高级维修电工实验指导书.docx
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高级维修电工实验指导书
高级维修电工实验指导书
星科教仪
总目录
1．2．3．
电子技术实验指导书电力电子技术实验指导书电机及电力拖动技术实验指导书
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星科教仪
电子技术实验指导书
20XX年修订版
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绪 论
电子技术实验是《数字电子技术》、《模拟电子技术》理论教学的重要的补充和继续。
通过实验，学生可以对所学的知识进行验证，加深对理论的认识；可以提高分析和解决问题的能力，提高实际动手能力。
具体地说，学生在完成指定的实验后，应具备以下能力：
熟悉并掌握基本实验设备、测试仪器的性能和使用方法；能进行简单的具体实验线路设计，列出实验步骤；
掌握电子电路的构成及调试方法，系统参数的测试和整定方法，能初步设计
和应用这些电路；
能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理，解决实验中遇到的问题；
能够综合实验数据，解释实验现象，编写实验报告。
为了在实验时能取得预期的效果，建议实验者注意以下环节：
1-1实验准备
实验准备即为实验的预习阶段，是保证实验能否顺利进行的必要步骤。
每次实验前都应先进行预习，从而提高实验质量和效率，避免在实验时不知如何下手，浪费时间，完不成实验，甚至损坏实验装置。
因此，实验前应做到：
复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识；
预习实验指导书，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验的工作原理和方法；
写出预习报告，其中应包括实验的详细接线图、实验步骤、数据记录表格等；
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熟悉实验所用的实验装置、测试仪器等；
实验分组，一般情况下，电子技术实验以每组1-2人为宜。
1-2实验实施
在完成理论学习、实验预习等环节后，就可进入实验实施阶段。
实验时要做到以下几点：
实验开始前，指导教师要对学生的预习报告作检查，要求学生了解本次实验的目的、内容和方法，只有满足此要求后，方能允许实验开始。
指导教师对实验装置作介绍，要求学生熟悉本次实验使用的实验设备、仪器，明确这些设备的功能、使用方法。
按实验小组进行实验，小组成员应有明确的分工，各人的任务应在实验进行中实行轮换，使参加者都能全面掌握实验技术，提高动手能力。
按预习报告上的详细的实验线路图进行接线，也可二人同时进行接线。
完成实验接线后，必须进行自查：
串联回路从电源的某一端出发，按回路逐项检查各仪表、设备、负载的位置、极性等是否正确，合理；并联支路则检查其两端的连接点是否在指定的位置。
距离较近的两连接端尽可能用短导线，避免干扰；距离较远的两连接端尽量选用长导线直接连接，尽可能不用多根导线做过渡连接。
自查完成后，须经指导教师复查后方可通电实验。
实验时，应按实验指导书所提出的要求及步骤，逐项进行实验和操作。
改接线路时，必须断开电源。
实验中应观察实验现象是否正常，所得数据是否全理，实验结果是否与理论相一致。
完成本次实验全部内容后，应请指导教师检查实验数据、记录的波形。
经指导教师认可后方可拆除接线，整理好连接线、仪器、工具。
1-3实验总结
实验的最后阶段是实验总结，即对实验数据进行整理、绘制波形曲线和图表、分析实验现象、撰写实验报告。
每个实验参与者都要独立完成一份实验报告，实验报告的编写应持严肃认真、实事求是的科学态度。
如实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据和结果，不得用凑数据的方法来向理论靠近，而是用理论知识来分析实验数据和结果，解释实验现象，找到引起较大误差的原因。
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目 录
模电部分
实验一、集成运算放大器指标测试实验二、集成运算放大器的基本应用模拟运算电路实验四、集成运算放大器的应用电压比较器实验五、精密整流器实验六、集成运算放大器的应用波形发生器实验七、集成运算放大器的应用信号处理有源滤波器实验八、集成功率放大器实验九、RC正弦波振荡器实验十、电压——频率转换电路实验十一、集成稳压电源
数字部分
实验十二、移位寄存器及其应用实验十三、时逻辑电路的设计及其应用实验十四、数控步进电机（49）实验十五、脉冲信号产生电路的研究（52）实验十六、555时基电路及其应用（55）实验十七、数-模、模-数转换（60）实验十八、二—十进制计数器的验证（64）实验十九、七段译码的显示的验证（69）实验二十、数字频率计
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模电部分
实验一集成运算放大器指标测试
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。
二、实验原理
集成运算放大器是一种线性集成电路，和其它半导体器件一样，它是用一些性能指标来衡量其质量的优劣。
为了正确使用集成运放，就必须了解它的主要参数指标。
集成运放组件的各项指标通常是用专用仪器进行测试的，这里介绍的是一种简易测试方法。
本实验采用的集成运放型号为，μA741（或F007），引脚排列如图1-1所示。
它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正，负电源，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十KΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端。
⑧脚为空脚。
图1-1μA741管脚图 图1-2UIO、IIO测试电路1.输入失调电压UIO
输入失调电压UIO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1-2所示。
闭合开关K1及K2，使电阻RB短接，测量此时的输出电压UO1，则输入失调电压
UIO=
R1UO1
R1RF实际测出的UO可能为正，也可能为负。
高质量的运放UIO一般在1mV以下。
测试中应注意：
①将运放调零端开路。
②要求电阻R1和R2，R3和RF的参数严格对称。
2.输入失调电流IIO
输入失调电流IIO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
IIO=丨IB1-IB2丨
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，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1-2所示，测试分两步进行：
（1）闭合开关K1及K2，在低输入电阻下，测出输出电压UO1，如前所述，这是于输入失调电压
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UIO所引起的输出电压。
（2）断开K1及K2，两个输入电阻RB接入，于RB值较大，流经它们的输入电流的差异将变成输入电压的差异，因此，也会影响输出电压的大小，测出两个电阻RB接入时的输出电压UO2，若从中扣除输入失调电压UIO的影响，则输入失调电流IIO为
IIO=｜IB1-IB2｜=｜UO2-UO1｜
R11
R1RFRB一般，IIO在100nA以下。
测试中应注意：
①将运放调零端开路。
②两输入端电阻RB必须精确配对。
3.开环差模放大倍数Aud
集成运放在没有外部反馈时的直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
Aud=
UoUid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。
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、直流同时闭环的测试方法，如图1-3所示。
图1-3Aud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
Aud＝
UoR1Uo=（1+）UidR2Ui测试中应注意：
①测试前电路应首先消振及调零。
②被测运放要工作在线性区。
③输入信号频率应较低，一般用50～100Hz输出信号无明显失真。
4.共模抑制比CMRR
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
CMRR＝｜
AdAd｜或CMRR＝20lg｜｜（db）AcAc共模抑制比在应用中是一个很重要的参数，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。
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也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强，即CMRR愈大。
CMRR的测试电路如图1-4所示。
图1-4CMRR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
Ad＝-
RFR1当接入共模输入信号Uic时，测得UOC时，则共模电压放大倍数为
AC＝得共模抑制比
CMRR＝｜
UocUicAdRFUic｜＝AcR1Uoc测试中应注意：
①消振与调零
②R1与R2、R3与RF之间阻值严格对称
③输入信号Uic幅度必须小于集成运放的最大共模输入电压范围Uicm
5.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CMRR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。
Uicm的测试电路如图1-5所示。
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。
6.输出电压最大动态范围U0PP
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1-6所示。
逐渐增大UO幅度，观察UO即将失真还没有失真的时刻，从而确定运放在某一电源电压下可能输出的电压峰峰值UOPP。
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图1-5Uicm测试电路 图1-6UOPP测试电路
集成运放在使用时应考虑的一些问题
1）输入信号选用交、直流量均可，但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。
2）调零。
为提高运算精度，在运算前，应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。
当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器RW，调零时，将输入端接地，用直流电压表测量输出电压UO，细心调节RW，使UO为零（即失调电压为零）。
如运放没有调零端子，若要调零，可按图1-7所示电路进行调零。
图1-7调零电路
一个运放如不能调零，大致有如下原因：
①组件正常，接线有错误
②组件正常，但负反馈不够强（RF/R1太大），为此可将RF短路，观察是否能调零。
③组件正常，但于它所允许的共模输入电压太低，可能出现自锁现象，因而不能调零。
为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。
④组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。
⑤组件内部损坏，应更换好的集成块。
3）消振。
一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零，亦会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。
在实验中，可用示波器监视输出波形。
为消除运放的自激，常采用如下措施:
①若运放有相位补偿端子，可利用外接RC补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。
②电路布线、元器件布局应尽量减少分布电容。
③在正、负电源进线与地之间接上几十μF的电解电容和～μF的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。
三、实验设备与器件
1.±12V直流电源 4.交流毫伏表2.函数信号发生器 5.直流电压表
3.双踪示波器（另配） 6.集成运算放大器μA74131电阻器、电容器若干。
四、实验内容
1.测量输入失调电压UIO
按图1-2连接实验电路，闭合开关K1、K2，用直流电压表测量输出电压UO1，并计算UIO。
记入表1-1。
2.测量输入失调电流IIO
实验电路如图1-2，打开开关K1、K2，用直流电压表测量UO2，并计算IIO。
记入表9-1。
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表1-1
UIO（mV）实测值典型值实测值IIO（nA）典型值实侧值Aud（db）典型值CMRR（db）实侧值典型值3.测量开环差模电压放大倍数Aud
按图1-3连接实验电路，运放输入端加频率100Hz，大小约30～50mV正弦信号，用示波器监视输出波形。
用交流毫伏表测量UO和Ui，并计算Aud。
记入表1-1。
4.测量共模抑制比CMRR
按图1-4连接实验电路，运放输入端加f＝100Hz，Uic＝1～2V正弦信号，监视输出波形。
测量UOC和Ui，计算AC及CMRR。
记入表1-1。
5.测量共模输入电压范围Uicm及输出电压最大动态范围UOPP。
自拟实验步骤及方法。
五、实验报告
1.将所测得的数据与典型值进行比较。
2.对实验结果及实验中碰到的问题进行分析、讨论。
六、预习要求
1.查阅μA741典型指标数据及管脚功能。
2.测量输入失调参数时，为什么运放反相及同相输入端的电阻要精选，以保证严格对称。
3.测量输入失调参数时，为什么要将运放调零端开路，而在进行其它测试时，则要求输出电压进行调零。
4.测试信号的频率选取的原则是什么
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实验二 集成运算放大器的基本应用（Ⅰ）
模拟运算电路
一、实验目的
1.研究集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。
2.了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
二、实验原理
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路
微分运算电路，如图2-6所示
图2-6微分运算电路
三、实验设备、部件与器件
1.±12V直流电源 2.函数信号发生器3.交流毫伏表 4.直流电压表
5.双踪示波器（另配） 6.集成运算放大器μA74131电阻器、电容器及插线若干。
四、实验内容
在实验台的面板上找一具有8脚插座的适当位置，结合以下实验内容进行连线。
1.反相比例运算电路
（1）按图2-1连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。
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（2）输入f=100Hz,Ui=的正弦交流信号，测量相应的UO，并用示波器观察uo和ui的相位关系，记入表2-1。
表2-1 Ui= f=100Hz
Ui（V）Uo（V）Ui波形Uo波形实测值Av计算值2.同相比例运算电路
（1）按图2-3（a）连接实验电路。
实验步骤同上，将结果记入表2-2。
（2）将图2-3（a）中的R1断开，得图2-3（b）电路，重复内容
（1）。
3.反相加法运算电路
（1）按图2-2连接实验电路。
调零和消振。
表2-2 Ui= f=100HzUi（V）Uo（V）Ui波形Uo波形实测值Av计算值
（2）输入信号采用直流信号，图2-6所示电路为简易直流信号源，实验者自行完成。
实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。
用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表2-3。
表2-3Ui1（V）Ui2（V）Uo（V）
图10-7简易可调直流信号源
4.减法运算电路
（1）按图2-4连接实验电路。
调零和消振。
（2）采用直流输入信号，实验步骤同内容3，记入表2-4。
表2-4Ui1（V）Ui2（V）Uo（V） 5.积分运算电路实验电路如图2-5所示。
（1）打开K2，闭合K1，对运放输出进行调零。
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（2）调零完成后，再打开K1，闭合K2，使uc（o）=0。
（3）预先调好直流输入电压Ui=,接入实验电路，再打开K2，然后用直流电压表测量输出电压UO，每5秒读一次UO，记入表2-5，直到UO不继续明显增大为止。
表2-5t（S）Uo（V）0 5 10 15 20 25 30 6.微分电路
按图2-6搭接电路，在函数发生器上调节输入方波信号ui，用示波器监视之，要求方波信号的周期为1-5ms。
把vi信号加到微分电路的输入端，用示波器分别测量ui和uo的波形，画出波形图，并记录数据。
五、实验报告
1.整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。
2.将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。
3.分析讨论实验中出现的现象和问题。
六、预习要求
1.复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压的值。
2.在反相加法器中，如Ui1和Ui2均采用直流信号，并选定Ui2=-1V,当考虑到运算放大器的最大输出幅度（±12V）时，｜Ui1｜的大小不应超过多少伏
3.在积分电路中，如R1=100kΩ，C=μF，求时间常数。
假设U1=，问要使输出电压达到5V需多长时间（设uc（o）=0）
4.为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题
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实验六集成运算放大器的基本应用（Ⅲ）
波形发生器
一、实验目的
1.学会用集成运放构成方波和三角波发生器。
2.掌握波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。
二、实验原理1.方波发生器
方波发生器是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生器。
实验原理图如图6-1所示。
它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个RF、CF组成的积分电路，把输出电压经RF、CF反馈到集成运放的反相端，运放的输出端引入限流电阻RS和两个背靠背的稳压管用于双向限幅。
图6-1方波发生器
该电路的振荡频率为
fo=
12R22RFCFLnR1
式中R1=R1′+RW′，R2=R2′+RW″，方波输出幅值Uom=±UZ。
2.三角波和方波发生器
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6-2所示，则比较器输出的方波经积分可到三角波，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。
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。
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图6-2三角波、方波发生器
电路的振荡频率 fo=
R2
4R1（RfRW）CfR1UzR2R1可调节三角波的幅值。
R2方波的幅值 U'om=±Uz三角波的幅值 Uom=
调节RW可以改变振荡频率，改变比值
三、实验设备、部件与器件
1.±12V直流电源 2.双踪示波器（另配）3.交流毫伏表 4.频率计5.μA741322DW731、2CP32电阻器、电容器若干。
四、实验内容1.方波发生器
在实验台面板上选一带有8脚运放插座的合适区域，按图6-1连接实验电路。
（1）将电位器RW调至中心位置，用双踪示波器观察并描绘方波uo及三角波uc的波形（注意对应关系），测量其幅值及频率，记录之。
（2）改变RW动点的位置，观察uo、uc幅值及频率变化情况。
把动点调至最上端和最下端，测出频率范围，记录之。
（3）将RW恢复至中心位置，将一只稳压管短接，观察uo波形，分析Dz的限幅作用。
2.三角波和方波发生器按图6-2连接实验电路
（1）将电位器RW调至合适位置，用双踪示波器观察并描绘三角波输出uo及方波输出uo′，测其
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幅值、频率及RW值，记录之。
（2）改变RW的位置，观察对uo、uo′幅值及频率的影响。
（3）改变R1（或R2），观察对uo、uo′幅值及频率的影响。
五、实验报告1.方波发生器
（1）列表整理实验数据，在同一坐标纸上，按比例画出方波和三角波的波形图（标出时间和电压幅值）。
（2）分析RW变化时，对uo波形的幅值及频率的影响。
（3）讨论Dz的限幅作用。
2.三角波和方波发生器
（1）整理实验数据，把实测频率与理论值进行比较。
（2）在同一坐标纸上，按比例画出三角波及方波的波形，并标明时间和电压幅值。
（3）分析电路参数变化（R1、R2和RW）对输出波形频率及幅值的影响。
六、预习要求
1.复习有关三角波及方波发生器的工作原理，并估算图6-1、6-2电路的振荡频率。
2.设计实验表格
3.电路参数变化对图6-1、6-2产生的方波和三角波频率及电压幅值有什么影响（或者：
怎样改变图6-1、6-2电路中方波及三角波的频率及幅值）
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实验七集成运算放大器的基本应用（Ⅳ）
信号处理一有源滤波器
一、实验目的
1.熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波和带通、带阻滤波器及其特性2.学会测量有源滤波器的幅频特性二、实验原理
本实验是用集成运算放大器和RC网络来组成不同性能的有源滤波电路。
（a）RC网络接在 （b）RC网络接在 （c）一阶RC低通滤 同相输入端 反相输入端 波器的幅频特性
图7-1基本的有源低通滤波器
1.低通滤波器
低通滤波器是指低频信号能通过而高频信号不能通过的滤波器，用一阶RC网络组成的称为一阶RC有源低通滤波器，如图7-1所示。
为了改善滤波效果，在图7-1（a）的基础上再加一对RC网络且将第一级电容C的接地端改接到输出端的方式，如图7-2所示，即为一个典型的二阶有源低通滤波器。
这种有源滤波器的幅频特性为
AUOUiAu1（3Au）SCR（SCR）2Au112joQO
式中：
Au=1+
Rf为二阶低通滤波器的通带增益；R124
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1为截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。
RC1Q=为品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
3Auω。
=
注：
式中S代表jω
图7-2二阶低通滤波器
2.高通滤波器
只要将低通滤波器滤波网络中的电阻、电容互换即可变成有源高通滤波器，如图7-3（a）所示。
高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系。
（a）电路图 （b）幅频特性
图7-3高通滤波器
这种高通滤波器幅频特性为
2）Au2U（SCR）AuO AO212Ui1（3Au）SCR（SCR）1jOQO（25
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图87-3LA4112构成的集成功放实验电路
1.静态测试
将输入信号旋至零，接通+9V直流电源，测量静态总电流以及集成块各引脚对地电压，记入自拟表格中。
2.动态测试1）最大输出功率a.接入自举电容C7
输入端接1KHz正弦信号，输出端用示波器观察输出电压波形，逐渐加大输入信号幅度，使输出电压为最大不失真输出，用交流毫伏表测量此时的输出电压Uom，则最大输出功率
Uom2Pom=
RLb.断开自举电容C7
观察输出电压波形变化情况。
3.噪声电压
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