电子技术基础模拟电路实验指导书.docx
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电子技术基础模拟电路实验指导书
目录
一、模拟部分
实验一常见电子仪器使用练习及常用元件的识别与测试…………1
实验二单级放大电路…………………………………………………3
实验三多级放大电路中的负反馈……………………………………7
实验四比例求和运算电路……………………………………………9
实验五由集成运算放大器组成的文氏电桥振荡器…………………13
附录1常见元器件的识别与测试……………………………………15
附录2基本实验方法…………………………………………………18
附录3常见故障及其排除方法………………………………………22
附录4电路元器件简介………………………………………………24
二、数字部分
实验六组合逻辑电路设计……………………………………………27
实验七集成触发器……………………………………………………31
实验八集成计数器……………………………………………………36
实验九计数、译码和显示电路设计…………………………………40
附录5数字实验基础知识……………………………………………42
附录6常用数字集成电路管脚图……………………………………50
实验一常用电子仪器使用练习及常用元件
的识别与测试
、实验目的
1.初步掌握常用电子仪器的基本功能并学习其正确使用方法；
2.初步掌握常用元、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
3.数字万用表
4.指针万用表
5.NY4520晶体管毫伏表
6.DH1718D-4直流稳压流电源
三、预习要求
阅读附录1、4
四、实验内容
1.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。
2.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。
3.用稳压电源上的电压表分别测量稳压电源I、II、III路的输出，使各路的输出依次为2V，9V，15V，25V；再用数字万用表直流档测量其值。
4.使低频信号发生器依次输出：
1）100Hz，100mV
2）1000Hz，20mV
3）300Hz，1V
4）150kHz，20mV
（1）用双路晶体管毫伏表的一路测量信号发生器的输出。
（2）分别将以上信号送入示波器的CH1和CH2通道，观察其波形，并测量其幅值（将该幅度换算成有效值并与上面所测数据相比较）。
（3）用手触摸示波器的输入探头（探头选择X1位置），会出现什么波形？
（4）选双路毫伏表某一路，将量程拨至1V以下，并将表笔开路，会出现什么现象？
五、实验报告
1.对本实验中所使用仪器的主要用途、使用范围及条件、使用注意事项进行总结。
2.当示波器和毫伏表开路时为什么会出现所观察到的现象。
实验二单级放大电路
、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
4.NY4520晶体管毫伏表
、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VCE<0.5V,则三极管已饱和，若测出VCE≈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
、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。
、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，调整RP使VE=2.2V，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Vc和Vb，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。
图2.1工作点稳定的放大电路
表2.1
实测
实测计算
VBE（V）
VCE（V）
Rb（KΩ）
Ib（μΑ）
Ic（mΑ）
2.动态研究
按图2.2所示电路接线。
将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，幅值为500mV，接至放大电路的A点，经过R1、R2衰减（100倍），Vi点得到5mV的小信号，观察Vi和Vo端波形，并比较相位。
信号源频率不变，逐渐加大信号源幅度，观察Vo不失真时的最大值并填表2.2。
表2.2RL=∞
实测
实测计算
估算
Vi（mV）
Vo（V）
AV
AV
图2.2小信号放大电路
保持Vi=5mV不变，放大器接入负载RL，在改变RC数值情况下测量，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
Vi（mV）
Vo（V）
AV
AV
2K
5K1
2K
2K2
5K1
5K1
5K1
2K2
Vi=5mV，如电位电路RP调节范围不够，可改变Rb1（51K或150K），增大和减小RP，观察Vo波形变化，若失真观察不明显可增大Vi幅值（>50mV），并重测，将测量结果填入表2.4。
表2.4
RB
VB
VC
VE
输出波形情况
最大
合适
最小
3.测放大电路输入，输出电阻。
输入电阻测量
在输入端串接一个5K1电阻如图2.3，测量VS与Vi，即可计算r1。
图2.3输入电阻测量
输出电阻测量（见图2.4）
图2.4输出电阻测量
在输出端接入可调电阻作为负载，选择合适的RL值使放大电路输出不失真（接示波器监视），测量带负载时VL和空载时的Vo，即可计算出ro。
将上述测量及计算结果填入表2.5中。
VoRo（KΩ）
表2.5
测算输入电阻（设：
RS=5K1）
测算输出电阻
实测
测算
估算
实测
测算
估算
VS（mV）
Vi（mV）
ri
ri
Vo
RL=∞
Vo
RL=
Ro（KΩ）
Ro（KΩ）
图2.4
、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（5）中，波形变化的原因及性质。
3.将Q点，电压增益，及Ri，Ro的实验值和估算值列表比较。
实验三多级放大电路中的负反馈
、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。
实验四比例求和运算电路
、实验目的
1.掌握用集成运算放大电路组成比例、求和电路的特点及性能。
2.学会上述电路的测试和分析方法。
二、实验仪器
1.数字万用表
2.CS-4125示波器
3.YB1620P信号发生器
三、预习要求
1.计算表4.1中的VO和Af
2.估算表4.2、4.3的理论值
3.估算表4.4、4.5中的理论值
4.计算表4.6、4.7中的理论值
、实验内容
1.电压跟随电路
实验电路如图4.1所示。
图4.1电压跟随电路
接表4.1内容实验并测试记录。
表4.1
Vi（V）
-2
-0.5
0
+0.5
1
Vo（V）
RL=∞
RL=5K1
2.反相比例放大器
实验电路如图4.2所示
图4.2反相比例放大器
（1）按表4.2内容实验并测试记录。
表4.2
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）按表4.3内容实验并测试记录。
表4.3
测试条件
理论估算值
实测值
△VO
RL开路，直流输入信号Vi由0变为800mV
△VAB
△VR2
△VR1
△VOL
RL由开路变为5K1，Vi=800mV
（3）测量图4.2电路的上限截止频率。
3.同相比例放大电路
电路如图4.3所示。
按表4.4和4.5实验测量并记录。
图4.3同相比例放大电路
表4.4
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
表4.5
测试条件
理论估算值
实测值
△VO
RL开路，直流输入信号Vi由0变为800mV
△VAB
△VR2
△VR1
△VOL
RL由开路变为5K1，Vi=800mV
4.反相求和放大电路
实验电路如图4.4所示。
按表4.6内容进行实验测试，并与预习计算比较。
图4.4反相求和放大电路
表4.6
Vi1（V）
0.3
-0.3
Vi2（V）
0.2
0.2
VO（V）
5.双端输入求和放大电路
实验电路为图4.5所示。
按表4.7要求实验并测量记录。
图4.5双端输入求和电路
表4.7
Vi1（V）
1
2
0.2
Vi2（V）
0.5
1.8
-0.2
VO（V）
五、实验报告
1.总结本实验中5种运算电路的特点及性能。
2.分析理论计算与实验结果误差的原因。
实验五由集成运算放大器组成的文氏电桥振荡器
、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。
附录Ⅰ常见元器件的识别与测试
一、电容器
1.电容量：
电容量是指电容器加上电压后贮存电荷的能力。
常用单位是：
法（F）、微法（μF）、皮法（pF）。
1pF=10－6μF=10－12F。
一般，电容器上都直接写出其容量。
也有的则是用数字来标志容量的。
如有的电容上只标出“332”三位数值，左起两位数字给出电容量的第一、二位数字，而第三位数字则表示附加上零的个数。
以pF为单位，因此“332”即表示该电容的电容量为3300pF。
2．电容质量优劣的简单测试：
利用万用表的欧姆档就可以简单地测量出电解电容器件的优劣情况，粗略判别其漏电、电容衰减或失效的情况。
具体方法是：
选用“R×1K”或“R×100”档，将黑表笔接电容器的正极，红表笔接电容器的负极，若表针摆动大，且返回慢，返回位置接近∞，说明该电容器正常，且电容量大；若表针摆动虽大，但返回时表针显示的Ω值较小，说明该电容漏电流较大；若表针摆动很大，接近于0Ω，且不返回，说明该电容器已击穿；若表针不摆动，则说明该电容器已开路，失效。
该方法也适用于辨别其它类型的电容器。
但如果电容器容量较小时，应选择万用表的“R×10K”档测量。
另外，如需要对电容器再一次测量时，必须将其放电后方能进行。
二、普通二极管的识别与测试
普通二极管一般为玻璃封装和塑料封装两种。
其外壳上印有型号和标记。
标记箭头所指方向为阴极。
有的二极管上只有一个色点，有色点的一端为阳极。
也可借用万用表的欧姆档作简单判别。
将指针式万用表欧姆档置“R×100”或“R×1K”处，将红、黑两表笔接触二极管两端，表头有一指示：
将红、黑两表笔反过来再次接触二极管两端，表头又将有一指示。
若两次指示的阻值相差很大，说明该二极管单向导电性好，且阻值大的那次红表笔所接为二极管的阳极（因万用表的正端（＋）红表笔内接电池的负极）；若两次指示的阻值相差很小，说明该二极管已失去单向到点性；若两次指示的阻值均很大，说明该二极管已开路。
三、三极管的识别与简单测试
三极管主要有NPN型和PNP型两大类。
一般，可根据命名法从其管壳上的符号辨别出它的型号和类型。
例如，印有3DG6表明它是NPN型高频小功率硅三极管；印有3AX31，则表明是PNP型低频小功率锗三极管，小功率三极管有金属外壳和塑料外壳封装两种。
金属外壳封装的如果管壳上有定位销，则将管底朝上，从定位销起，按顺时针方向，三根电极依次为e、b、c。
如管壳上无定位销，且三根电极在半圆内，将有三根电极的半圆置于上方，按顺时针方向，三根电极依次为e、b、c。
如图1（a）所示。
塑料外壳封装的，我们面对平面，三根电极置于下方，从左到右，三根电极依次为e、b、c，如图1（b）所示。
对于大功率管，外形一般分为F型和G型两种，如图2所示。
F型管，从外形上只能看到两根电极，将管底朝上，两根电极置于左侧，则上为e，下为b，底座为c。
G型管的三根电极一般在管壳的顶部，将管底朝下，三根电极置于左方，从最下电极起，顺时针方向依次为e、b、c。
也可用万用表初步确定其好坏、类型及e、b、c三个极。
1．先判断基极b和三极管类型
将指针式万用表欧姆档置“R×100”或“R×1K”处，先假设三极管的某极为“基极”，并将黑表笔接在假设的基极上，再将红表笔先后接至其余两个电极上，如果两次测得的电阻值都很大（或都很小），而对换表笔后测得两个电阻都很小（或都很大），则可确定假设的基极是正确的。
如果两次测得的电阻值是一大一小，则可肯定原假设的基极是错误的，应重设基极，再重复上述的测试。
当基极确定以后，将黑表笔接基极，红表笔分别接其它两极。
此时，若测得的电阻值都很小，则该三极管为NPN型管；反之，则为PNP型管。
2．再判断集电极c和发射极e
以NPN型管为例。
把黑表笔接到假设的集电极c上，红表笔接到假设的发射极e上，并且用手捏住b和c极（不能使b，c直接接触），通过人体，相当于在b，c之间接入偏置电阻。
读出表头所示c、e间的电阻值，然后将红、黑两表笔反接重测。
若第一次电阻值比第二次小，说明原假设成立，黑表笔所接为三极管集电极c，红表笔所接为三极管发射极e。
因为c、e间的电阻值小正说明通过万用表的电流大，偏置正常。
如图3所示。
图1半导体三极管电极的识别图2F型和G型管管脚识别
（a）金属外壳封装（b）塑料外壳封装（a）F型大功率管（b）G型大功率管
图3判别三极管c、e电极的原理图
（a）示意图（b）等效电路
附录Ⅱ基本实验方法
在实验中，为了测量某些参数、特性或观察某些现象所采用的方法都称为实验方法。
诸如对静态工作点和交流电压的测量方法，放大器AV、ri、ro的测量方法，幅频、相频特性的测量方法……，都是本实验课中最常用和最基本的方法。
因此，我们把这些实验方法称为基本实验方法。
基本实验方法在实验中多次出现，而且它们具有典型性和代表性，很多实验都是在掌握基本实验方法的基础上进行的。
因此，为了帮助同学做好实验，现将以下六个基本实验方法重点介绍。
、测量静态工作点的方法
表示三极管静态工作点（VBE、VCE、IB、IC）的四个量中IB、IC可以通过测量已知电阻上的电压而间接求得。
因此，测量静态工作点的关键就是测量静态电压VBE和VCE。
测量静态电压时，要用万用表的直流电压档，因为直流电压档测量的是电压平均值，所以当被测直流电压上迭加一个平均值为零的交流分量时（如不失真的正弦波），则对测量量无影响。
反之，对测量量有影响。
所以，在测量静态工作点的条件是：
去掉信号源后，再将放大器的输入端对地短接（切不可将信号源短路），然后再进行测量。
、测量交流电压的方法
用DA-18FS双路晶体管毫伏表测量交流电量时，表盘上的刻度值是按正弦波有效值刻度的。
因此在测量正弦波的电压时，要注意波形是否失真。
在测量交流电压时，始终要用示波器来监视波形，当出现以下情况时，不能进行测量。
1.正弦波波形失真；
2.测量时电路中存在自激震荡；
3.测量时存在外来干扰信号。
对于非正弦量（如矩形波）也不能用该表测量，这时可使用示波器进行测量。
、测量AV、ri、ro的方法
1.测量AV
已知AV=VO/Vi，其中VO、Vi都应是正弦波，在测量时也要用示波器监视输出波形。
在信号不失真的条件下测量输出电压VO否则不能测量。
2.测量ri
测量输入电阻ri的等效电路如附图2－1。
测量时先取合适的VO值，就可测得相应的Vi值，而R是已知的（应选取R与ri的数量级相同），否则ri的值可由下式计算。
附图2－1附图2－2
注意：
应在VO不失真而且数值保持不变的条件下，测量VO和Vi的值。
3.测量ro
测量输出电阻ro的等效电路如附图2－2所示。
测量时先取合适的输入信号值，在保持Vi不变的条件下分别测出：
RL开路时的输出电压V‘o和带负载RL（RL取值与ro的数量级相同）时的输出电压VO，则ro的值可由下式计算。
注意：
应在输出波形不失真的条件下，测量VO、V‘o的值。
、测量幅频特性和上、下限频率的方法
1.测量幅频特性
测量幅频特性时，应先选择一个适当频率（约在中频范围）的输入信号，再用示波器观察输出波形，在VO不失真的情况下固定Vi，然后重新调节输入信号频率，当VO达到最大时，该频率即为中频。
因中频范围较宽，此时可以选择一个整数值作中频。
用毫伏表调出中频时的VO值，调节示波器幅度微调旋钮，使VO的波形的（峰－峰值）在荧光屏上为6大格。
然后以中频为准分别向高和低调节信号发生器的频率，使示波器上的波形的峰－峰值分别到中频的0.9、0.8、0.7、0.6、0.5，并记录相应的频率。
注意：
改变输入信号频率时，要始终保持Vi不变。
2.测量上、下限频率
与测量幅频特性方法相同，仍以中频为准，分别向高和向低调节信号发生器的频率，使VO的峰－峰值在荧光屏上为4.2大格时，记录相应的信号频率，则分别为上限频率和下限频率。
、李沙育图形测量
用示波器测量频率的方法，一般可以用测量时间的方法，先调出被测信号的周期，再取其倒数即为信号的频率。
除此以外，还可以用观察李沙育图形来测量频率。
下面简要介绍李沙育图形测频法。
用李沙育图形法测量频率主要是把被测信号（往往加到“Y轴输入”）与已知频率的信号（加到“X轴输入”）进行比较，在荧光屏上显示的比较图形为若干个静止的环。
当两信号频率相等时，其图形为一椭圆。
当频率不同时，则显示波形也不同。
如附图2－3所示。
若用方框圆形图形，则两信号的频率关系为：
显然当其中一个为已知时，另一个频率就可由上式计算出。
通常测定频率时，总希望两者的频率尽可能调到1:
1或2:
1。
这样图形清晰、明确、不易出错。
附图2－3
、用双踪示波器观察两波形相位关系的方法
用双踪示波器观察两个波形的相位关系时，示波器必须在外同步状态下工作。
对一般示波器来说，外同步信号可采用被测系统的输入信号，也可以采用被测系统的输出信号。
适当调节YA和YB衰减器，使荧光屏上得到的波形大小适当。
具体做法是：
将被测系统的输入信号加至YA（或YB），输出信号加至YB（或YA），再将输出（或输入）加至“触发输入”端，此时“触发极性”应拨至“外＋”（或“外－”）位置，
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