 个版本，每个版本只改一件事：

优化原则：

1. 一次只改一件事：方便回滚，v56 重做 v54、v60 重做 v59 都是这么来的。
2. 截图即需求：自己截图标红的地方，就是下一版的改动点，不用猜。
3. 字体只调小不调大：从第 6 张卡开始，标题 1.35rem、小节 0.95rem，信息密度上来了就不吵了。
4. 动画克制：落樱每个卡 3 片，opacity 0.45，多了就是杀马特。

源码在 src/pages/analytics.astro，单个文件 800+ 行。想抄的直接看文件，比看这篇管用。

七、后续方向：国内访问加速#

目前博客在国内访问很慢，这是下一步要解决的。思路：

先分析原因：到底是 Cloudflare 边缘节点问题、VPS 到国内的线路问题，还是纯粹的备案缺失导致的绕路？得先抓数据——不同地区、不同运营商的延迟和丢包率，找出瓶颈在哪。这部分分析后续补充。

备案的打算：如果分析下来是线路问题，考虑给域名做 ICP 备案，然后上国内 CDN。但备案意味着服务器要迁回国内，整套 Docker（Waline、Umami）都要跟着迁，成本不小。还在看，先把原因分析清楚再决定。

总之：先诊断，再开药。盲目上 CDN 烧钱没意义。

迁移：11 篇文章，一次过#

Firefly 用 Astro 的 content collections 管内容，文章丢进 src/content/posts/ 就行。旧站 11 篇文章加 About 页，图片路径改成相对路径，构建一次通过，没出幺蛾子。新域名 lanerc.me，旧站留着 www.lanerc.me，导航栏加个”开往旧站”，体面分手。

构建：别在 VPS 上作死#

第一个坑出现在构建环节。pnpm build 会先跑一堆联网的生成脚本（GitHub 卡片数据、封面抓取之类的），在网络差的环境直接卡死。解决办法：只改内容的时候直接跑 ./node_modules/.bin/astro build，跳过那些脚本。

第二个坑更狠：之前试过在 VPS 上直接构建，结果 Node 进程被 OOM killer 干掉，exit 133。887MB 内存的小鸡就别想本地构建这种事了。从此定下规矩：本地构建 dist，VPS 只做静态托管，nginx 伺候。

还有个玄学坑：删掉 src/content/posts/ 下的 md 文件后重新构建，dist 里居然还有已删除文章的残留——Astro 的 content 层缓存在 node_modules/.astro 里没失效。删文件后构建前先 rm -rf node_modules/.astro，百试百灵。

样式：3px 黑边框的执念#

看中了某个站长的方框质感，卡片统一改成 3px solid #1c1c1c 粗黑边框，hue 调到 174 的青绿色。favicon 换成双猫图，深浅色自动切换——最骚的是把主题里所有旧 favicon 文件名的内容全都替换成新图，防止任何回退路径冒出旧图标。别问，问就是被浏览器缓存坑过。

页脚加了萌 ICP 备案和实时运行时间计数器。侧栏的建站时长一开始显示 653 天，原因是 siteStartDate 写着 2025-01-01，改成今天，世界清净了。

音乐：下载站的攻防战#

站内播放器加了三首歌。下载的时候发现下载站耍花招：“下载”按钮实际是打开新标签页播放，根本不触发文件下载。绕过去的办法是让它暴露音频直链，然后 curl 直接抓——网易云的签名 URL 有效期大概一小时，手要快。

更绝的是这站现在加了”口令解锁”，要拿快手极速版扫码。行吧，以后再下歌就手动过。

Live2D：从五个到一个#

主角色雪初音常驻，旁边最多的时候摆了五个小伙伴：白猫 tororo、金发 z16、chitose、shizuku、wanko。中间还闹过笑话——把西装男 chitose 认成 z16 删错了，又换回来。

技术上有个坑：l2d-widget 的根节点是个没有 class 的 position: fixed div，没法用常规选择器定位。最后用的办法是记录组件创建前后的 DOM 差集，找到带 canvas 的 fixed div 来定位每个小伙伴。

最后还是决定做减法：只留金发 z16 一个站在右下角，和主角色左右对称。五个确实太吵了。

项目页与书签：从占位到自家东西#

主题自带的”Firefly 主题模版”和”示例项目”两个占位直接删掉，换上自己的五个：Folia、Komari Monitor、哪吒管理面板、Cloud Mail、IP 检测工具，每个都配了主页截图。Komari 的介绍里专门写了后台可视化和 WebSSH——电脑没电的时候，手机平板开网页就能 SSH 连服务器，这体验谁用谁知道。

书签导航加了”论坛”分组（Linux Do、NodeSeek、NodeLoc、奶昔论坛），工具分组塞了硬核指南，图标一个不少。

部署：一键脚本#

写了个 deploy.sh，做几件事：装 nginx、删 Debian 默认站点、解压 dist、修权限防 403、监听 80 和 8880（高位端口方便直连预览）。VPS 上跑一遍，完事。

一天下来发了 22 个版本，博客算是彻底换了个样子。剩下的就是慢慢写文章了。

第一张：中银 × b 站万事达 —— 干活的卡#

这张是冲着「海外支付」去的。万事达通道，境外网站、各种订阅扣款就靠它了。

说实话，办它的理由特别务实：VPS 续费、域名续费、时不时冒出来的境外小额订阅，以前总要绕来绕去。现在一张万事达在手，全球 200 多个国家和地区的商户都能刷，省心。

卡面是 b 站联名设计，低调里带点二次元味，不会太社死，拿得出手。

第二张：招行 × b 站纯白花嫁 —— 好看的卡#

如果说中银那张是干活的，这张就是纯粹的颜值消费。

纯白卡面，2233 娘的花嫁装，拿到手第一反应是：这哪是银行卡，这是收藏品。白色卡身干干净净，阳光下看还有点质感，刷卡的时候掏出来，收银员都得多看两眼。

至于权益？不重要。好看，就是它最大的权益。

总结#

一对卡，一个负责征战海外，一个负责貌美如花，分工明确，配合默契。

唯一的问题是：卡是拿下了，额度是银行的，账单可是我的。。。

补充：#

招商银行的服务质量确实好啊，两次拿卡都非常的丝滑流畅

新手教程与年轻版的限制#

进站第一件事当然是过新手教程。跟着流程走完，收到了 @discobot 的消息，还发了一张专属的证书。

不过，申请通过是一回事，年轻版的限制确实是存在的。在论坛里逛了逛才发现，因为走的是预申请通道，账号在初期有很多权限受限。比如一些热门板块（像“资源荟萃”之类的）可能进不去，或者只能看不能回，另外信任等级的提升也会比较慢。

其实这也完全能理解，毕竟社区要控制质量，防范小号和水军。对我这种 GitHub 年限不够的人来说，能有个“先上车”的机会已经很感激了。

接下来的日子，大概率就是老老实实潜水，多看看大佬们的开发调优帖。遵守社区规则，慢慢攒信任等级。

能进来就好。Hello, LINUX DO。

核心区别#

视频发布时可能还不支持绑定微信支付宝还有apple pay以及Google play商店，但是主包目前实测是可以的，感兴趣的小伙伴可以去尝试一下！

PS<绑定的过程均不需要挂代理哦>

背景#

用 EasyEUICC 把 eSIM 写入小白卡，写卡成功后却收不到短信，折腾了一圈终于搞定。把过程整理出来，供后来人参考。

• 上网浏览了一下很多人买的加0欧的收不到消息，这个具体什么原理我也不清楚，主播买的号段是5704段0欧的，前前后后一共花费了44RMB，保号现在政策能保到6-7年，也是非常有性价比啊。*
• 第一次入坑的小白浏览网页经常遇到类似这样的评论，大家不要慌啊，我也是被这些搞得破崩了，放弃的两天后试试结果成了，关键在于等待吧。*

一、写卡流程（Android）#

1. 小白卡插入安卓手机卡槽。
2. 打开 EasyEUICC → 右上角菜单 → 兼容性检查，通过后重启 App。
3. 右下角 “+” → 选择’二维码写入‘，“手动输入”或“从剪贴板读取”。
4. 粘贴 LPA:1$... 格式激活码。
5. 写入完成后，点卡片菜单 → 启用，等待信号出现。

注意：

• 激活码必须以 LPA:1$ 开头。
• EasyEUICC 只能操作小白卡，管不了手机自带 eSIM。
• 写卡后建议先关闭数据漫游。

以下内容来自Linux do社区 #

二、有信号但收不到短信？#

三、移动数据与漫游#

• 移动数据总开关关闭时，即使有信号也可能收不到短信。
• 打开数据，默认上网卡选小白卡。
• 但要注意流量费：余额低于 0.1 欧会直接断网，国内建议切回国内卡上网，小白卡只收短信。
• 显示“无法识别号码”是正常现象（未写入 MSISDN），不影响收发短信。

四、误删 Profile 昵称怎么办#

• 只是删昵称：EasyEUICC 里信息还在，不影响使用。
• 可在 EasyEUICC 菜单里 重命名/编辑 改回来。
• 确认 Profile 状态是 “已启用”。
• 设置 → 移动网络 → SIM卡管理 里确认开关打开，重启手机试试。
• 真正删除 Profile 后旧激活码会失效，需联系客服重新发码。

五、iOS 能用 EasyEUICC 吗？#

不能。EasyEUICC 没有 iOS 版。

替代方案：

1. 纯 iPhone：买 USB-C 读卡器或蓝牙 eLPA 读卡器，配合 9eSIM LPA 或 NekokoLPA App 使用。
2. 安卓写卡 + iPhone 用卡：用安卓机写好，拔卡插进 iPhone，通过 STK 菜单切号。

建议：有安卓备用机的话，第二种最省事。

总结#

• 写卡不难，难在收短信。
• 优先查：信号 → SMSC → 拦截 → 平台风控。
• “无法识别号码”别慌，不影响用。
• 余额别低于 0.1 欧。

一、实验目的#

1. 了解功率放大电路的基本结构和工作原理；

2. 理解OCL与OTL电路的区别与各自特点；

3. 掌握集成功放的性能参数及正确应用方法；

4. 掌握功放电路的性能指标的测量方法。

二、实验内容#

1. 完成功放电路的同向放大电路的Multisim建模与仿真；

2. 完成电路预搭接。

三、仿真实验#

利用运放μA741构成同向放大电路作为前置放大，级联LM386功放电路，完成从拾音器到功放的输出，构成简单的话音放大装置；功放电路Multisim仿真图：

输入为100mV时的仿真图片：

输入为200mV时的仿真图片:

四、电路实验#

1. 集成功放性能的测量#

表1 功放电路参数测量记录表

Ui/mV	Uo/mV	增益	输出功率/mW	电源电流/mA	电源功率/mW	效率
100	2120	21.2	280.9	70	840	33.44%
200	4200	21.0	1102.5	130	1560	70.67%

Ui=100mV时的波形图为：

Uo=200mV时的波形图为：

实验总结：

本次实验单独测试LM386集成功放电路，分别输入100mV、200mV 正弦信号，记录输出电压、电压增益、输出功率、电源功耗及转换效率。实测电压增益稳定在21倍左右，输入信号幅值增大后，输出功率、电源消耗同步上升，电路转换效率由33.44%提升至70.67%，说明功放输出功率越大，电能转化为音频功率的效率越高。示波器观测波形无明显削顶失真，小信号输入时波形完整对称。

功放电路最大输出电压、最大输出功率的测量

表2 功放电路最大输出电压、最大输出功率的测量记录表

Uim/mV	Uom/mV	增益	输出功率/mW	电源电流/mA	电源功率/mW	效率
276	5600	20.29	1960	180	2160	90.74%

测量波形图为：

实验总结：

逐步增大输入信号至 276mV，电路达到最大不失真输出状态，最大输出电压 5.6V，最大输出功率 1960mW，转换效率达到 90.74%，为本电路工况下效率峰值。继续提高输入幅值会出现波形削波饱和失真，输出功率不再提升，仅增加电源无用功耗。

两级级联电路性能参数的测量

表3 两级级联电路性能参数测量记录表

测量波形：

Ui=10mV时的波形图：

Ui=20mV时的波形图：

实验小结：

采用运放同相放大作为前置级、LM386 后级功放两级级联，小输入信号即可获得大幅输出。输入10mV时电压测得增益320倍，输入 20mV时波形出现明显失真。两级放大结构大幅提升整体放大倍数，微弱拾音信号可驱动扬声器发声，适用于语音放大场景。示波器波形显示小信号下输出波形完整，输入20mV时输出幅值接近饱和区间，波形边缘开始出现明显失真。

五、实验总结#

本次功率放大电路实验分为Multisim仿真、实物搭接测量两大模块，分别完成单级LM386功放、最大输出特性、μA741+LM386两级级联放大三组测试，完成功放增益、输出功率、电源功耗、转换效率等核心指标测量。

仿真阶段：使用μA741同相放大前置，搭配LM386构成语音放大电路，仿真波形与实物测试趋势一致；

单集成LM386功放特性： LM386电压增益稳定，输出功率随输入增大而升高，转换效率随输出功率提升明显增大，大信号下电能利用率更高；电路存在最大不失真输出阈值，超过后产生饱和削波失真；

两级级联：前置运放大幅提升整体放大倍数，微弱输入信号即可实现大功率输出，但两级放大易引入自激、饱和失真，；

六、实验收获#

通过本次实验我掌握了OCL/OTL功放电路原理、集成功放LM386与运放μA741的应用方法，会熟练使用示波器观测输出波形、测量功放关键性能指标，理解电压增益、输出功率、转换效率之间的变化规律，同时积累模拟放大电路自激、失真、噪声等常见故障的排查与解决思路，为音频放大电路设计与调试打下基础。

实验目的：#

1. 掌握方波信号的产生的基本原理和基本方法，电路参数的分析计算，各参数对电路性能的影响；

2. 掌握有运算放大器组成的RC有源滤波器的工作原理，熟练掌握RC有源滤波器基本参数的测量方法和工程设计方法；

3. 掌握移相电路的设计原理与方法；

4. 掌握比例加法合成器的基本类型、选型原则和设计方法；

5. 掌握多级电路的级联安装调试技巧；

6. 进一步熟悉Filter Design Tool、Multisim等仿真软件的功能及使用方法。

实验要求：#

1.完成整个系统的设计（包含波形的产生电路、基波提取电路、三次谐波提取电路、移相电路以及加法器电路共计5个电路），设计过程完整清晰，包含设计推导过程以及原理图绘制；

2.完成上述5个电路的Multisim建模仿真，对仿真数据与波形进行分析；

3.完成该电路的预搭。

电路设计：#

1. 波形产生电路的设计

设计要求：设计一个方波产生电路，要求其频率为500Hz，幅度为±6V。

电路原理图如下：

根据，代入500Hz频率，得到：

T ≈ 2RCln (1 + 2R2/R1)，取R1= R2= 10kΩ，则 ln (1 + 2R2/R1) = ln3 ≈ 1.1。代入T = 1/500 = 2ms，可得：R1C ≈ 0.5T/1.1 ≈ 0.91ms；根据器件清单取 C = 0.1μF，则 R3≈ 9.1kΩ。

电压稳定在±6V可以使用两个背对背的6V稳压管实现，仿真图中使用1N4735A这个器件。

仿真结果如下：

观察到周期T约为2.0ms，电压幅值基本稳定在±6V，电路设计正确。

实验波形：

基波三次谐波提取电路

基波提取（中心频率500Hz）

电路原理图如下：

参数计算：

采用二阶多路反馈带通滤波器，中心频率 f0=500Hz，品质因数Q=5（带宽100Hz），通带增益Aᵥ=1。

设计公式：

令 C1=C2=C=1μF，带入条件解得：R5=1.59kΩ，R6=3.18kΩ，R7=32.5Ω；取R5=1.6k（1k+510）;R6=3.2k（2.2k+1k）;R7=30Ω(3个10Ω)。

仿真波形：

观察到周期为2ms，频率为500Hz,且幅值符合理论预期，说明电路设计正确。

实验波形：

三次谐波提取（中心频率1500Hz）

电路原理图如下：

参数计算：

采用二阶多路反馈带通滤波器，中心频率 f0=1500Hz，品质因数Q=12.5（带宽120Hz），rp=0.5dB，通带增益Aᵥ=1。

令 C1=C2=C=100nF，带入条件解得：R8=133kΩ，R6=267kΩ，R7=422Ω；取R5=133k（100k+33k）;R6=270k;R7=420Ω(220+200Ω)。

仿真实验：

观察到周期为699us，频率约为1450Hz,且幅值符合理论预期，说明电路设计正确。

实验波形：

移相电路

电路原理图：

本实验中可以取C6=100nF,R1=R2=10kΩ，电位器选用10kΩ，移相为0°到180°。

仿真实验：

移相前：

移相后（移动至两者同相位）

实验波形：

1. 加法电路

设计思路：使用增益为1的反向加法器，后面级联一个反相器。

电路原理图：

参数说明：

U19=-(R17/R16 U3+R17/R15 U1),U21=-R20/R19 U19。

式中取电阻10kΩ，即可实现同向相加。

仿真实验：

输入波形：

输出波形：

实验波形：

波形合成分析：

观察到实际合成的波形和理论波形有些许误差，主要体现在左边突出处变得凹陷，分析可能原因是相位没有移动到更加精确的位置，实际操作中我也寻找了更加接近的位置，但是左右变化波形合成偏差会变得更大，另外一个原因是电路中电阻阻值太小，充放电过程太快，使得一部分电阻能量无法抵消这部分的误差，改进方法可以降低基波电路的Q值和适当增大电阻输入。

分析总结：

本次实验围绕波形产生、分解、移相、合成完整流程展开，通过方波产生电路、带通滤波器、移相电路与加法器的设计、仿真与实物搭建，验证了方波可分解为基波与各次谐波，再经相位调整与信号叠加可还原近似波形的傅里叶级数原理，整体实验达到预期目标。

一、实验结果分析#

1. 方波产生电路

方波产生电路采用运放+RC充放电+稳压管限幅结构，实现500Hz、±6V方波输出。仿真周期约 2.0ms，实测频率461Hz，幅值接近理论值，误差源于电阻电容标称值偏差、稳压管压降及运放非理想特性，整体符合设计要求。

1. 谐波提取电路

基波与三次谐波提取电路基波提取（500Hz）与三次谐波提取（1500Hz）均采用二阶多路反馈带通滤波器，能精准分离目标频率分量。仿真中心频率与理论一致，实测略有偏移，主要因滤波器参数取值为标称电阻、电容容值误差及运放输入输出阻抗影响，滤波效果清晰，分离功能有效。

1. 移相电路

移相电路基于RC移相+运放缓冲，实现0°~180°连续相位调节，可将基波与三次谐波调整至同相。仿真与实测均能稳定移相，相位调节线性度良好，满足波形合成前的相位匹配需求。

1. 加法合成电路

加法合成电路采用反相加法器+反相器级联，实现基波与三次谐波的同相叠加。输出波形为近似方波，验证了“方波=基波+三次谐波+……” 的分解合成规律，输出幅度与相位匹配度高，合成效果比较理想。

二、误差来源分析#

1. 器件参数误差：电阻、电容为标称值，与理论计算值存在偏差，直接影响频率、增益与中心频率精度。

2. 运放非理想特性：UA741CP存在输入失调电压、有限带宽与压摆率，导致波形失真、频率偏移。

3. 电源与干扰：面包板接线寄生电容/电感，引发波形抖动与频率漂移。

4. 测量误差：示波器探头衰减、读数精度及接触不良，造成幅值、频率测量偏差。

三、实验收获与体会#

1. 掌握方波产生、带通滤波、RC移相、加法器核心电路的原理、参数计算与设计方法。

2. 熟练使用 Multisim 仿真，提升电路仿真、调试与故障排查能力。

3. 理解傅里叶分解与合成的物理意义，建立“时域波形↔频域分量”的工程认知。

4. 掌握多级电路级联技巧，学会通过优化参数、缩短接线、合理布局提升系统稳定性。

四、改进思考#

1. 选用高精度电阻、电容，减小参数误差，提升频率与增益精度。

2. 更换带宽更高、失真更小的运放，改善波形质量。

3. 可拓展五次谐波提取与合成，进一步逼近理想方波，提升合成精度。

五、总结#

本次实验完整实现了方波产生→分解（基波/三次谐波）→移相→合成的全流程，理论与实践结合紧密。实验电路工作正常，波形符合预期，虽存在小幅误差，但验证了波形分解与合成的核心原理，提升了模拟电路设计、仿真与实操能力，达到实验全部目的与要求。

附：预习报告#

波形的产生分解与合成电路的设计预习报告

实验要求：#

1.完成整个系统的设计（包含波形的产生电路、基波提取电路、三次谐波提取电路、移相电路以及加法器电路共计5个电路），设计过程完整清晰，包含设计推导过程以及原理图绘制；

2.完成上述5个电路的Multisim建模仿真，对仿真数据与波形进行分析；

3.完成该电路的预搭。

电路设计：#

1. 波形产生电路的设计

设计要求：设计一个方波产生电路，要求其频率为500Hz，幅度为±6V。

电路原理图如下：

根据，代入500Hz频率，得到：

T ≈ 2RCln (1 + 2R2/R1)，取R1= R2= 10kΩ，则 ln (1 + 2R2/R1) = ln3 ≈ 1.1。代入T = 1/500 = 2ms，可得：R1C ≈ 0.5T/1.1 ≈ 0.91ms；根据器件清单取 C = 0.1μF，则 R3≈ 9.1kΩ。

电压稳定在±6V可以使用两个背对背的6V稳压管实现，仿真图中使用1N4735A这个器件。

仿真结果如下：

观察到周期T约为2.0ms，电压幅值基本稳定在±6V，电路设计正确。

基波三次谐波提取电路

基波提取（中心频率500Hz）

电路原理图如下：

参数计算：

采用二阶多路反馈带通滤波器，中心频率 f0=500Hz，品质因数Q=5（带宽100Hz），通带增益Aᵥ=1。

设计公式：

令 C1=C2=C=1μF，带入条件解得：R5=1.59kΩ，R6=3.18kΩ，R7=32.5Ω；取R5=1.6k（1k+510）;R6=3.2k（2.2k+1k）;R7=30Ω(3个10Ω)。

仿真波形：

观察到周期为2ms，频率为500Hz,且幅值符合理论预期，说明电路设计正确。

三次谐波提取（中心频率1500Hz）

电路原理图如下：

参数计算：

采用二阶多路反馈带通滤波器，中心频率 f0=1500Hz，品质因数Q=12.5（带宽120Hz），rp=0.5dB，通带增益Aᵥ=1。

令 C1=C2=C=100nF，带入条件解得：R8=133kΩ，R6=267kΩ，R7=422Ω；取R5=133k（100k+33k）;R6=270k;R7=420Ω(220+200Ω)。

仿真实验：

观察到周期为699us，频率约为1450Hz,且幅值符合理论预期，说明电路设计正确。

移相电路

电路原理图：

本实验中可以取C6=100nF,R1=R2=10kΩ，电位器选用10kΩ，移相为0°到180°。

仿真实验：

移相前：

移相后（移动至两者同相位）

1. 加法电路

设计思路：使用增益为1的反向加法器，后面级联一个反相器。

电路原理图：

参数说明：

U19=-(R17/R16 U3+R17/R15 U1),U21=-R20/R19 U19。

式中取电阻10kΩ，即可实现同向相加。

仿真实验：

输入波形：

输出波形：

实 验 报 告#

课程名称：模拟电子电路实验

实验名称：可控增益放大器的设计

院（系）：电子科学与工程学院　专业：电子科学与技术

姓　　名：zhz　　学　　号：（已隐去）

实 验 室：电子技术实验2室103　实验组别：

同组人员：　　实验时间：2026年5月7日

预习报告部分#

可控增益放大电路预习报告

基本要求1

根据器件清单，设计一个可控增益放大电路，核心使用 μA741运放实现三档电压增益（0.1、1、10），并满足输入电阻 ≥100 kΩ、输出电阻 ≤1 kΩ 的要求。

一、电路方案：反相比例放大电路#

采用反相放大器结构，通过切换反馈电阻改变增益。输入电阻不小于100kΩ，根据输出电阻的范围和现有器件可以画出电路图为：

二、增益计算与仿真验证#

增益公式：Av=−Rf/R1​​

R1 = 100 kΩ：

Rf = 10 kΩ → Av = -0.1

Rf = 100 kΩ → Av = -1

Rf = 1 MΩ → Av = -10

可控增益切换逻辑：

使用CD4052BD模拟数字开关，通过改变输入信号AB来进行切换。当AB=00时，输出线路1导通，根据Av=-R3/R1=-10可知此时实现10倍增益；当AB=01时，输出线路2导通，根据Av=-R4/R1=-1 可知此时实现1倍增益；当AB=11时，输出线路3导通，根据Av=-R2/R1=-0.1可知此时实现0.1倍增益

验证输入电阻= R1 = 100 kΩ。输出电阻≈运放输出电阻，满足≤1 kΩ。

当设置AB=00时，仿真结果如下图：

当设置AB=01时，仿真结果如图：

当设置AB=10时，仿真结果如图：

实物图搭接如下：

实验报告正文#

1
  东南大学电工电子实验中心
2

3
        实 验 报 告
4

5

6
课程名称：         模拟电子电路实验

实验名称： 可控增益放大器的设计 院 （系）：电子科学与工程学院专 业：电子科学与技术 姓 名： zhz 学 号： （已隐去） 实 验 室: 电子技术实验 2 室 103 室 实验组别： 同组人员： 实验时间：2026 年 5 月 7 日 评定成绩： 审阅教师：

一、实验目的#

1. 进一步熟悉 Multisim 软件仿真功能；
2. 掌握利用运算放大器构成可控增益放大器的基本框架及实现方式；
3. 掌握基本单元电路的设计、实验测量过程、性能分析等实验内容；
4. 掌握数字信号与模拟信号的级联、切换的方法；
5. 了解可控增益放大器的实际应用场合以及常用器件。

二、实验内容#

1.实验要求 用运算放大器设计一个可控增益放大电路，要求其输出电阻不小于 100kΩ，输 出电阻小于 1KΩ，并且能根据输入信号幅值自动切换增益。 基本要求： 放大器具有 0.1 倍、1 倍、10 倍三档位不同的增益，输入一个幅度为 0.1V10V 的可调直流信号，根据输入电压的大小自动切换不同的增益值，使得放大器的输 出电压在 0.5V5V 范围内。 使用 CD4052 模拟开关芯片，查阅功能表设计出根据直流电压大小自动切换 不同的增益电路为：

电压比较器两个阈值分别为 0.5V~5V，所以 R8：R9：R10=6：9：1，分别取 1kΩ、9k Ω、6kΩ。

提高要求： 输入一个正弦信号，频率为 1kHz，峰峰值在 0.1V10V 范围内，根据输入 电压峰峰值的大小自动切换不同的增益值，使得放大器的输出波形峰峰值在 0.5V5V 范围内。 设计精密峰值检测电路，电路如下图：

由于该峰值检测电路输入信号正弦波峰峰值，半波整流之后出现二倍关系，所以调整

电路当中电阻阻值，R8、R9、R10 分别取 1kΩ、9kΩ、22kΩ，使得电压范围在 0.25V~0.5V

之间。

连接各个模块得到电路图： 2.仿真实验 （1）直流可控增益放大电路 放大电路仿真模型图：

放大电路仿真波形图： 0.1V、0.51V、5V、7V （2）交流可控增益放大电路 放大电路仿真模型图：

放大电路仿真波形图： 峰峰值 0.1V、0.5V、5V、7V： 3. 电路实验 电路实物图：

（1）直流可控增益放大性能的测量 直流可控增益电压范围测量数据表 增益/倍 输入电压范围/V

1
          0.1        5~10
2
           1        0.49~5
3
          10       0.1~0.49

波形记录： 直流 110mV：

直流 500mV： 直流 4V：

直流 7V：

分析总结： 增益切换规律：电路可根据输入直流电压大小，自动在 0.1 倍、1 倍、10 倍 三档增益间切换，实现输出稳定在 0.5V5V 区间。输入 0.10.49V：增益为 10 倍， 小信号被充分放大，输入 0.495V：增益为 1 倍，信号等比例输出，输入 510V： 增益为 0.1 倍，大信号被合理衰减。Multisim 仿真与实物测量结果一致，电压 比较器 + 模拟开关 CD4052 构成的自动切换逻辑可靠，输出电压无明显失真， 满足设计指标。输入输出电阻符合设计要求。 （2）交流可控增益放大性能的测量 交流可控增益电压范围测量数据表 峰峰值范围 增益 （Vpp） 0.1 510 1 0.55 10 0.1~0.5 波形记录： 输入 7Vpp:

输入 10Vpp：

输入 450mVpp： 输入 100mVpp：

输入 300mVpp： 分析总结： 交流自动增益控制效果针对 1kHz 正弦波，电路通过精密峰值检测电路获取 信号幅值，实现与直流一致的三档自动增益切换，输出峰峰值稳定在 0.5V5V。 分析实验现象得到：输入 0.10.5Vpp：增益 10 倍，输入 0.55Vpp：增益 1 倍， 输入 510Vpp：增益 0.1 倍。输出波形完整、无明显削顶失真，峰值检测电路可 以较为准确地提取幅值信息，比较器阈值设置合理，实验现象符合理论预期。因 峰值检测半波整流存在幅值二倍关系，通过调整 R8、R9、R10 阻值，使比较器工 作在合适阈值区间，保证交流控制精度。

三、实验中遇到的问题#

1
在直流可控增益电路实物测量调试中我遇到了以下问题：

1、电路搭建完成后输出信号微弱 经过排查发现放大器并未工作，未打开电源的 VCC 与 VEE 按钮，此次失误使 得我懂得做实验过程中一定要做好前提工作，否则会起到事倍功半的效果。 2、电路功能出现部分缺失 实验中发现 0.1V0.5V 挡位以及 0.5V5V 挡位输出正常，但是 5V~10V 挡位出 现直流输入，方波输出的现象，并且最大值最小值分别为缩小十倍和保持不变。 经过排查与请教老师的意见，发现原因是模拟开关在 0.1 控制开关处电阻下方面 包板发生短路，解决方法是插线的时候不要插太深。 3、电路在大电压条件下缩小效果不明显 分析可能的原因如下：模拟开关导通电阻影响 CD4052/ADG409 内部存在导 通电阻，与反馈电阻一起改变实际增益，导致大信号档位衰减不准。比较器阈值 漂移大电压输入时，LM311 比较器阈值因电阻精度、接线电阻、电源纹波发生轻 微偏移，5V 阈值点不准，切换滞后。面包板插孔接触不良，等效电阻变大，实 际反馈比例偏离设计值。 在交流可控增益电路实物测量调试中我遇到了以下问题： 交流调试中出现增益切换错误，根源是精密峰值检测电路采用半波整流，输 出峰值仅为输入正弦波峰峰值的 1/2，形成二倍关系偏差。若直接使用直流电路 的电阻配比，会导致比较器阈值与实际信号幅值不匹配。实验中测得第一档切换 电压是 1V，1V 以下放大十倍，1V 以上保持不变，通过分析半波整流的峰值与峰 峰值关系，重新调整 R8、R9、R10 阻值后，峰值检测输出可正确反映输入信号 大小，交流自动增益控制恢复正常，输出稳定在设计范围内，范围测量误差更小。 解决方法：根据半波整流峰值 = 峰峰值 / 2 的关系，重新计算比较器阈值。 将原直流阈值电阻 R8=1kΩ、R9=9kΩ、R10=6kΩ，改为 R8=1kΩ、R9=9kΩ、 R10=22kΩ。

四、实验总结#

本次可控增益放大器设计实验，我完成了从 Multisim 仿真到实物搭建、调 试测量的全部内容，成功实现了直流和交流信号的自动三档增益切换，让输出始 终稳定在 0.5V~5V 的目标范围，达到了实验要求。 在直流电路中，我利用运算放大器、LM311 电压比较器和 CD4052 模拟开关， 根据输入电压大小自动选择 10 倍、1 倍、0.1 倍增益。小信号放大、大信号缩小， 输出稳定无失真，输入、输出电阻也符合指标。仿真和实际测量结果基本一致， 电路工作可靠。 在交流电路中，为了识别正弦波的幅值，加入了精密峰值检测电路。调试时 遇到了半波整流带来的二倍关系问题—— 峰值检测只拿到峰峰值的一半，导致 增益切换不准。通过重新调整 R8、R9、R10 的电阻值，修正了阈值偏差，最终 实现了对 1kHz 正弦信号的准确自动控制，输出波形完整、无削顶、无明显失真。 实验过程中，我也遇到了输出微弱、模拟开关附近电阻短路、大电压衰减不 明显等问题，通过检查供电、重新接线、核对电阻、排查虚接等方法逐一解决， 提升了自己的电路调试和故障分析能力。 总的来说，这次实验让我熟练掌握了 Multisim 仿真、运放应用、模拟开关 使用、峰值检测以及数模混合电路的设计与调试方法，理解了自动增益控制的实 际意义，收获很大，基本完成了本次模电实验的全部任务。

五、参考资料#

[1] 黄慧春、堵国樑.模拟电子电路实验[M].东南大学出版社 2024. [2] 堵国樑.电子电路基础[M].机械工程出版社. [3] CD4052、UA741CP、LM311 元件使用手册.

实验图片#

实 验 报 告#

课程名称：模拟电子电路实验

实验名称：基本比例放大电路实验

院（系）：电子科学与工程学院　专业：电子科学与技术

姓　　名：zhz　　学　　号：（已隐去）

实 验 室：电子技术实验2室103　实验组别：

同组人员：　　实验时间：2026年4月9日

一、实验目的#

1. 理解运放参数意义，并能正确选用运放；
2. 掌握运放构成基本比例放大电路的基本结构；
3. 掌握放大电路性能指标和电路参数的关系；
4. 掌握放大电路交、直流特性的测量方法；
5. 掌握运放最大输出电压、输出电流的特性及测量。

二、实验内容#

1.实验要求 用运算放大器设计一个反相比例放大电路，要求其放大倍数为-10，输入电阻不 小于 10KΩ，输出电阻小于 1KΩ。 图 1 反相比例放大电路

2.仿真实验 （1）测量电路的放大倍数 反相比例放大电路仿真模型图（截图）：

放大倍数计算： Au=-990.368/99.003=-10.003 （2）电路性能的研究 通过改变 R1 和 RF 的阻值，运行仿真软件后，观察输入输出波形的关系，将数据 计入表格： 反相比例放大电路的仿真实验数据表

1. 电路实验 电路实物图：

注意到当输入电压为 2 或-2V 时，放大倍数严重偏离理论值-10 倍。这是因 为理论输出应为 ±20V，但运算放大器的输出电压受其供电电压限制，无法达到 理论值。因此，电压被限制在约 +14.1V 和 -12.5V，导致计算出的有效放大倍 数降低。体现了波形饱和失真现象。在±0.5V 的小信号输入下，电路增益实验 值和理论值误差很小，说明电路搭接正确，符合预期。 （2）交流放大性能的测量 交流特性的测量数据表

峰峰值为 300mV 时：

峰峰值为 4V 时：

传输特性数据表

波形记录：（具体要求依据课堂讲解）

分析总结： 实测 SR 为 0.62 V/μs，与仿真值（0.49 V/μs）和数据手册典型值（0.5 V/ μs）量级一致。SR 实测值略高可能源于测量读数误差或具体芯片的差异以及环 境有关，实测值略高于手册值，但在合理范围内。

三、实验总结#

本次实验围绕反相比例放大电路的设计、仿真与测试展开，深入探究了集成 运算放大器在实际应用中的特性。通过理论计算、Multisim 仿真和实物电路测 试三个环节的对比，加深了对运放参数物理意义的理解。

1. 电路基础性能验证 实验基于运放设计了增益为-10 的反相比例放大器。仿真结果显示，在标准 参数下，电路增益为-10.003，与理论计算高度吻合，验证了在低频小信号下的 准确性。实物测试中，在 200mVpp 到 400mVpp 交流小信号输入下，实测增益稳定 在 10.3~10.4 倍，存在约 4%的系统误差线性度良好，满足设计要求。
2. 运放非理想特性的观察与分析 本次实验最重要的收获在于直观地观测到了运放由理想模型转向实际应用 时的诸多限制，比如输出饱和限制：在直流特性测试中，当输入电压达到±2V 时，理论输出应为±20V，但受限于±15V 供电电压，输出被限制在+14.1V 和 -12.5V。界定了电路的线性动态范围。输出电流驱动能力：在最大输出电流测试 中，当负载电阻从 220Ω降至 100Ω时，输出电压从 4.48V 骤降至 1.92V。这表 明运放达到了约 20mA 的输出电流极限。转换速率(SR)：实测 SR 约为 0.62V/μs， 与手册典型值 0.5V/μs 基本一致，反映了运放对信号变化速度的响应上限。
3. 电路参数对性能的影响 通过改变 R1 和 RF 的取值实验，验证了反相比例放大器的增益公式 Av=−RF/R1。当 R1 取值过小（0.1kΩ）时，由于信号源内阻的分压效应，实际输 入到反相端的电压 Ui 发生了明显衰减。这一现象有力地证明了反相放大电路输 入阻抗等于 R1 的结论，所以在设计电路时需满足输入电阻不小于 10kΩ。
4. 误差分析与总结

仿真数据与实物测量值的差异主要源于：实物电阻的标称误差、运放芯片的 输入失调电压以及测量仪器的测量误差。虽然存在上述因素，但电路的整体表现 依然符合理论预期。通过本次实验，我不仅掌握了基本比例放大电路的设计与调 试方法，更学会了如何通过数据去反推运放内部的工作机理。这为后续进行更复 杂的模拟电路系统设计奠定了坚实的实践基础。

四、参考资料#

[1] 黄慧春、堵国樑.模拟电子电路实验[M].东南大学出版社 2024. [2] 堵国樑.电子电路基础[M].机械工程出版社.

实 验 报 告#

课程名称：电子工艺实践

实验名称：电子工艺实践

院（系）：电子科学与工程学院　专业：电子科学与技术

姓　　名：zhz　　学　　号：（已隐去）

实 验 室：电子技术实验2室103　实验组别：

同组人员：　　实验时间：2026年3月25日

东南大学电工电子实验中心

实 验 报 告

课程名称： 电子工艺实践

实验名称： 电子工艺实践

院 （系）：电子科学与工程学院专 业：电子科学与技术

姓 名： zhz 学 号： （已隐去）

实 验 室: 电子技术实验2室103实验组别：

同组人员： 实验时间：2026年3月25日

评定成绩： 审阅教师：

一、实验目的：#

识别和使用常用电子元器件，掌握常用电子仪器、仪表的使用方法；

熟悉电子产品的设计和生产过程；

掌握用Altium Designer软件设计原理图和印制电路板图；

掌握电路的焊接、安装、检查及调试方法；

二、实验原理：#

流水灯电路工作原理分析；

本电路是一款基于通用数字逻辑芯片的4路单向广告流水灯电路，通过时钟产生、移位控制、逻辑复位、功能实现四个核心模块的协同工作，实现 LED 依次循环点亮的流水效果， 各模块原理如下：

时钟产生模块: 555定时器多谐振荡器，555定时器接成多谐振荡器模式，为整个电路提供稳定的方波时钟信号，控制流水灯的切换速度。电路参数：电源VCC=5.0V，电阻R5=1kΩ，R6=0-100kΩ，电容C2=10μF，C1=0.01μF。

工作原理：555 定时器通过电容C2的充放电实现振荡：

充电阶段：电源经R5、R6向C2充电，当C2电压升至 2/3VCC时，内部触发器翻转，输出端OUT变为低电平，同时内部放电管导通，C2开始放电。

放电阶段：C2经R6和内部放电管向地放电，当电压降至 1/3VCC时，触发器再次翻转，OUT变为高电平，放电管截止，C2重新充电。电路循环往复，在OUT端输出连续的方波脉冲，为移位寄存器提供时钟节拍。

频率计算：多谐振荡器周期公式：T≈0.7(R5+2R6max)C2=0.7×(1kΩ+2×100kΩ)×10μF=1.407s，对应振荡频率f≈1/T≈0.71Hz，T≈0.7(R5+2R6min)C2=0.7×(1kΩ)×10μF=7ms，对应振荡频率f≈1/T≈142.9Hz，即每秒约0.7到143个时钟脉冲，可通过控制滑阻的阻值来控制流水灯的切换速度。

移位控制模块：74HC194 4位双向移位寄存器，74HC194作用是将555的时钟脉冲转换为依次输出的高电平，控制LED的点亮顺序。初始状态：通电后 S0、S1为高，芯片执行并行置数，QA输出高电平，QB、QC、QD输出低电平，仅LED1点亮。移位过程：每来一个时钟上升沿，寄存器执行移位操作，高电平依次向后传递：

第1个脉冲：QA 的1移至QB，QA清零→LED2点亮，LED1熄灭。

第2个脉冲：QB 的1移至QC→LED3点亮，LED2熄灭。

第3个脉冲：QC 的1移至QD→LED4点亮，LED3熄灭。

循环复位：当QD的1移出后，4个输出端全为0，触发74HC20与非门输出低电平，使CLR有效，芯片清零并重新执行并行置数，回到QA=1的初始状态，实现无限循环。

功能实现模块：LED与限流电阻4个LED分别串联470Ω限流电阻，构成驱动电路，实现灯光显示。

工作原理：LED 为正向导通发光器件，当74HC194对应输出端为高电平时，LED 正向导通发光；输出为低电平时，无电流通过，LED 熄灭。

流水灯电路电路图如下图：

使用Altium Designer软件绘制原理图和PCB图的基本设计过程、注意事项；

原理图和PCB图的设计过程：

电路功能：4路广告流水灯，由555定时器、74HC194移位寄存器、74HC20与非门、LED、电阻、电容等元件组成。

设计目标：完成电路原理图绘制、元件封装设计/调用、PCB布局布线等。

设计规范：遵循嘉立创设计流程，满足规则、可制造性要求。

软件与资料准备

软件：嘉立创标准版，完成账号注册、软件安装与激活。

元件资料：

在嘉立创软件中根据电路原理图画出得到：

注意事项：

1. 元件封装选择：直插元件选择DIP封装，方便实验焊接；贴片元件适合批量生产，实验优先用直插。

2. 电源与地的处理：电源线加粗、铺铜接地，减少电源干扰，保证电路稳定工作。

3. 时钟线布线：555的时钟线尽量短，远离LED等负载线，避免信号干扰。

装配焊接工艺及注意事项。

焊接顺序的核心原则是：先低后高、先小后大、先非极性后极性。焊接方法遵循：将引脚插入焊盘，用烙铁加热焊盘与引脚，送焊锡，形成光亮的焊点，剪去多余引脚。

首先焊接贴片/小型直插阻容元件，先焊电阻（R1-R6）、无极性电容（C1）：这类元件无极性、高度低，优先焊接避免遮挡后续元件。然后焊接极性元件，焊接电解电容（C2）、LED（LED1-LED4）：注意要严格核对极性，电解电容长脚为正，对应PCB“+”标识；LED长脚为阳极，对应PCB阳极焊盘，避免反接烧毁。最后焊接芯片与接插件，焊接DIP芯片：使用芯片插座焊接，再插入芯片，避免直接焊接芯片导致高温损坏；焊接时先固定对角引脚，再依次焊接其余引脚，防止虚焊、连焊。最后焊接电源接口、测试点（X1-X4）、示波器接口等接插件，保证焊接牢固。

三、实验内容：#

软件绘制的原理图及PCB图；

软件绘制的原理图：

PCB图：

尺寸：2724.4mil×2090.8mil

万能板上制作的电路，正面、反面实物图；

正面实物图：

反面实物图：

通电测试方法、结果，波形图及参数；遇到问题及解决过程及方法；

通电测试方法：首先将信号源波形调整至直流8V，将信号源两端口接入到电路板的VCC和GND接口处，同时将CLK信号通过导线引至示波器的CH1处，调整滑阻阻值，调整波形范围，观察示波器波形的变化，可以观察到电路生成的脉冲信号的频率在0.6Hz到143Hz范围内变化。示波器的波形实物图如下：

将示波器CH2接口分别接入到LED1-4，观察LED处波形变化，实物图片如下：

手绘CLK和LED1-4的波形图如下：

遇到问题及解决过程及方法：第一次设置信号源为直流5V的时候发现能正常观察到CLK的频率，但是无法观察到LED灯的闪烁变化。此现象说明脉冲产生电路555部分没有出现错误，仔细检查原理图发现原理图也没有任何错误，根据示波器CH2接口波形推断可能是电路板上74HC194部分出现虚焊等错误。这时候依次测量74HC194四个输出口和左移变量的波形和电压，发现电压在2.5V左右，这时候推断芯片引脚并没有达到阈值电压无法实现相应的功能。故将电压依次提升到5.5V、6V直至7V-8V，这时候LED灯出现明显的闪烁变化。除此之外我发现LED1灯会依据逻辑进行亮度变化，但是亮度较其他三个灯明显更低，排除194逻辑问题，可能限流电阻1出现虚焊。总结：本次调试的两类故障，核心诱因均为电路板焊接过程中的虚焊问题：74HC194引脚虚焊导致输出电压不足，无法驱动 LED；R1虚焊导致回路电流不足，LED1亮度偏低。调试过程中使用的方法：数字电路调试遵循“先模块定位、再参数检测、后验证修复”的原则。

通过Multisim软件仿真流水灯电路，观察仿真波形。（提高）

将滑阻阻值设置为1kΩ，对电路进行仿真，仿真波形如图所示。

四、心得体会及建议：#

通过本次电子工艺实践，我经历了广告流水灯电路从原理分析、原理图与 PCB 设计、装配焊接到通电调试、仿真验证的全过程，基本掌握了电子工艺的基本流程与核心技能。

在理论方面，我深入理解555定时器多谐振荡、74HC194移位寄存器、74HC20与非门复位的工作原理，掌握了时钟产生、移位控制、循环驱动等数字电路模块的协同工作机制，能够根据公式计算振荡频率，并通过电位器实现流水速度调节，对数字电路的时序逻辑有了更直观的认识。

在软件应用方面，我熟练使用嘉立创EDA完成了原理图绘制、元件库调用、封装匹配、PCB布局布线及DRC检查，理解了PCB设计中模块分区、电源加粗、地线铺铜、时钟线短捷等设计原则，提升了工程绘图与规范设计能力。

在实操工艺方面，我按照合理的顺序完成焊接，掌握了直插元件、芯片、LED、电容的焊接技巧与焊点质量判断标准，认识到虚焊、极性接反、接触不良是实验电路最常见问题。

在调试与故障处理方面，我学会使用示波器、万用表观测波形与电压，按照先模块定位、再参数检测、后验证修复的思路排查故障，成功解决5V供电下LED不闪烁、单路LED亮度偏低等问题，提升了电路分析与问题解决能力。同时通过Multisim仿真对比验证，加深了理论与实际的结合。

本次实验让我切实体会到严谨的设计、规范的焊接、耐心的调试是电子产品成功的关键。未来我会更加注重工艺规范与电路可靠性设计，不断提升动手能力与工程素养，为后续专业学习打下扎实基础。

The Extension of Junction Temperature Measurement Method for High-Power LEDs#

zhz

(School of Electronic Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096)

Abstract: This paper is based on the elective experiment of college physics, “Research on the Thermal Characteristics of High-Power LEDs”, and conducts a systematic study on the optimization of key parameters in the pulse method for measuring junction temperature, the construction of thermal resistance models, and the data processing flow of experiments. By establishing a junction temperature-illuminance-voltage coupling model, a more accurate dynamic measurement method for junction temperature and thermal performance evaluation of LEDs is proposed. This research provides experimental support for the thermal design and life prediction of LEDs and proposes an exploratory link in experimental teaching.

Key words: High-power LED; Junction temperature measurement; Pulse method optimization; Thermal resistance analysis

大功率LED的发光效率、波长稳定性及使用寿命均严重依赖于其工作结温[1-2]。准确测量结温并评估散热性能，是LED器件设计与应用的核心环节。脉冲法虽能实现结温的间接测量，但在脉冲参数选择、动态热响应建模及多参数耦合分析方面仍有优化空间。并且现有实验流程中，数据记录、

作者简介：zhz，东南大学电子科学与工程学院。

处理与分析环节相对独立，不利于初学者系统理解LED的热学特性与光电特性之间的关联。

本文基于脉冲法原理，结合温控系统，系统研究了大功率LED在不同工作模式下的结温变化规律，并分析了结温对其光电性能的影响。

1 实验原理与现有方法分析#

脉冲法测量结温的基本原理#

脉冲法的核心思想是通过施加低占空比的脉冲电流，使LED在脉冲间歇期内充分冷却，从而使结温（Tj）与表面温度（Ts）趋于一致。在此基础上，通过温控系统改变表面温度，可标定出特定电流下正向压降（U）与结温（Tj）的关系曲线：

Tj=f(U) （1）

测量LED的工作电压，并考虑实际能量转化，即可反推得到热阻的近似公式：

（2）

其中，U 和 I 分别为 LED 两端的电压与流过 LED 的正向电流。

实验数据分析#

表1 不同结温下LED的正向压降

通过脉冲法结合温控系统，测量了在300 mA电流下，LED在不同结温下的正向压降，数据如表1所示。使用三次多项式进行拟合，得到U−Tj ​关系曲线（R2=0.9996），拟合方程为：

Tj=−0.000014U3+0.130692U2−413.090271U+435748

结果表明，LED正向压降随结温升高而下降，表现出明显的负温度系数特性。

图1 结温-压降曲线

2 实验方法改进与优化策略#

脉冲参数的系统优化研究#

提出“可变占空比脉冲”，在保持平均电流相同的条件下，改变占空比（如1<10>、1<50>、1<200>、1<1000>），研究：

不同占空比下 U−Ts曲线的稳定性；

脉冲间歇期结温与表面温度趋于一致的最小时间常数[3]。

将从实验室带出来的数据输入到MATLAB软件中得出占空比不同条件下U-Ts曲线：

图2 不同占空比下LED表面温度变化

可以看出，低占空比(1<1000>)下温度基本不变，高占空比(1<50>)下温度有小幅上升但变化很小。最小时间常数上，占空比(1<1000>)的较小，温度较为稳定。但由于样本量少，且缺乏足够的数据支撑，实验结论不能得到足够的支撑。

两个模型的实验数据验证#

数据如何用于瞬态热阻分析#

现有的数据构成了一个完美的阶跃响应实验：

表2 不同时间的结温（室温：18.8°C）

激励：在t=0时刻，对LED施加一个300mA的直流电流阶跃。

响应：记录下了结温 Tj(t)随时间 t 从初始值（室温附近）上升至稳态值（约83.66°C）的完整曲线Tj(t)。

采用双时间常数模型，将LED简化为一个两阶热网络，对应两个主要的热传递阶段：

芯片→基板（快速过程）：时间常数 τ1 ​，热阻 Rθ1​。

基板→环境（慢速过程）：时间常数 τ2 ​，热阻 Rθ2​。

由于电压和结温满足线性关系，分析对象电压(直接测量量)衰减曲线可以用双指数函数拟合：

U(t)=U0+ΔU1(1−e−t/τ1)+ΔU2(1−e−t/τ2)（4）

其中各段热阻：Rθi=ΔTi/Pd，Pd为热耗散功率（≈0.85UI）。

图3 LED正向电压双指数拟合曲线

双指数电压拟合模型：

U(t) = 3025.9 + 31.5·exp(-t/21.4) + 10.4·exp(-t/80.3) mV

电压和结温标定线性关系有dU/dTj=-1.4mV/°C

由此可得：快速过程：ΔT1 ≈ 22.5 °C, τ1 ≈ 21.4 s；慢速过程：ΔT2 ≈ 7.4 °C, τ2 ≈ 80.3 s。总等效温升ΔT ≈ 29.9 °C；热耗散功率 Pd = 0.85 × (3.026 V) × 0.3001 A = 0.7719 W；等效热阻估算：快速路径等效热阻 R1_eq ≈ 29.1 °C/W；慢速路径等效热阻 R2_eq ≈ 9.6 °C/W；总热阻为38.7°C/W；实验报告热阻（结到表面）R_θ_j-x = 23.534 °C/W。实验结果表明：芯片到基板的热响应时间约为21.4s, 基板到环境的热响应时间约为80.3s。与实验室推荐的稳态热阻分析相比，该实验理论结果没有实验推荐方法的结论可信。

据此，我的分析是：该双指数模型基于理想阶跃响应的理论拟合，而在实验室中人为上无法控制瞬间将电流加到300mA，只能够尽可能快得满足实验条件；在实验室中仅测量11个数据点，时间分布不均匀，也在一定程度上影响了模型参数精度。

尽管存在上述局限，本研究引入双指数模型的价值在于：传统的单指数模型将LED视为单一热容-热阻系统，这过于简化了实际的热传递过程。双指数模型对应二阶网络，能更真实地反映LED封装的多层结构，更有助于我们理解它的微观机理。基于双指数模型，可优化LED的工作策略进行寿命预测，进而更有利于实际生产中。

本工作在传统稳态热阻测量基础上，创新性地引入双指数模型分析LED的瞬态热响应。这不仅加深了我对LED热物理过程的理解，更将基础实验提升至研究性学习的高度，体现了“从实验中学习，在研究中创新”的格物致知理念。

结温—照度—电压耦合模型的实验验证#

基于现有的实验数据设计一个基于该理论的实验验证方案：

表3 结温对照度的影响实验（直流工作状态）

室温：18.8°C 电流幅值：300.1mA

基于实验数据建立了结温(Tj)、照度(E)与正向压降(U)之间的定量关系模型，并进行系统的验证分析。

模型建立使用了两个关键数据集：1）表3的U-Tj标定数据；2）表2的直流工作瞬态数据。首先建立U-Tj转换关系，进而建立E-Tj关系，最终形成完整的U→Tj→E预测链。采用线性、指数和二次多项式等多种模型进行拟合。

图4 结温—照度—电压耦合模型验证

E-Tj线性模型：0.45%

E-Tj指数模型：0.46%

E-Tj二次模型：0.67%

E-U线性模型：0.48%

E-U二次模型：0.69%

结果表明，线性和指数模型在E-Tj关系中表现最优，平均预测误差为0.45%左右。此外，计算得到LED温度每升高10°C，照度下降约6.2%。

本节基于实验数据建立了大功率LED的结温-照度-电压耦合模型，并通过交叉验证证明了模型的有效性。模型揭示了LED热-电-光性能之间的内在联系，为通过电学测量间接监测光学性能提供了可行方案。

本实验基于部分数据和恒定电流条件的建立，且未考虑LED老化、波长漂移等因素[3-4],因而存在一定的局限性。

3 总结与归纳#

LED不仅是一项基础的光电子技术，更是推动现代照明、通信以及能源变革的核心动力。它虽已无处不在，但其潜力远不如此。提升寿命、解决散热问题也尤为重要。

在本学期的大学物理实验中，我因为对LED的好奇选择了该实验并学习了LED热学特性的相关知识，基于该实验，我对脉冲法测量结温的关键环节进行了系统性的优化与拓展研究。主要工作与创新点如下：

1. 提出了脉冲参数的优化思路：通过提出可变占空比脉冲实验的设计方案，初步探讨了占空比对测量稳定性的影响。

2. 引入了瞬态热阻分析模型：在传统稳态热阻基础上，创新性地采用双指数函数拟合LED的开启热响应过程，尽管该实验设计存在一定的局限性，但这种方式更精细地表征了LED内部的多层热结构及其动态传热特性。

3. 建立了结温—照度—电压耦合模型：基于实验数据，构建并验证了LED关联电学参数的经验模型，得出多模型拟合的可行性。

4. 本研究完成了对现有实验方法的验证，更通过模型构建与数据分析，将实验内容从操作模仿提升至原理探究层面，体现了“在实验中研究，在研究中学习”的格物致知理念。

通过本次研究，不仅深化了我对大功率LED热学特性的理解，更锻炼了综合运用物理原理、数学建模与数据处理解决实际工程问题的能力，为后续的专业学习与相关研究奠定了基础。

参考文献#

[1] 陈乾, 戴玉蓉, 孙贵宁, 等. LED热学特性研究及应用实

验仪[J]. 物理实验, 2017, 37(7): 39-42. [2] 余彬海, 王浩. 结温与热阻制约大功率LED发展[J]. 发

光学报, 2005, 26(6): 761-766.

[3] 董涛, 李毅, 陈明祥等.“大功率LED封装的瞬态热测

试与结构函数分析.” 发光学报, 2014, 35(11): 1389-1395.

[4] 王宏兴, 王小华, 荣命哲等. “基于结构函数的大功率

LED热阻测试与分析.” 光电子·激光, 2012, 23(6):

1054-1059.

实验目标#

1. 综合前面所学的各项内容。

2. 了解掌握数字系统设计的流程和方法。

3. 掌握复杂电路连接和调试技能。

实验内容#

1. 实验基础部分

设计一个简易计算器，它具有下列运算功能：

(1) 一位十进制数的相加；

(2) 一位十进制数的相减；

(3) 数值和运算符用4×4键盘输入，其中A为“+”，B为“-”，C为“×”，E为“=”

(4) 数值用数码管以十进制形式显示，以加法为例，初始时显示全“0”，先输入被加数，再输入运算符，按下运算符键后，数码管显示全“0”，再输入加数，方法和前面一样，最后按下“=”，数码管显示运算结果

1. 实验扩展部分

(1) 一位十进制数的相乘，必须采用串行乘法实现；

(2) 其他自选功能。

实验仪器#

FPGA实验板及键盘外设。

QuartusⅡ

设计思路#

采用自顶向下思路首先划分实验要求对实验进行模块划分，将计算器划分为键盘输入模块、运算控制模块、算术运算模块、显示模块，各模块由统一时钟信号控制工作。模块之间逻辑图表述为：

由于实验室提供键盘输入模块的封装键盘扫描，我将先从运算控制模块以及算术运算模块进行设计：

首先将键盘输入数据分配四个输入引脚A[3..0]，键盘输入KN：0~9数字键，KA：加号键，KB：减号键，KC：乘号键，KE：等号键；符号锁存信号为KA1（加号）、KB1(减号)、KC1（乘号）、Z(串行乘法器完成计算时的信号)；RA：被加数寄存器，RB：加数寄存器，RP：运算符寄存器，SA：低位显示寄存器，SB：高位显示寄存器；寄存器控制信号分别为RAR（清零）、RAS（置数）、RBR（清零）、RBS（置数）、RPS（置数）、SAR（清零）、SAS（置数）、SBR（清零）、SBS（置数）。将输出分配8个引脚，分别为High[3..0]、Low[3..0]。

考虑到串行乘法器需要四个时钟周期才能完成计算，并且受到主状态机的控制，那么根据系统运算模块的逻辑变化画出状态转换图为：

将S0,S1,S2,S3,S4用二进制编码编码为000，001，010，011，100，根据状态转换图可以写出状态转换真值表为：

使用1个74161控制主控模块的状态转移，写出状态转换方程为：

在此主状态控制模块，先只涉及被加数与加数的锁存模块以及状态转换模块，后续对乘法和加减仿真后在添加显示模块。

据此写出每个输出反馈信号的逻辑表达式，在QuartusⅡ中根据逻辑表达式画出主状态机（主控制模块+BCD加减法运算与输出）原理图为：

由此已完成了BCD加减法的计算与输出，将输出的进位扩展为四位BCD码编译为X[7..4]，加减运算得出的编译为X[3..0]，将X[7..0] 和乘法器输出的8位二进制校正码N[7..0]一起送到数选器BUSMUX中，这一次的数选部分原理图为：

然后开始设计四位串行乘法器：定义EN：启动；Z：计数到3；P[0]：乘数最低位；A：被乘数寄存器，AS(置数)；P：部分积寄存器，PS(置数)，PR(清零)；Q：移位寄存器，QS（置数），QR（清零）；C：移位计数器，CR(清零)，CE(计数)。

将S0,S1用二进制编码分别编码为0,1，画出状态转换图为：

根据状态转换图画出状态转换真值表为：

使用一个D触发器，控制乘法器的状态转换，写出状态方程为：

其中EN信号表达式为EN=KEKC1; 作用为激活乘法器计算的使能信号，高电平有效。下面设计串行乘法器的部分积计算模块，电路原理图如图所示：

根据状态转换真值表写出逻辑表达式，在QuartusⅡ中画出乘法器的计数器模块和乘法器状态机及计算模块为：

由于产生的八位串行码为二进制码，需要校正为对应数字的8421BCD码，下面考虑设计乘法器的校正模块：采取低四位表示的数字超过5则加3的校正逻辑，先设计小模块并封装，再通过八位校正的移位逻辑通过小模块级联的方式实现全部校正。8421BCD校正模块的原理图为：

8位二进制乘法输出结果的校正级联原理图为：

此原理图的仿真波形图为：

将此模块封装并添加到计算模块中，即可实现校正功能。对其进行仿真，波形图为：

考虑加减计算以及符号位的产生，使用之前实验做的BCD加减器，将进位扩展为四位和低位四位输出组成两位8421BCD码，可直接接入到显示器寄存模块。BCD加减器作为一个已封装过的元件，当M=0时为加法运算，M=1时为减法运算，F为符号位，原理图为：

将其添加到原理图中，进行仿真实验，观察仿真波形图：

将加减和乘法的输出经过选择部分选择输送到显示模块，这一部分的选择原理图为：

最后设计显示模块的电路图，根据主状态控制逻辑写出相对应的逻辑表达式，使用三个74161作为锁存器，分别锁存低位输出、高位输出以及符号位的锁存，高位输出与符号位锁存使用统一逻辑直接接到锁存器中，低位输出由于需要满足 “初始时显示全“0”，先输入被加数，再输入运算符，按下运算符键后，数码管显示全“0”，再输入加数，方法和前面一样，最后按下“=”，数码管显示运算结果” 需要对低位输出做出选择，其原理图设计如下：

显示模块受到主状态机的调控，根据状态转换真值表写出反馈置数清零信号的逻辑表达式为：

据此画出逻辑电路图为：

之后对整个电路计算模块进行仿真，乘法(结果为81)，加法(结果18)波形图为：

将设计完成后的计算模块封装，与键盘模块与脉冲处理模块以及显示模块连接，其中键盘模块仿真结果为：

连接后的电路图为：

下载到实验板上，经过调试能正确完成加减乘三种运算，且均符合调试标准。

实验中遇到的问题与解决方法#

在本次计算器设计实验中，我遇到了几个关键的设计与实现问题，现将问题描述、原因分析及解决方法总结如下：

1. BUSMUX使用错误

由于是第一次使用，并不熟悉它的使用规则，未设置数据宽度使得编译时发生崩溃。后来经过查阅网上资料后学会了如何设置数据宽度后来成功编译。

1. 乘法器设计中移位寄存器使用错误。

实现乘法运算时，在实际画图时，误将移位寄存器设计为左移。这导致移位操作与数据处理不符合，乘法过程无法按预期步骤进行，计算结果错误。错误根源在于混淆了条件触发移位的设计思路。正确的乘法过程应在特定条件下才执行移位与加法，而我最初的设计却让移位在相反方向执行，破坏了算法的逻辑。

1. 计数器Z需要计数到四，延迟一个时钟周期。

设计中计数器 z 负责控制乘法迭代次数，理论上应计数到4（对应4位乘法）后停止。但初始设计中，计数器后设计到3，而初始值我设置的1，导致状态机少运行一个周期，移位不完全，输出结果滞后且引发后续时序错误。

1. 数选器中没有直接将输入数据连接到数选器上，而是先锁存，这样到达第二个数和输出数时，一个时钟周期内无法完成数的输出。

在数据选择器（MUX）部分，我没有直接将输入数据连接到选择器的输入端，而是先将输入数据用寄存器锁存，再送入选择器。这增加了数据路径上的延迟，导致在同一个时钟周期内，当选择信号变化后，被选择的第二个数据无法及时通过MUX输出，从而造成输出结果错误或延迟。

最终，通过逐一解决上述问题，计算器功能得以正确实现，且能在时钟频率下稳定工作。这让我认识到在数字电路设计中，不仅要考虑功能正确性，还必须深入分析时序关系，确保数据流与控制流的严格同步。

实验总结#

通过本次“FPGA小系统设计”实验，我完成了一个具备加、减、乘运算功能的简易计算器系统。实验不仅巩固了前期所学的数字逻辑与硬件描述语言知识，更重要的是让我亲身体验了从需求分析、模块划分、电路设计、功能仿真到系统集成的完整数字系统开发流程。

在设计过程中，我采用自顶向下的方法，将系统地划分为键盘输入、运算控制、算术运算（BCD加减器与串行乘法器）及显示四大模块。这种模块化思想极大地降低了设计复杂度，使得各单元可以独立设计、仿真与调试，最后通过明确的数据与控制接口进行整合，最终实现了预定功能。

本次实验的核心挑战与收获集中在 “串行乘法器的设计与集成” 以及 “多模块间的时序协同” 两方面。乘法器设计让我深刻理解了时序逻辑在控制数据流中的核心作用，例如通过状态机精确控制“乘数移位”与“部分积累加”的节拍。而在集成阶段遇到的计数器终止条件偏差、数据选择路径延迟等问题，则警示我在数字系统设计中时序的精确匹配与数据的同步传递才是系统稳定可靠运行的关键。通过分析仿真波形、修正控制逻辑和优化数据路径，我逐步解决了这些问题。

此外，将二进制乘积结果转换为8421BCD码的校正电路设计，以及键盘输入、运算过程与数码管显示三者间的状态联动控制，都锻炼了我的综合能力。

总而言之，本实验使我认识到，一个成功的数字系统，是严谨的规划和细致的时序调试结合的产物。这次经历为我设计更复杂的数字集成电路打下了坚实的基础。

可编程逻辑相关图片（加法器等基础模块）#

实 验 报 告#

课程名称：电路实验

第 8 次实验

实验名称：黑箱元件判别及参数测试

院（系）：电子科学与工程学院　专业：电子科学与技术

姓　　名：zhz　　学　　号：（已隐去）

实 验 室：403室　　实验组别：

同组人员：　　实验时间：2025年12月26日

一、实验目的#

1. 运用欧姆定律和元件的阻抗特性解决实际问题；
2. 学会根据需要选择激励源的类型、设定频率的高低，简化测量过程、提高测量精度；
3. 尝试从分析任务要求着手，应用已经学习过的知识寻找解决问题的方法，体验”分析任务—调查研究—设计电路—构建平台—实验测试—总结分析”的科学研究方法。

二、实验原理#

黑箱电路由三个元件构成 Y/△ 网络结构。三个元件分别是电阻、电容、电感中的单一元件，且互不相同。采用实验测量的方法，通过测试判断”Y”、”△“型网络中各元件的性质并计算参数。

黑箱元件连接方式判断：先用万用表测量各端口间的电阻与电容值并记录，列举所有可能的元件搭配与连接方式，再通过设计信号源激励方式排除不符合要求的连接方式，最终确定连接方式。

元件判断及参数计算方法：

1. 三电压法测交流阻抗：将被测元件 Z 与已知电阻 R 串联，通入已知频率的正弦交流信号，用电压表分别测出电压 U、U₁ 和 U₂，根据三个电压向量构成的三角形矢量图求出元件阻抗参数。

2. RLC 串联电压相位法：在 RLC 电路中，电压与电流一般不同相。频率从低到高变化时，元件电压相位依次出现超前、同相、落后，据此可判断电路元件特性。

三、实验内容#

1. 黑箱元件连接方式与元件判断#

将万用表调至电阻测量模式，测量黑箱 1-2、1-3、2-3 端口：

R(1-2)	R(1-3)	R(2-3)
∞	∞	0.99769kΩ

将万用表调至电容测量模式：

C(1-2)	C(1-3)	C(2-3)
96.2nF	96.5nF	0.0012nF

据此枚举所有可能的连接方式（至少含一个电阻）：

连接方式	Y-1	Y-2	Y-3	△-4
1端	电容	电容	电容	2-3端：电阻
2端	电阻	电阻	电感	1-3端：电容
3端	电阻	电感	电阻	1-2端：电容

检验第4种（△型）假设：已知黑箱元件标称值范围——电阻 100Ω1000Ω，电容 0.001μF0.22μF，电感 0.047mH~0.47mH。设置信号源峰峰值 4.0V，保护电阻 97.707Ω，调节信号源频率至高频区（100kHz–1MHz，此时电容阻抗极小、电感阻抗逐渐增大）：

频率	保护电阻峰峰值	信号源输出峰峰值	相位差（阻抗与保护电阻）
100kHz	600mV	3.80V	接近 0°
1000kHz	600mV	3.74V	接近 0°

此时黑箱总阻抗约在 500~1000Ω，与高频区并联电容阻抗极小的预期矛盾，故排除唯一的△型连接方式。

确定 Y 型元件布局：将黑箱 1-3 端接入电路，保护电阻 97.707Ω，信号源频率从 1kHz 扫至 60kHz，记录黑箱阻抗超前电压源的相位 φ：

f	1kHz	20kHz	25kHz	30kHz	40kHz	50kHz	60kHz
φ	接近 0°	-72.42°	-33.50°	+70.09°	+59.76°	+46.8°	+35.64°

相位随频率剧烈变化（低频接近 0°→中频负大角度→高频正大角度），说明该支路为电容与电感的串联组合。由于是 Y 型连接，故：1端接电容，2端接电阻，3端接电感，为 RLC Y 型连接。

电感存在的验证：将 2-3 端口接入电路，保护电阻 980.67Ω，信号源峰峰值 4V，频率 3MHz，波形显示阻抗相位明显落后于信号源，故 2-3 端口一定存在电感。

2. 元件参数计算#

（1）电容值测量：将 1-2 端口接入电路，保护电阻 97.707Ω，信号源激励峰峰值 4V，在 1~3kHz 范围内用三电压表法测量：

f	U(V)	U₁(V)	U₂(V)	cosφ	Ur	Ux	r₀(Ω)	C(nF)
1.5kHz	1.32	0.346	1.06	0.6804	0.7212	0.7768	700.94	94.65
2kHz	1.37	0.124	1.29	0.6171	0.7966	1.0151	627.263	99.47

低频区电容阻抗很大，电容测量准确而电阻误差大，故舍去 R 值，取电容平均值：

C = (94.65+99.47)/2 = 97.06nF

对应波形图：

（2）电感值测量：将 2-3 端口接入电路，保护电阻 527.07Ω，信号源激励峰峰值 4V，在 200~300kHz 范围内用三电压表法测量（此频段电阻与电感测量精度最佳）：

f	U(V)	U₁(V)	U₂(V)	cosφ	Ur	Ux	r₀(Ω)	L(μH)
200kHz	1.39	0.439	0.984	0.8605	0.8467	0.5013	1016.56	478.95
250kHz	1.39	0.403	1.02	0.8871	0.9048	0.4708	1183.36	391.99
300kHz	1.39	0.379	1.05	0.8618	0.9049	0.5326	1258.43	392.94

200kHz 时电阻值更符合原始数据，电感取 478.95μH；电阻阻值远大于电感内阻，直接采用万用表测得值 R(2-3)=997.69Ω。

测量电路波形：

四、总结与收获#

实 验 报 告#

课程名称：电路实验

第 6 次实验

实验名称：双端口网络频率特性测试及谐振电路分析

院（系）：电子科学与工程学院　专业：电子科学与技术

姓　　名：zhz　　学　　号：（已隐去）

实 验 室：403室　　实验组别：

同组人员：　　实验时间：2025年12月18日

一、实验目的#

1. 掌握低通、高通、带通电路、带阻电路的频率特性；
2. 应用 Multisim 软件测试低通、高通、带通电路、带阻电路及有关参数；
3. 掌握 Multisim 软件中的交流分析功能测试电路的频率特性；
4. 掌握电路谐振及其特征；
5. 掌握 RLC 串联谐振现象观察、测量方法。

二、实验原理#

1. 一阶 RC 低通电路频率特性（Multisim 交流分析）

测试电路的截止频率 f₀：

分别测试 0.01f₀、0.1f₀、0.5f₀、f₀、5f₀、10f₀、100f₀ 各点对应的 |H(jω)| 和 φ 值：

2. 一阶高通电路设计

要求 f₀ 在 8kHz 左右。电容只有 0.01μF、22nF、3.3nF 三种，选用 C=0.01μF，则：

R = 1/(2π×8×10³×10⁻⁸) ≈ 1989Ω ≈ 2kΩ

器件清单中有 2kΩ 电阻，故选 R=2kΩ、C=0.01μF，理论截止频率 f₀ ≈ 1/(2π×2000×10⁻⁸) ≈ 7.96kHz。输出信号取自电阻两端：

3. RLC 串联电路谐振频率理论计算

R=100Ω，L=330μH，C=0.01μF。谐振时虚部为零，故 f₀=1/(2π√(LC))≈87.612kHz。

三、实验内容#

1-2. 见实验原理

3. 高通、低通电路串联，用 Multisim 测试频率特性

说明分析：通频曲线最高点 y=232.5581mV，此时 f₀=7.5805kHz。0.707Y 对应：下限截止频率 f₁=1.7515kHz（相位角 45.0085°），上限截止频率 f₂=32.8685kHz（相位角 -45.0087°）。在 f₁ 至 f₂ 范围内信号衰减较小，输出电压接近最大值；低于 f₁ 或高于 f₂ 的信号被显著衰减——这就是高通与低通串联的滤波效果。

通频带宽度 BW = f₂-f₁ = 32.8685-1.7515 = 31.117kHz

品质因数 Q = f₀/BW ≈ 7.5805/31.117 ≈ 0.244，选择性一般。

4. RLC 串联谐振电路测量

（1）R=100Ω，L=330μH，C=0.01μF，激励电压 2V RMS。

（2）Multisim 仿真，显示谐振时每个元器件上的电压值：

（3）如何利用 RLC 谐振电路实现带通及带阻：

• 实现带通：从电阻两端输出电压，谐振时输出电压最大，频率偏离时输出减小，形成带通特性。
• 实现带阻：从电感和电容串联组合的两端输出电压（谐振时两者相位相反互相抵消，输出电压最小），形成带阻特性。

（4）搭实物电路，再现谐振现象，测量谐振频率，记录 UR、UL、UC 值及波形。

谐振点测量：频率扫描 80kHz–100kHz，示波器 CH1/CH2 及 Math=|CH1-CH2|，保持信号源输出 2V RMS。先粗测确定谐振范围在 87.6k–90k 之间：

精细测量：

谐振频率 f≈88.4kHz。谐振时波形（CH1 黄色，CH2 紫色，MATH 白色）：

谐振时电阻电压测量：Math 波形与信号源相位相同。

谐振时电感电压 UL=-(CH1-CH2)=MATH，MATH 与电容电压 UC=CH1 同相位，故电感电压 UL 与电容电压相位相反。

（5）仿真与实物结果对比分析：

仿真理论谐振频率 f=87.612kHz，实测 f=88.4kHz，相对误差 (88.4-87.612)/87.612=0.899%，在合理范围内。实测品质因数 Q=UC/U=3.25/2=1.63，低于理论值 1.82；实测谐振时电阻电压 UR=1.82V（略低于理论 2V），电感电容电压 UL、UC 均为 3.25V（低于理论 3.63V）。差异主要源于信号源内阻分压、电感电容元件实际损耗电阻，以及周围电子产品电磁干扰。整体趋势与理论预测一致。

四、实验总结#

本次实验系统完成了对一阶 RC 电路、RC 滤波器串联网络及 RLC 串联谐振电路的频率特性测试与分析。通过 Multisim 仿真与实物电路相结合，验证了低通、高通滤波器特性，并成功将两者串联实现中心频率约 7.58kHz、带宽约 31.1kHz 的带通滤波功能。RLC 串联谐振实验中，理论谐振频率 87.61kHz，实测 88.4kHz，相对误差 0.9%；实测品质因数 Q 由理论 1.82 降至 1.63，主要归因于信号源内阻、元件实际损耗及外界影响。实验中通过频率扫描测量与波形对比，掌握了交流分析、谐振点判定及参数测量方法，深化了对电路频率响应、谐振条件及非理想因素影响的理解，也体会到理论联系实际、仿真与实验相互印证的重要性。

实验目的#

1、 掌握时序逻辑电路的一般设计过程

2、 掌握时序逻辑电路的时延分析方法，了解时序电路对时钟信号相关参数的基本要求

3、 掌握时序逻辑电路的基本调试方法

4、 熟练使用示波器和逻辑分析仪观察波形图

实验内容一：广告流水灯#

预习内容：

a) 用 D 触发器7474分别设计一个模8异步行波计数器和模8同步计数器，电路包含一个输出信号 F，当计数器计数值为“7”的时候，F = 1，其他计数值则 F = 0。在 Quartus 中进行时序仿真验证，并对两个仿真结果进行比较和分析

b) 完成广告流水灯的设计，包含详细的设计过程和电路原理图

c) 完成广告流水灯的硬件电路搭接

实验仪器#

数字逻辑电路实验箱及其外设装置—供电、脉冲、边沿和时钟。

集成芯片：7474（D触发器）两片、74HC138（三线-八线译码器）一片。

外围设备：逻辑电平开关、LED 指示灯、TTL连续脉冲信号、导线若干。

预习内容

模8异步行波计数器实现-逻辑电路图：

Quartus中进行时序仿真结果：

模8同步行波计数器实现-逻辑电路图：

Quartus中进行时序仿真结果：

实验内容

本实验中，我采用模8异步行波计数器实现广告流水灯的功能：

模8异步行波计数器设计：将一个触发器的输出作另一个触发器的时钟输入；触发器逐级翻转，有先有后。

译码与显示：将计数器的输出Q2、Q1、Q0分别接到74138的地址输入端A2、A1、A0和数码管的C1、B1、A1，使得数码管显示十进制计数。设置74138的使能端：74138输出低电平有效，即对于输入地址码，对应输出端为低电平，其余为高电平。LED分别接74138的输出端Y0~Y7，使得Y0接LED7（最左边），Y1接LED6，…，Y7接LED0。这样，工作时始终为1暗7 亮，且这一个暗灯循环右移。

逻辑电路图：

硬件搭接图：

记录波形：

时钟脉冲信号与计数器输出信号波形图：

时钟脉冲信号与广告流水灯输出信号波形图：

实验实物拍摄图片（部分）：#

此实验电路调试顺利。

实验内容二：序列发生器#

预习内容：

a) 分别用集成计数器 74161 的同步置“0”和异步清“0”功能实现模 10 计数器，在 Quartus 中进行时序仿真验证，并分析比较两种方法的区别。

b) 分别用集成计数器 74161 和 4 位双向移位寄存器 74194 实现图3.1 所示的环形计数器，电路必须能自启动，并在 Quartus 中进行时序仿真验证。

c) 完成两种方法实现序列发生器的设计方案，包含详细的设计过程和电路原理图

d) 完成两种方案序列发生器的硬件电路搭接

实验仪器#

数字逻辑电路实验箱及其外设装置—供电、脉冲、边沿和时钟。

集成芯片：74161（集成模16计数器）、74194（双向移位寄存器）、74HC20（两四输入与非门）、74HC04（六反相器）、74HC151（八数据选择器）各一片。

外围设备：逻辑电平开关、LED 指示灯、TTL连续脉冲信号、导线若干。

预习内容

用集成计数器 74161 的同步置“0”实现模 10 计数器在Quartus中电路图：

时序仿真结果：

用集成计数器 74161 的异步置“0”实现模10计数器在Quartus中电路图：

时序仿真结果：

比较两种方法：同步置“0”是等时钟到来的同时发生，稳定可靠；异步清“0”是立即执行的应急清零，速度快但易产生毛刺。

用集成计数器 74161实现图3.1 所示的环形计数器：

时序仿真结果：

用4位双向移位寄存器 74194 实现图3.1 所示的环形计数器：

时序仿真结果：

实验内容

用集成计数器74161设计序列发生器，计数表：

注意到红色序列循环刚好可以生成1100100序列，故这里只需要利用计数器和组合逻辑电路使得计数器在8—13循环，获取Q1的输出序列即可获得1100100。

并行输入端置1000，当Q3Q2Q0=111时计数器置数，逻辑电路图如下：

硬件搭接图：

记录波形：

用四位双向移位器74194设计序列发生器，位数为7，考虑用3位移位寄存器实现，将Z=Q0，则状态转换表为：

卡诺图化简(SR)：

降维设计：

组合逻辑网络逻辑表达式：

逻辑电路图：

硬件搭接图：

记录波形：

两种方式实现的示波器实物拍摄图（左为74161，右为74194）：

此电路调试顺利。

实验内容三：曼切斯特编码实验#

预习内容：

a) 完成 4 位并行输入-串行输出曼切斯特编码设计方案、包含详细的设计过程和电路原理图

b) 自行设计合理的电路验证方案

c) 完成 4 位并行输入-串行输出曼切斯特编码硬件电路搭接

实验仪器#

数字逻辑电路实验箱及其外设装置—供电、脉冲、边沿和时钟。

集成芯片：74161（集成模16计数器）、74194（双向移位寄存器）、74HC20（两四输入与非门）、74HC04（六反相器）、74HC151（八数据选择器）、74HC86各一片。

外围设备：逻辑电平开关、LED 指示灯、低频TTL连续脉冲信号、导线若干。

实验内容

实验中选择74161作为模6计数器，74194作为锁存器，电路功能实现过程如下：

列出电路的状态转换表：

逻辑表达式：

计数器部分置数端：LD=;

锁存器部分锁存/置数端：S1=S0=;

序列转换成曼切斯特编码：M=ZCLK；

逻辑电路图：

硬件连接图：

设置传输数据为0110记录波形为：

原始波形实物拍摄图：

实验过程中遇到的问题：#

搭建电路时，忘记将时钟信号同步接到74194的CLK端。仔细检查后修正电路可以输出理论结果，修改完传输数据后，新的数据在原数据输出后输出。

实验验收前误判原版本电路图在起始位时没有锁存功能，仔细分析一下自己电路设计过程发现，当时将电路中的结束位改为Q2Q1Q0=000时，再次检查波形发现还是没有锁存功能，仔细分析了自己的电路，再使用示波器观察波形图，发现原版本电路是有所存功能的。总结此次实验的问题是自己的分析判断失误，在检验电路波形的时候需要找准时机，仔细观察问题所在。

实验小结#

这次实验围绕时序逻辑电路展开，共完成了三个部分：广告流水灯、序列发生器与曼切斯特编码器。通过实验，我深入理解了时序逻辑电路的设计、仿真与调试流程，掌握了使用触发器、计数器、移位寄存器等集成芯片构建功能电路的方法，并熟练运用示波器观察与分析信号波形。

在广告流水灯实验中，我采用模8异步行波计数器配合74HC138译码器，成功实现了“1暗7亮、循环右移”的流水灯效果。通过静态验证与动态波形观察，我进一步熟悉了计数器与译码器的配合使用，并理解了异步计数器的工作特点。

在序列发生器实验中，我分别使用74161计数器和74194移位寄存器实现了“1100100”序列信号发生器，并设计了自启动功能。通过两种方案的对比，我体会到计数器方案结构简单、易于设计，而移位寄存器方案更灵活、适合序列长度变化较大的场合。实验中也加深了对同步/异步清零、置数功能的理解。

在曼切斯特编码实验中，我设计了并行输入转串行输出并编码为曼切斯特码的电路，使用74161作为控制器、74194作为数据锁存器。实验过程中遇到了时钟信号未同步的问题，通过逐步排查与波形分析，最终修正电路并成功输出正确编码波形。这一过程锻炼了我的电路调试与故障分析能力。

总的来说，这次实验不仅巩固了时序逻辑电路的理论知识，也提升了我的动手能力、仿真分析与硬件调试技能，为后设计奠定了坚实基础。

参考资料

器件数据手册：74HC00、74HC04、74HC20、74HC86、74HC151、74HC138、74HC74、74161、74194 软件使用和器件数据手册.rar

EPI-LITE304数字电路 东南大学文档云

数字逻辑电路实验课件

序列检测器相关图片#

时序预习相关图片#

实 验 报 告#

课程名称：电路实验

第 1、3 次实验

实验名称：电子元器件识别参数测试及常用仪器使用

院（系）：电子科学与工程学院　专业：电子科学与技术

姓　　名：zhz　　学　　号：（已隐去）

实 验 室：403室　　实验组别：

同组人员：　　实验时间：2025年11月29日

一、实验目的#

1. 掌握基本仪器的使用。
2. 了解电流表电压表的物理模型，运用欧姆定律，通过对测量误差的分析、推理，掌握电流表内接法、电流表外接法等测量方法；通过对不同测量方法产生误差的估算、分析，建立技术方法存在适用范围的概念。
3. 了解二极管、稳压二极管的特性与应用特点，掌握稳压管伏安特性测量方法。

二、实验原理#

电阻测量与误差分析

• 电流表内接法：电压表测量值为电阻与电流表内阻之和的压降，适用于测量较大电阻（Rx≫RA）。
• 电流表外接法：电流表测量值为电阻与电压表内阻并联的总电流，适用于测量较小电阻（Rx≪RV）。

电容与电感的交流阻抗特性

• 电容的容抗：XC = 1/(2πfC)
• 电感的感抗：XL = 2πfL

三、实验内容#

（1）用数字万用表直接测量电阻（10Ω、2MΩ）、电容（0.022μF）的参数

（2）设计电路，进行电阻阻值的测量（10Ω，2MΩ）

a）选择合适的电源电压，分别用电流表内接和电流表外接两种方法测量每个电阻阻值。

10Ω电阻测量电路（电流表内接、电流表外接并标注参数）：

2MΩ电阻测量电路（电流表内接、电流表外接并标注参数）：

b）记录测量数据，对比分析测量误差及误差原因，并以提高测量精度为准则给出实验结论。