模电数电实验参考解读.docx
《模电数电实验参考解读.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电数电实验参考解读.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
模电数电实验参考解读
模电数电实训教材
苏州大学应用技术学院
第一部分基础篇
第二部分综合设计篇
实践一
三极管的测试及应用电路
一、实训目的
1、学会用万用表判别三极管的类别和管脚
2、掌握测试三极管输入输出特性曲线的方法。
二、实验设备与器件
1、双踪示波器1台
2、模拟电子技术试验箱１台。
3、直流稳压电源HY3003D-3A
4、数字万用表M9803，或指针式万用表MF47
三、三极管的输入、输出特性测试，实验内容和步骤
1、用指针万用表判别三极管的类和管脚
用指针万用表R×1K档测量已知三极管各管脚之间的电阻，数字表用二极管档位。
表笔正-表笔负
指针表（9012）
指针表（9013）
数字表（9012）
数字表（9013）
B-C
C-B
B-E
E-B
C-E
E-C
2、利用逐点描述法测试三极管的输入输出特性曲线。
实验电路原理图
3、按图接线，测量有关数据并记录
VCE（V）
0
0.5
1.0
5.0
8.0
IB（uA）
Ic
（mA）
VBE
Ic
（mA）
VBE
Ic
（mA）
VBE
Ic
（mA）
VBE
Ic
（mA）
VBE
10
20
30
40
50
4、画出输入特性曲线图和输出特性曲线图，下图供参考。
输入特性曲线输出特性曲线
5、判读三极管的输出特性曲线
在放大区自选一点，算出直流放大倍数、交流放大倍数、CE之间的直流和交流电阻。
总结三极管分别工作在饱和区、放大区和截止区时各电流与电压之间的规律。
6、测量ICEO，然后利用上述已算出的直流放大倍数计算出ICBO。
按图接线，调节电位器使电压表的电压值为以下数值：
电压值（V）
1
3
5
6
7
9
10
12
测量的ICEO
算出的ICBO
四、预习要求
1、复习三极管的电流放大概念、型号及其类型
2、复习三极管输入输出特性曲线
3、自拟试验记录表格
五、试验报告要求
1、整理试验数据，计算出三极管的β值
2、画出NPN型三极管的输入输出特性曲线。
实践二集成运算放大器指标测试
六、一、实验目的
1、掌握运算放大器主要指标的测试方法。
2、通过对运算放大器μA741指标的测试，了解集成运算放大器组件的主要参数的定义和表示方法。
七、二、实验仪器
1、双踪示波器
2、万用表
3、交流毫伏表
八、三、实验原理
本实验采用的集成运放型号为μA741：
○2脚和○3脚为反相和同相输入端，○6脚为输出端，○7脚和○4分别为正、负电源端，○1脚和○5脚为失调调零理想运放组件，当输入信号为零时，其输出也为零。
但是即使是最优质的集成组件，由于运放内部差动输入级参数的不完全对称，输出电压往往不为零。
这种零输入时输出不为零的现象称为集成运放的失调。
μA741的Uos典型值为1mV，最大为5mV。
1、输入失调电压UOS
输入失调电压UOS是指输入信号为零时，输出端出现的电压折算到同相输入端的数值。
失调电压测试电路如图6-1所示：
图6-1输入失调电压UOS测试电路
测量此时的输出电压UO1即为输出失调电压，则输入失调电压为
（6-1）
实际输出的UO1可能为正，也可能为负，高质量的运放UOS一般在1mV以下。
测试中应注意：
将运放调零端开路。
4、输入失调电流IOS
输入失调电流IOS是指当输入信号为零时，运放的两个输入端的基极偏置电流之差，
（6-2）
输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级两个晶体管β的失配度，由于IB1，IB2本身的数值已很小（微安级），因此它们的差值通常不是直接测量的，测试电路如图6-2所示，测试分两步进行。
1）按图6-1测出输出电压UO1，这是由输入失调电压UOS所引起的输出电压。
图6-2输入失调电流IOS测试电路
2）按图6-2，测出两个电阻RB1、RB2接入时的输出电压UO2，若从中扣除输入失调电压UOS的影响，则输入失调电流IOS为
（6-3）
一般，IOS在100mA以下。
测试中应注意：
将运放调零端开路。
3．输入偏置电流IIB
输入偏置电流IIB是指在无信号输入时，运放两输入端静态基极电流的平均值，
一般是微安数量级，若IIB过大，不仅在不同信号内阻的情况下对静态工作点有较大的影响，而且也要影响温漂和运算精度，所以输入偏置电流越小越好。
测量输入偏置电流的电路如图6-3所示。
图6-3输入偏置电流测试电路
测试中应注意：
测试前电路应首先调零，即调节RW使输入接地情况下失调电压为零，以后除说明开路外都要调零，不再说明。
4．开环差模放大倍数Aud
集成运放在没有外部反馈时的支流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用Aud表示。
它定义为开环输出电压UO与两个差分输入端之间所加信号电压Uid之比
（6-4）
按定义Aud应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频（几十赫兹以下）正弦交流信号进行测量。
由于集成运放的开环电压放大倍数很高，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。
Aud的测试方法很多，现采用交、直流同时闭环的测量方法，如图6-4所示：
图6-4开环差模放大倍数Aud测试电路
被测运放一方面通过RF、R1、R2完成直流闭环，以抑制输出电压漂移，另一方面通过RF和RS实现交流闭环，外加信号Us经R1、R2分压，使Uid足够小，以保证运放工作在线性区，同相输入端电阻R3应与反相输入端电阻R2相匹配，以减小输入偏置电流的影响，电容C为隔直电容。
被测运放的开环电压放大倍数为
（6-5）
4.共模抑制比KCMR
集成运放的差模电压放大倍数Ad与共模电压放大倍数AC之比称为共模抑制比
（6-6）
理想运放对输入的共模信号其输出为零，但在实际的集成运放中，其输出不可能没有共模信号的成分，输出端共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强，即KCMR愈大。
KCMR的测试电路如图6-5所示。
图6-5共模抑制比KCMR测试电路
集成运放工作在闭环状态下的差模电压放大倍数为:
（6-7）
当接入共模输入信号Uic时，测得UOC，则共模电压放大倍数为:
（6-8）
得共模抑制比为:
（6-9）
6．共模输入电压范围Uicm
集成运放所能承受的最大共模电压称为共模输入电压范围，超出这个范围，运放的KCMR会大大下降，输出波形产生失真，有些运放还会出现“自锁”现象以及永久性的损坏。
被测运放接成电压跟随器形式，输出端接示波器，观察最大不失真输出波形，从而确定Uicm值，Uicm的测试电路如图6-6所示。
图6-6共模输入电压范围Uicm测试电路
7．输出电压最大动态范围UOPP
集成运放的动态范围与电源电压、外接负载及信号源频率有关。
测试电路如图6-7所示。
改变uS幅度，观察uo削顶失真开始时刻，从而确定uo的不失真范围，这就是运放在某一定电源电压下可能输出的电压峰峰值UOPP。
图6-7输出电压最大动态范围UOPP测试电路
九、实验内容
为防正负电源接反损坏集成块，运放系列实验中µA741的电源已接上。
1．测量输入失调电压UOS
在运放系列模块中，按图6-1正确连接实验电路，打开交流开关，用万用表测量输出端电压UO1，并用公式6-1计算UOS。
记入表6-1。
表6-1
2．测量输入失调电流IOS
在运放系列模块中，按图6-2正确连接实验电路，打开交流开关，用万用表测量UO2，并用公式6-3计算IOS。
记入表6-1。
3．测量输入偏置电流IIB
若无微安级精度仪器此实验略过，有则先调零（调零方法：
如下图所示
连接电路，
运放②和③脚接地，○1脚和○5脚接入100K电位器RW两端，中间触点接12V，调节RW使Uo1为零情况下，保持电位器RW接入运放中，撤掉②和③脚接地连接线，即调零完毕，若始终保持电位器RW接入运放中且调零时的RW阻值固定不变则后续实验中可不用调零）后，如图6-3正确连接电路，记录所测数据。
4．测量开环差模电压放大倍数Aud
先调零（方法见步骤3说明），然后按图10-4连接实验电路，运放输入端加频率50～100HZ，峰峰值为30mV正弦信号，用示波器监视输出波形。
用毫伏表测量UO和Ui，并计算Aud。
记入表6-1。
5．测量共模抑制比KCMR
先调零（方法见步骤3说明），然后按图10-5连接实验电路，运放输入端加f=1KHZ，Uic=3～5V（峰峰值）正弦信号，用毫伏表测量UOC和Uic，计算AC及KCMR。
记入表6-1。
6．测量共模输入电压范围Uicm
先调零（方法见步骤3说明），然后按图6-6连接实验电路，运放输入端加f=1KHZ，US=3～5V（峰峰值）正弦信号，输出端接示波器，改变US峰峰值，观察最大不失真输出波形时的US（峰峰值）值，从而确定Uicm（峰峰值）值。
7．测量输出电压最大动态范围UOPP
先调零（方法见步骤3说明），然后按图10-7连接实验电路，运放输入端加f=1KHZ，US=3～5V（峰峰值）正弦信号，输出端接示波器，改变US峰峰值，观察最大不失真输出波形时的Uo（峰峰值）值，从而确定UOPP（峰峰值）值。
实践三集成运算放大器的基本应用
一、实验目的
1．学习用集成运放构成正弦波、方波和三角波发生器。
2．学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。
二、实验仪器
1．双踪示波器
2．频率计
3．交流毫伏表
三、实验原理
1．RC桥式正弦波振荡器（文氏电桥振荡器）
图12-1RC桥式正弦波振荡器
图12-1RC串、并联电路构成正反馈支路同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。
调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。
利用两个反向并联二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。
D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。
R3的接入是为了削弱二极管非线性影响，以改善波形失真。
电路的振荡频率
（12-1）
起振的幅值条件
（12-2）
式中RF=RW+R2+（R3||rD），rD——二极管正向导通电阻。
调整RW，使电路起振，且波形失真最小。
如不能起振，则说明负反馈太强，应适当加大RF。
如波形失真严重，则应适当减小RF。
改变选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。
一般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细调。
2．方波发生器
由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。
图12-2所示为由迟回比较器及简单RC积分电路组成的方波——三角波发生器。
RW从中点触头分为RW1和RW2，
RW’从中点触头分为RW’1和RW’2，充电时间T1为：
（12-3）
放电时间T2为：
（12-4）
波形的占空比D为：
D=T1/（T1+T2）（12-5）
调节电位器RW（即改变R2/R1），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化。
如要互不影响，则可通过改变Rf（或Cf）来实现振荡频率的调节；调节RW’可调节占空比。
图12-2方波发生器
3．三角波和方波发生器
如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如图12-3所示，则比较器输出的方波经积分器积分可到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。
由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。
充电时间T1为：
（12-6）
放电时间T2为：
T=（12-7）
波形的占空比D为：
D=T1/（T1+T2）=1/（1+R5/R4）（12-8）
调节RW可以改变振荡频率，改变比值R1/R2可调节三角波的幅值，调节R5可以改变占空比。
图12-3三角波、方波发生器
四、实验内容
1．RC桥式正弦波振荡器
1）按图12-1连接实验电路，输出端Uo接示波器。
2）打开交流开关，调节电位器RW，使输出波形从无到有，从正弦波到出现失真。
描绘U0的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的RW值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。
3）调节电位器RW，使输出电压U0幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压U0、反馈电压U+（运放③脚电压）和U-（运放②脚电压），分析研究振荡的幅值条件。
4）用示波器或频率计测量振荡频率f0，然后在选频网络的两个电阻R上并联同一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况，并与理论值进行比较。
2．方波发生器
1）将22K电位器（RW）调至中心位置按图12-2接入实验电路，正确连接电路后，打开交流开关，用双踪示波器观察U01及U02的波形。
2）若U01波形的占空比不为50%，则调节RW’使占空比为50%，并描绘方波U01及三角波U02的波形，用毫伏表测量其幅值和用频率计测量其频率，记录之。
2）改变RW动点的位置，观察U01、U02幅值及频率变化情况。
把动点调至最上端和最下端，用频率计测出频率范围，记录之。
3．三角波和方波发生器
1）按图12-3连接实验电路，打开交流开关，调节RW起振，用双踪示波器观察U0和U1的波形。
2）若U0波形的占空比不为50%，则调节RW’使占空比为50%，并描绘方波U01及三角波U02的波形，用毫伏表测量其幅值和用频率计测量其频率，记录之。
3）改变RW的位置，观察对U0、U1幅值及频率的影响。
4）改变R1（或R2），观察对U0、U1幅值及频率的影响。
实践四门电路认识及应用
一、实验目的
1.掌握TTL集成与非门的逻辑功能。
2.掌握德·摩根定理转换方法.
3.能使用现有器件实现特定逻辑功能。
二、实验原理
本实验采用四2输入与非门74LS00，内含四个独立的逻辑单元，其引脚排列及逻辑符号如图1-1所示。
与非门的逻辑功能是：
当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平。
其逻辑表达式为：
1．实验元件。
TTL器件名称：
74LS00。
功能：
四2输入与非门电路。
逻辑表达式：
。
2．与非表达式的获取。
首先对逻辑函数进行化简，并利用摩根定律对其进行二次求非，化成若干个与非门形式。
三、实验内容
1．用与非门74LS00实现组合逻辑功能
（1）根据德.摩根定律将原式化为二输入与非门形式，其表达式为：
由表达式可知：
需要非门3个和二输入与非门7个。
为了减少所用器件种类，现用二输入与非门输入端短接代替非门，故需二输入与非门10个。
∵74LS00每片含4个二输入与非门，∴一共需要3片74LS00芯片。
（2）设计出逻辑原理图，如图1-2所示。
根据图1-2画出相应的接线图（注意：
接线图应包含电源和地线连接，标明输入和输出，这部分工作在预习时完成）
在实验箱上选定3个14P插座，分别插好3片74LS00，并按接线图接好连线，A、B、C输入端分别接至输入逻辑电平开关组件。
Y接至发光二极管逻辑电平指示组件。
按下表要求进行逻辑状态的测试，并将结果填入表中，并与理论值进行比较，验证是否一致。
2.用与非门74LS00实现组合逻辑功能：
（1）根据摩根定律将原式化为二输入与非门形式，其表达式为：
由表达式可知：
需要非门2个和2输入与非门3个。
为了减少所用器件种类，现用二输入与非门输入端短接代替非门，故需二输入与非门5个。
∵74LS00每片含4个二输入与非门，∴一共需要2片74LS00芯片。
（2）设计出逻辑原理图，如图1-3所示。
据图1-3，画出相应的接线图。
在实验箱上选定2个14P插座，分别插好2片74LS00，并按接线图接好连线，A、B输入端分别接至输入逻辑电平开关组件。
Y接至发光二极管逻辑电平指示组件。
按下表要求进行逻辑状态的测试。
将结果填入表中，并与理论值进行比较，验证是否一致。
3.用74LS00设计一个四变量表决电路，三个或三个以上变量为真时输出为真。
要求：
（1）写出设计过程
（2）画出设计电路
（3）画出用与非门74LS00实现的实验接线图
（4）设计验证方法
（5）记录并分析验证结果
四、实验仪器与器件
（1）通用板——可插接标准双列直插插座的实验电路板（1块）
（2）输入逻辑电平开关组件
（3）发光二极管逻辑电平指示组件
（4）可调双直流稳压电源（供电+5V）（1台）
（5）万用表（1只）
（6）实验器件：
74LS00（若干）；
（7）导线（若干）
五、实验报告要求
1．写出实验任务的设计过程，画出设计的电路图。
2．对所设计的电路进行实验测试，记录测试结果。
六、实验预习要求
1．熟悉实验用TTL门电路的管脚排列。
2．根据实验原理图画出其相应的实验接线图。
3．画好验证用实验真值表表格
七、思考题
1．TTL门电路输入端在什么条件下允许悬空？
2．TTL门电路的电源电压有何要求？
实践五中规模集成电路认识及应用
一、实验目的
1.熟练掌握数据选择器的逻辑功能及使用方法。
2.掌握数据选择器设计组合逻辑电路等应用。
3.掌握其它中规模集成电路的功能及应用
二、实验原理
数据选择器是一种多路输入、单路输出的逻辑器件，其输出等于哪一路输入，取决于控制输入端的状态。
对于四选一数据选择器，其逻辑功能如表2-1所示：
表2-1四选一数据选择器74LS153逻辑功能表
表中，×表示任意状态，1为高电平，0为低电平。
从上表可见，对于四选一数据选择器，它的4路数据输入为D0~D3，输出为Y，选择控制信号为A1、A0。
在A1、A0的控制下，输出Y可以等于输入数据D0~D3中的某一路数据。
控制输入端A1、A0实现了对数据的选择，故常将其称为数据选择器的地址输入端。
输出控制端
称为选通信号端，当它为0时，该选择器才工作，输出有效数据，它也可以作为扩展端使用，实现片间连接。
四选一数据选择器的输出函数表达式（未考虑
信号）为：
式中，Di是数据输入端，mi是两个地址输入A1、A0的四个最小项。
类似地，对于八选一数据选择器，则有：
，式中，Di是8个数据输入端，mi是3个地址输入A2、A1、A0的八个最小项。
数据选择器是一种通用性较强的中规模集成电路，它除了在数据通路的设计中用做多路开关外，还可以用来实现各种逻辑电路。
由上面的分析可见，对四选一数据选择器，若将A1、A0作为两个输入变量，同时令D0~D3为第三个输入变量的适当状态（包括原变量、反变量、0和1），就可以在数据选择器的输出端产生任何形式的三变量组合逻辑函数。
同理，用具有n位地址输入的数据选择器，可以产生任何形式输入变量数不大于n+1的组合逻辑函数。
三、实验内容
1.用74LS151八选一数据选择器实现四变量多数表决器电路，并验证其功能。
2.用74LS153双四选一数据选择器构成一位全加器，并验证其逻辑功能。
3.用74LS138构成一位全减器电路，并验证其逻辑功能。
4.用八选一数据选择器和3线—8线译码器构成一个3位二进制数等值比较器。
要求：
（1）写出设计原理及设计过程
（2）画出用要求中规模继承电路实现的实验接线图
（3）设计验证方法
（4）记录并分析验证结果
四、实验仪器与器件
1.通用板——可插接标准双列直插插座的实验电路板（1块）
2.可调双直流稳压电源（1台）
3.函数信号发生器（1台）
4.万用表（1只）
5.示波器（1台）
6.实验器件：
74LS151、74LS153、74LS00、74LS138（各1片）
五、实验报告要求
1．给出实验内容中各电路的设计过程及实现电路图，并以列表的方式记录其相应的逻辑功能。
2．对实验结果及相关的数据进行分析。
六、实验预习要求
1．复习数据选择器及译码器的工作原理及逻辑功能。
2．熟悉用数据选择器及译码器设计组合逻辑电路的方法。
3．写出实验内容中各电路设计的简单过程，画出实验原理路及其相应的实验接线图。
4．画出验证电路图。
七、思考题
1.用数据选择器设计组合逻辑电路，一般适用于哪些情况？
数据选择器输送数据的特点是什么？
2.总结归纳用中规模常用集成电路设计组合电路的步骤。
实践六实训三触发器认识及应用
一、实验目的
1.熟练掌握D触发器的逻辑功能及使用方法。
2.熟练掌握JK触发器的逻辑功能及使用方法。
3.学习练习芯片资料的查询及应用
4.掌握时序电路的设计方法
二、实验原理
1．查找资料，熟悉JK触发器74LS112的逻辑功能、工作原理、各引脚的符号及排列方式、动态特性、静态特性等。
画出引脚排列图及触发器的真值表。
2．查找资料，熟悉D触发器CD4013的逻辑功能、工作原理、各引脚的符号及排列方式、动态特性、静态特性等。
画出引脚排列图及触发器的真值表
3．查找资料，掌握D触发器、JK触发器及T’触发器等逻辑功能相互转换的方法。
三、实验内容
1.将JK触发器转换为D触发器并验证逻辑功能，用74LS112实现。
2.将D触发器转换为T’触发器并验证逻辑功能，用CD4013实现
3.用D触发器及必要的门电路设计一个2/3分频电路.用D触发器CD4013及或非门CD4001实现。
参考电路如图3-1所示
图3-12/3分频电路
要求：
（1）写出设计方案
（2）画出设计电路。
（3）画出用规定触发器及门电路实现的实验接线图
（4）设计验证方案
（5）记录并分析验证结果
四、实验仪器与器件
1.通用板——可插接标准双列直插插座的实验电路板（1块）
2.可调双直流稳压电源（1台）
3.函数信号发生器（1台）
4.万用表（1只）
5.示波器（1台）
6.实验器件：
74LS112（1片）、CD4013（1片）、CD4001（2片）
五、实验报告要求
1．给出实验内容中各电路的设计过程及实现电路图，并以列表或时序图的方式记录其相应的逻辑功能。
2．对实验结果及相关的数据进行分析。
六、实验预习要求
1．查找资料，熟悉各触发器的逻辑功能及引脚功能。
画出引脚排列图及触发器的真值表。
升级会员 