第一部分《电路分析》实验.docx
《第一部分《电路分析》实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一部分《电路分析》实验.docx（60页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第一部分《电路分析》实验
《电子技术实验Ⅰ》实验指导书
地球物理与信息工程学院实验中心
2012年2月
目录
第一部分《模拟电子技术》实验-2-
实验一电子仪器使用及常用元件的识别与测试-2-
实验二晶体管共射极放大电路-6-
实验三多级放大电路中的负反馈（仿真）-11-
实验四集成运算放大器-13-
实验五由集成运算放大器组成的文氏电桥振荡器（仿真）-17-
第二部分《数字电子技术》实验-19-
实验一集成逻辑门-19-
实验二组合逻辑电路-21-
实验三触发器-23-
实验四计数器设计-26-
实验五555定时器及其应用-27-
实验六简易交通灯电路的设计-33-
实验七计数、译码和显示电路设计（仿真）-35-
实验八ADC和DAC的应用-36-
附录I电路元器件简介-39-
附录Ⅱ常见元器件的识别与测试-42-
附录Ⅲ基本实验方法-45-
附录Ⅳ常见故障及排除方法-48-
第一部分《模拟电子技术》实验
实验一电子仪器使用及常用元件的识别与测试
、实验目的
1．掌握常用电子仪器的基本功能并学习其正确使用方法。
2．学习掌握用双踪示波器观察和测量波形的幅值、频率及相位的方法。
3．掌握常用元器件的识别与简单测试方法。
二、仪器设备
1.CS-4125示波器
2.YB1620P信号发生器，EW1650数字信号源
3.数字万用表
4.指针万用表
5.NY4520晶体管毫伏表
三、预习要求
阅读附录I、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ
四、实验原理
在模拟电子电路实验中，经常使用的仪器有示波器、信号发生器、交流毫伏表、万用表等。
利用这些仪器可以对模拟电子电路的静态和动态工作情况进行测试。
1．CS-4125型双踪示波器
示波器是用来观测各种周期波形的仪器。
CS-4125型双踪示波器可同时观测两组被测输入信号，并对其幅值、周期、频率及相位差进行测量。
①测量幅值
接入被测信号，将灵敏度微调旋到“校准”位置（即顺时针旋到底），此时灵敏度选择开关“V/div”所在档位的刻度值表示屏幕上纵向每格的伏特数。
读出屏幕上被测波形的峰-峰值格数N，则被测信号的幅值V=N×（V/div）。
注意探头衰减应放在1：
1，如放在1：
10，则被测值还需乘上10。
②测量周期、频率
接入被测信号，将扫描时间微调旋到“校准”位置（即顺时针旋到底），扫描扩展“×10MAG”至off，调节被测波形使之稳定，并在屏幕上显示完整的周期，此时扫描时间微调开关“V/div”所在档位的刻度值表示屏幕上横向每格的时间值。
读出一个完整周期的格数M，则被测信号的周期T=M×（V/div），f=1/T。
③测量两波形的相位差
按图1-1连接实验电路，经RC移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号Ui或UR，分别加到双踪示波器的Y1和Y2输入端。
图1-1两波形间相位差测量电路
调节Y1、Y2灵敏度开关位置，使在荧屏上显示出易于观察的两个相位不同的正弦波形Ui及UR，如图1-2所示。
根据两波形在水平方向差距X及信号周期XT则可求得两波形相位差。
图1-2双踪示波器显示两相位不同的正弦波
式中：
XT——一周期所占格数，X——两波形在X轴方向差距格数
2．YB1620P信号发生器和EW1650数字信号发生器
信号发生器可输出一定频率范围和一定电压大小的正弦波、三角波、方波，并提供给毫伏表和示波器直接测量和观察用。
本实验室使用YB1620P型和EW1650型两种信号发生器，其原理及功能基本相同。
3．NY4520晶体管毫伏表
晶体管毫伏表是用于测量正弦交流信号电压大小的电压表，其读数为被测电压的有效值。
测量前为防止表头过载而打弯指针，应将量程置于较大档位，接入信号后再逐渐减小量程。
4．万用表
万用表可用于测量交直流电压、电流，也可测量电阻、电容等。
五、实验内容
1．示波器的检查与校准信号的测量
熟悉示波器面板上各旋钮的名称及功能，掌握正确使用时各旋钮应处的位置。
接通电源，检查示波器的亮度、聚焦、位移各旋钮的作用是否正常，按下表调节示波器面板上各旋钮的位置。
旋钮名称
正确位置
旋钮名称
正确位置
AC-GND-DC（输入耦合开关）
AC
FOCUS、INTEN（聚焦、亮度）
中间
VERTMODE（显示方式开关）
ALT
SLOPE（触发极性）
按钮抬起
MODE（触发方式）
AUTO
SOURCE（触发源）
CH1或CH2
X-Y（X-Y轴示波器）
off
CH2INVERT（CH2输入极性反向）
off
用示波器机内校准信号（方波f=1KHz，电压幅值1V）作为被测信号，用CH1或CH2通道显示此波形，读出其幅值及周期和频率，记入下表中。
参数
标准值
实测值
幅值Up-p（V）
1V
周期T（ms）
1ms
频率f（KHz）
1KHz
2．用示波器和交流毫伏表测量信号发生器输出信号的参数
调节信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为100Hz、1KHz、10KHz，峰值均为4V的正弦波信号。
改变示波器“扫描时间”及“Y轴灵敏度”开关等位置，用示波器和毫伏表分别测量信号发生器输出电压的频率、峰峰值及有效值，记入下表。
信号源输出
电压及频率
（4V）
示波器测量值
毫伏表读数（V）
峰峰值（V）
周期（ms）
频率（Hz）
有效值（V）
100Hz
1KHz
10KHz
3．测量两波形相位差
按图1-1连接电路，将信号发生器的输出调至频率为1KHz，幅值为2V的正弦波，用示波器显示Ui及UR波形，读出两波形在水平方向差距X及信号周期XT的值，记入下表，则相位差
。
为读数和计算方便，可适当调节扫速开关及微调旋钮，使波形一周期占整数格。
一周期格数
两波形X轴差距格数
相位差
实测值
计算值
XT=
X=
θ=
θ=
4．电阻、电容元件的识别和检查
根据附录I、IV，识别所给电阻、电容元件，并用万用表检查元件的好坏。
5．半导体二极管、三极管的识别与简单测试
根据附录I，用万用表判别普通二极管的阴、阳极并做简单测试；识别及测试三极管的类型，e、b、c管脚，β值及好坏。
我们常用的9011和9013系列的为NPN管，9012为PNP管。
五、实验思考题
1．如何操纵示波器有关旋钮，以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形？
2．信号发生器有哪几种输出波形？
它的输出端能否短接，如用屏蔽线作为输出引线，则屏蔽层一端应该接在什么位置？
3．交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压？
它的表头指示值是被测信号的什么数值？
它是否可以用来测量直流电压的大小？
实验二晶体管共射极放大电路
、实验目的
1.掌握放大电路静态工作点的调试方法及其对放大电路性能的影响。
2.测量放大电路Q点，AV，Ri，Ro。
3.学习放大电路的动态性能。
、实验仪器
1.CS-4125示波器
2.YB1620P信号发生器
3.数字万用表
、预习要求
1.三极管及单管共射放大电路工作原理
2.放大电路静态和动态测量方法
3.静态工作点对输出波形的影响
四、实验原理
我们测量静态工作点是为了了解静态工作点选的是否合理。
若测出UCE<0.5V,则三极管已饱和，若测出UCE≈VCC，则说明三极管已截止，对于线性放大电路，这种静态工作点是不合适的，必须对它进行调整，否则放大后的信号会产生严重的非线性失真。
静态工作点的位置与电路参数VCC，RC，Rb或Rb1，Rb2有关，一般静态工作点的调整是通过改变偏置电阻Rb来实现。
具体实验电路如图2.2。
该电路的动态指标计算公式如下：
Rb//Rb2//rbe
RO=RC
、实验内容
1.静态测量与调整
按图2.1接线完毕后仔细检查，确定无误后接通电源，将输入端Vi对地短路，调整RP使UE=2.2V，测UCE、UBE及Rb的值，注意：
测Rb时应断开电源。
计算并填表2.1。
注意：
Ib和Ic的测量和计算方法
测Ib和Ic一般可用间接测量法，即通过测Uc和Ub，Rc和Rb计算出I和Ic（注意：
图2.1中Ib为支路电流）。
此法虽不直观，但操作较简单，建议初学者使用。
直接测量法，即将微安表和毫安表直接串联在基极和集电极中测量。
此法直观，但操作不当容易损坏器件和仪表，不建议初学者采用。
表2.1
实测
实测计算
UBE（V）
UCE（V）
Rb（KΩ）
Ib（μΑ）
Ic（mΑ）
2.动态研究
按图2.1所示电路接线。
将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，幅值为1V峰-峰值，接至放大电路的uS点，经过R1、R2衰减（100倍），ui点得到10mV的小信号，观察ui和uo端波形，并比较相位，测uo不失真时的输出电压值，填入表2.2。
表2.2RL=∞
实测
实测计算
估算
Ui（mV）
Uo（V）
AV
AV
保持Ui=10mV不变，放大器接入负载RL，在改变RC数情况下，测量并将计算结果填表2.3。
表2.3
给定参数
实测
实测计算
估算
RC
RL
Ui（mV）
Uo（V）
AV
AV
2K
5K1
2K
2K2
5K1
5K1
5K1
2K2
信号源频率不变，逐渐加大信号源输出电压幅度，观察并测量uo最大且不失真时的峰-峰值，并填表2.4。
表2.4
Uim（mV）
Uom（V）
在第
步的状态下，改变电位器RP值，观察当RP增大和减小过程中uo波形的变化，测量出现失真时三极管三个管脚的静态电压值，将失真波形及测量数据填入表2.5。
表2.5
RB
UBE（V）
UCE（V）
输出波形情况
较大
合适
较小
3.测放大电路输入，输出电阻。
输入电阻测量（见图2.2）
去掉电阻R2，保留R1，uS与信号发生器输出端相连，调节信号发生器输出幅度，使Ui保持10mV，读信号发生器输出（即US值）并填表2.6，计算Ri。
图2.2输入电阻测量
输出电阻测量（见图2.3）
图2.3输出电阻测量
保持输入信号Ui=10mV，测量带负载时的UL和空载时的Uo，即可计算出Ro。
，将上述测量值及计算结果填入表2.6中。
表2.6
测算输入电阻（设：
R1=5K1）
测算输出电阻
实测
测算
估算
实测
测算
估算
US（mV）
Ui（mV）
Ri
Ri
Uo
RL=∞
Uo
RL=
Ro（KΩ）
Ro（KΩ）
4.测量放大电路的幅频特性
放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数Au与输入信号频率f之间的关系曲线。
放大电路的幅频特性曲线如图2.4所示，其中Aum为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1∕
倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限截止频率fL和上限截止频率fH，则通频带fBW=fH-fL。
实验结果记入表2.7。
表2.7
交流输入电压
Vi（mV）
输出电压Vo
输入、输出波形
上限截止频率
下限截止频率
1000mV
频率1kHz
、实验报告
1.记录和整理测试数据，按要求填入表格并画出波形图。
2.分析在实验内容之动态研究中，波形变化的原因及性质。
实验三多级放大电路中的负反馈（仿真）
、实验目的
1．学习使用Multisim2001创建、编辑电路的方法;
2．练习虚拟模拟仪器的使用;
3．验证负反馈对放大器性能（放大倍数、波形失真、频率特性等）
的影响。
二、实验仪器
1
．计算机;
2.Multisim2001软件.
三、实验原理
实验电路如图3.1所示。
1．若开关J1打开，电路成为无电压负反馈放大器。
2．若开关J1闭合，电路成为有级间电压负反馈放大器。
图3.1晶体管负反馈仿真实验电路
四、预习要求
1．复习教材中有关负反馈对放大器性能（放大倍数、波形失真、频率特性等）的影响的内容。
2．如何用实验方法求出fL，fH的值？
五、实验内容
1．创建如图3..1所示的仿真实验电路。
实验电路中晶体管的参数选
用：
Q1的Bf=70；Q2的Bf=60;
2．令vi=1mv，断开J1（无反馈），观察vo的波形并记录；闭合J1（有
负反馈），观察vo的波形并记录；
3．改变vi=10mv，断开J1，观察vo的波形并记录；闭合J1，观察
vo的波形并记录；
4．
（1）断开J1,利用Simulate菜单条中的Analyses功能中AC
Analysis对无反馈电路输出vo进行频率特性分析，在幅频特性图
上找到使Avm下降为0.707Avm时分别对应的fL和fH。
（2）闭合J1,再次对有负反馈电路输出vo进行频率特性分析，在
幅频特性图上找到使AvmF下降为0.707AvmF时分别对应的fLF
和fHF.
六、实验报告
1．由实验所得结果说明负反馈对放大器性能有何影响。
实验四集成运算放大器
一、实验目的
1．熟悉集成运算放大器的特性。
2．掌握用集成运算放大电路设计加、减法运算电路。
3．掌握用集成运算放大电路设计积分、微分电路。
4．掌握比较电路的电路构成及特点。
5．学会上述电路的测试和分析方法。
二、仪器设备
1．MF－10型万用表或数字万用表1台
2．TPE—A3模拟电路实验箱1台
3．YB1602P系列功率函数信号发生器或EM1652系列数字信号源1台
4．KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器1台
三、实验原理简述
集成运算放大器是由多级基本放大电路组成的高增益的放大器，具有开环增益（Au0）高，其增益可达80~140dB（104~107倍），输入电阻大（约几百千欧），输出电阻低（约几百欧）的特点。
接成线性运算电路时，要引入深负反馈，理想运放在线性运用时具有以下重要特性：
（1）理想运放的同相和反相输入端电流近似为零：
I+≈0；I-≈0
（2）理想运放在作线性放大时，两输入端电压近似为零：
U+≈U-
基于这两点分析电路的重要特性，利用运算放大器来构成比例放大，加、减、积分、微分、对数、乘除等模拟运算功能。
从外形上看，有圆筒形封装的和双列直插式两种，使用它时，首先根据型号查阅参数，了解其性能，学习根据管脚图和符号连接线路。
四、预习内容
1．复习运算放大器、基本运算电路有关内容
2．复习实验中所用仪器的使用方法
3．写预习报告，设计运算电路、实验步骤并估算实验结果
五、实验内容与步骤
本次实验所用实验装置为TPE—A3模拟电路实验箱的集成运放电路模块部分。
1.反相比例放大器
实验电路如图5.1所示
图5.1反相比例放大器
（1）按表5.1内容实验并测试记录。
表5.1
直流输入电压Vi（mV）
30
100
300
1000
3000
输出电压Vo
理论估算（mV）
实际值（mV）
误差
（2）反相输入端加入频率为1kHz、幅值为200mV的正弦交流信号，用示波器观察输入、输出信号的波形及相位，并测出Vi、Vo的大小，记入表5.2。
（3）测量上限截止频率
信号发生器输出幅度保持不变，增大信号频率，当输出Vo幅度下降至原来的0.707倍时，记录信号发生器输出信号的频率，此频率即为上限截止频率，记入表5.2。
表5.2
交流输入电压
Vi（mV）
输出电压Vo（V）
输入、输出波形
上限截止频率（kHz）
200mV
频率1kHz
2．设计一反向加法电路，使之满足U0=-（2Ui1+5Ui2）（注意平衡电阻的选择）
1）输入信号Ui1=1V，Ui2=1V观测输出是否满足要求？
观察“虚短”现象是否成立？
为什么？
2）输入信号Ui1=5V，Ui2=1V观测输出是否满足要求？
观察“虚短”现象是否成立？
为什么？
3．设计减法电路，使之满足关系式U0=5.5Ui2-10Ui1，输入信号Ui1=2V，Ui2=1V观测输出是否满足要求？
4．设计反向积分电路，积分时间常数为RC=2ms
1）输入信号为方波，频率为1KHz，幅度UP—P=6V，观测输出信号的幅度与理论值相比较。
2）改变积分常数增大或减小，观测输出信号幅度的变化及失真情况，进一步掌握积分时间常数RC对输出的影响。
5．电压比较器
1）过零比较器
按图5—2接好电路，当输入电压
=2
时（可选f=1KHz）画出输入及输出
、
的波形。
图5—2过零比较器
2）电压比较器
按图5—3接好电路，已知参考电压
=1V，测量当输入电压
>1V时；
=（V），并画出传输特性图；测量当输入电压
<1V时；
=（V），并画出传输特性图；测量当输入电压
=2
时，画出
、
的波形。
图5-3电压比较器
六、实验报告
1．整理实验数据及波形图，并分析实验数据得出结论。
2．思考：
（1）比较电路是否要调零？
原因何在？
（2）比较电路两个输入端电阻是否要求对称？
为什么？
（3）在本次实验中哪里体现了运算放大的虚短、虚地现象，你是如何验证的？
实验五由集成运算放大器组成的文氏电桥振荡器（仿真）
、实验目的
1.了解集成运放的具体应用。
2.掌握文氏电桥振荡器的工作原理。
、实验仪器
1
．计算机;
2.Multisim2001软件.
三、实验原理
原理可参阅教材RC振荡电路部分内容，实验电路如图5.1。
电路参数R3=100KΩ，Rw=R4+R5=100KΩ（即Rw=Rw上＋Rw下），R1=R2=R=2KΩ或4.7KΩ，C1=C2=C=0.047μF或0.01μF。
组件：
LM324，电源±15V。
图5.1文氏电桥振荡器实验电路
四、预习要求
1.阅读教材中有关文氏电桥振荡器（RC振荡电路）工作原理的部分。
2.熟悉所用集成运算放大器的参数及管脚排列。
3.按图5.1中参数计算振荡频率，欲使振荡器能正常工作，电位器应调在何处，各为何值？
五、实验内容及步骤
1.调试无稳幅二极管的文氏电桥振荡器
创建如图5..1所示的仿真实验电路。
断开开关J1，用示波器观察电路有无输出波形VO。
如无输出，则调节Rw使VO为无明显失真的正弦波，测量VO的频率并与计算值比较。
用电压表观察VO之值是否稳定。
关电源后，分别测量R3、R4和R5的阻值，计算负反馈系数F—=
。
加上电源，调节Rw，测量VO无明显失真时的变化范围。
2.调测有稳幅二极管的文氏电桥振荡器
按图5.1接线，闭合开关J1，调节Rw使VO为无明显失真的正弦波。
测量VO的频率，并与计算结果比较。
用交流电压表测量VO和V＋之值，并观察VO之值是否稳定。
调节Rw，测量VO无明显失真时的变化范围。
、实验报告
1.按步骤1所得的数据，计算VO和V＋的比值。
2.按步骤2所得的数据，计算负反馈系数F—之值。
3.所测得的振荡频率、
、F—、VO的幅值稳定度等方面讨论理论
与实践是否一致。
第二部分《数字电子技术》实验
实验一集成逻辑门
一、实验目的
1.熟悉逻辑门电路的逻辑特性和电气特性；
2.掌握逻辑门参数的测试方法。
二、实验内容
1．用万用表电流档分别测量TTL与非门空载导通电源电流（见图1-1），然后测量门电路的供电电压，从而可算出TTL门的导通功耗。
测量TTL与非门电路的输入低电平短路电流IIS（见图1-2）和输入高电平漏电流IIH（见图1-3）。
2．TTL门电路的传输特性测试。
接线如图1-4所示。
实验结果记录于表1-1中。
表1-1
VI（v）
0.5
0.8
1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.8
2
3
4
Vo（v）
3．用与非门74LS00实现：
F=A·B，F=A+B，F=A。
4．测试三态门74LS125的逻辑功能，将测试结果填入表1-2中。
表1-2
E
0
1
A
0
1
0
1
Y
5．用TTL集电极开路与非门（OC与非门）74LS03实现“线与”，即完成“与或非”的逻辑功能：
（注意：
需外接电阻和电源）。
6．逻辑门平均传输延迟时间的测量
由于TTL门电路的延迟时间较小，直接测量时对信号发生器和示波器的性能要求较高，故实验采用测量由奇数个与非门组成的环形振荡器的振荡周期T来求得。
其工作原理是：
假设电路在接通电源后某一瞬间，电路中的A点为逻辑“1”，经过三级门的延迟后，使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”；再经过三级门的延迟后，A点电平又重新回到逻辑“1”。
电路中其它各点电平也跟随变化。
说明使A点发生一个周期的振荡，必须经过6级门的延迟时间。
因此平均传输延迟时间为
Tpd=T/6
照图1.5连线，用示波器测量输出信号的周期，计算每个门的平均传输延迟时间tpd值。
三、实验报告
1.整理实验结果，并对实验结果进行分析。
2.用坐标纸画出与非门传输特性曲线。
从曲线上读出VOL，VOh，Von，Voff各参数。
3.你是怎样判断74LS125芯片的输出是处于高阻态的？
4.TTLOC门使用时为何必须外接电阻和电源？
不接行不行？
通过实验验证。
实验二组合逻辑电路
一、实验目的：
1.掌握组合逻辑电路的分析与设计方法；
2．掌握中规模集成电路译码器与数据选择器的应用。
二、实验内容：
1．设计三变量表决电路：
（1）用与非门实现（74LS00）
列出真值表，求出简化表达式，画出与非逻辑电路图；自拟实验方案测试。
（2）用译码器（74LS138）及与非门（74LS20）实现
在图2-1中完成实现三变量表决器的实验电路的设计。
自拟实验方案。
（3）用数据选择器（74LS153）实现
74LS153是双4选1数据选择器（见图2-2），有使能输入端。
自拟实验方案。
2．用异或门74LS86及与非门74LS00实现全加器电路，并列出真值表。
三．实验报告：
整理实验结果并进行分析，说明组合电路的特点和分析、设计方法。
实
升级会员 