EWb计算机电路基础实验指导.docx
《EWb计算机电路基础实验指导.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EWb计算机电路基础实验指导.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
EWb计算机电路基础实验指导
实验四、负反馈电路
实验目的：
1、加深理解放大电路中引入负反馈的方法;
2、学习负反馈放大电路主要性能指标的测试方法；
3、研究负反馈对放大器各项性能指标的影响
实验条件
普通微机、ElectronicWorkbench软件；
器件：
双踪示波器、函数信号发生器、交流毫伏表、晶体三极管2、电阻器、电容器若干
实验要求
1、预习课程相关内容、掌握负反馈放大电路有关知识；
2、对实验电路进行分析计算。
实验原理
实验步骤
1、建立仿真电路，如图4.2所示；
2、各级静态工作点测量：
VB、VC、VE、和IC的值，并与理论值进行比较；
3、去掉反馈通路（断开开关S），测量基本放大器的各项性能指标：
中频（f＝1KHZ,Us约10mV正弦信号）电压放大倍数Au，输入电阻Ri和输出电阻Ro；
4、恢复反馈通路（闭合开关S），重复上面步骤的测量；
5、将两组实验数据（表4.1）进行比较分析，认真填写实验报告。
图4.2负反馈放大器仿真电路
表4.1实验数据记录
基本放大器
Ui（mv）
UO（V）
AV
Ri（KΩ）
RO（KΩ）
负反馈放大器
Ui（mv）
UO（V）
AV
Ri（KΩ）
RO（KΩ）
思考
1、？
实验五、集成运算放大器基本运算电路
实验目的：
1、熟悉µA741集电路使用技术要求。
2、掌握µA741的运算电路的组成，并能验证运算的功能。
实验条件
普通微机、ElectronicWorkbench软件、虚拟仪器：
直流稳压电源1台，函数信号发生器1台，示波器1台，晶体管毫伏表1台，数字万用表1块。
实验要求
1、预习课程相关内容、查阅有关集成运放µA741的资料；
2、认真填写实验报告
实验原理
1、反相放大器电路结构：
理想条件下，表达式
。
说明R1=R2时电路保持平衡。
2、同相放大器电路结构：
理想条件下，表达式
。
说明R1=R2,R3=Rf电路保持平衡。
减少输入引起失调电压的误差。
3、反相比例加法器电路结构：
理想条件下，表达式
。
说明R3=R4，R3//R4=R5电路保持平衡。
单电供电，利用分压方式得
设计要求和内容：
1、反相放大器。
选择波形“正弦波”，选择信号为中频，Vi的幅度为V0不失真。
（1）电路指标：
AV=10；写出理论计算表达式。
（2）确定电路的结构。
（3）确定R1，R2，Rf的电阻值。
2、同相放大器。
选择波形“正弦波”，选择信号“正弦信号”（中频）。
（1）电路指标：
AV=11；写出理论计算表达式。
（2）确定电路的结构。
（3）确定R1，R2，R3，Rf的电阻值。
3、反相比例加法器。
选择波形“正弦波”，选择信号“正弦信号”（中频）。
（1）电路指标：
Uo=400，写出理论计算表达式。
（2）确定电路结构。
（3）确定电路各电阻元件值。
预习要求
1、查阅集成电路数据手册，了解µA741的性能参数和管脚排列及使用方法。
2、认真复习有关运放应用方面的理论知识。
3、设计并画出实验电路图，标明各元器件数值和型号。
4、事先计算好实验内容中的有关理论值，以便和实验测量值比较。
5、自拟实验步骤和实验数据表格。
六．实验报告要求
1、列出各实验电路的设计步骤及元件计算值。
2、列表整理实验数据，并与理论值进行比较、分析和讨论。
3、实验心得体会。
4、回答思考题。
七．思考题
1、集成运放在运放前，为什么要连接成闭环状态调零？
可否将反馈支路电阻Rf开路调零？
实验六、电压比较器的设计与调测
实验目的：
1．通过实验学习电压比较器的工作原理及电路形式。
2．研究参考电压和正反馈对电压比较器的传输特性的影响。
3．了解专用电压比较器LM311、LM318的使用方法。
实验条件：
普通微机、ElectronicWorkbench软件、
虚拟仪器：
直流稳压电源、函数信号发生器、双踪示波器、数字万用表。
实验要求
1、预习课程相关内容、查阅有关门电路IC（µA741、LM318）的资料；
2、实验前做好实验电路设计，认真填写实验报告。
实验原理
1、无滞后电压比较器
比较器是一种信号处理电路，它用来比较两个电压的大小。
通常是将一个模拟电压信号与一个基准电压进行比较，比较的结果（即比较器的输出）通常用两种电位（一高一低）分别表示被比较信号的大小。
基本电路如图6-1所示：
基准电压加在同相端；如图6-2所示：
基准电压加在反相端。
图中R1，R2分别代表信号源和参考电压的内阻，应用中使它们相等，以便减小输入偏置电流及其漂移的影响。
稳压管DW是为了输出箝位用的。
如图6-3所示：
为图6-1的传输特性。
如图6-4所示：
为图6-2的传输特性。
从传输特性可知：
其中VDW为稳压管，VDW用两个稳压管1N4733串连而成,其UZ=5.1V，VD=0.75v电压,稳压电流约为178mA。
图6-1图6-2
图6-3图6-4
2、迟滞电压比较器
图6-5图6-6
将比较器输出电压通过反馈网络加到同相输入端，形成正反馈，实验电路如图6-5所示：
待比较电压ui加到反相输入端。
在理想情况下，它的比较特性如图6-6所示。
由图可见，它有两个门限电压，分别为上门限电压uth+和下门限电压uth-，两者的差值为门限宽度或迟滞宽度：
△V=uth+―uth。
比较器输出高电平uomax，则uomax和VR共同加到同相输入端的合成电压为：
当ui由小增大地通过上门限电压uth+，输出电压由uomax下跃到uomin。
比较器输出低电平uomin，则uomin和VR共同加到同相输入端的合成电压为：
当ui由大减小地通过下门限电压uth-，输出电压由uomin下跃到uomax。
迟滞宽度：
。
调节R2和Rf可以改变△V。
（1）根据输出高电平uomax，输出低电平uomin,确定限幅电路中VDw的型号,又根据VDw的额定电流确定R3的值。
（2）根据上门限电压uth+和下门限电压uth-以及参考电压VR大小确定R2和Rf的值；一般为几千欧姆到几百千欧姆。
（3）R1=R2。
（4）根据响应速度的要求选择带宽乘积和电压转換速率合适应运放。
预习要求
1、复习有关比较器理论知识。
2、设计并画出实验电路标明元器件的参数或型号。
3、自拟实验步骤和数据表格。
实验内容
1、按实验任务要求接好电路。
2、无滞后电压比较器
（1）用µA741构成无滞后电压比较器选用的稳压管用两个稳压管1N4733串连而成（其UZ=5.1V，VD=0.75v电压,稳压电流约为178mA），确定R1，R2,R3电阻值
（2）VR分别为0v,±1v（电源电压分压而得）。
输入f=1kHZ的正弦波,用示波器观察比较器波形并记录输入、输出波形。
（3）用示波器X-Y,观察比较器传输特性并用坐标纸记录示波器上信号波形。
（4）将输入信号f=5kHZ的正弦波,UR=0v；用示波器观察比较器波形并记录输入、输出波形。
（5）将µA741改为LM318；f=5kHZ的正弦波,UR=0v；重复（3）﹑（4）内容。
3、迟滞电压比较器
图6-7
（1）用µA741设计迟滞电压比较器，其传输特性如图６-7所示：
选用的稳压管用两个稳压管1N4733串连而成（其UZ=5.1V，VD=0.75v电压,稳压电流约为178mA）。
确定R2，Rf,R3电阻值。
（2）用µA741设计迟滞电压比较器，分别为f=1kHZ和f=5kHZ的正弦波,用示波器观察比较器的波形并记录输入、输出波形，比较它们的结果。
（3）用LM318设计迟滞电压比较器,重复
（2）内容﹑将结果与
（2）的结果进行比较。
（4）用LM318设计迟滞电压比较器,f=1kHZ的正弦波,VR为±1v（电源电压分压而得）用示波器观察比较器的传输特性曲线，并记录传输特性。
4．专用电压比较器LM311的使用,其传输特性如图６-8所示
图6-8
（1）用LM311设计迟滞电压比较器,已知电压+5v,VR为0v。
（2）分别为f=1kHZ和f=5kHZ的正弦波,用示波器观察比较器的波形及传输特性，并记录信号波形和传输特性曲线。
（3）f=1kHZ的正弦波,VR为+1v，用示波器观察比较器的波形及传输特性，并记录信号波形和传输特性曲线。
实验报告要求
1、列出各实验电路设计步骤及元件的计算值。
2、用坐标纸描绘观测到的各个信号波形。
3、将各个实验结果进行分析讨论。
4、实验心得体会。
5、回答思考题。
6、提出实验改进意见。
思考题
1、用运放设计一个电压比较器，将f=5kHZ的正弦波变换为方波，要求方波的输出幅度为20v，前后沿上升、下降时间不大于半周期的1/10，请问选用µA741还是LM318？
为什么？
2、怎样示波器从所显示比较器输入、输出信号波形上读出uomax，uomin，uth+,uth-？
实验七、基本门电路的测试
实验目的
1.熟悉门电路逻辑功能并掌握常用的逻辑电路功能测试方法。
2.熟悉EWB软件在数字电路实验中的应用。
实验条件
普通微机、ElectronicWorkbench软件；
虚拟仪器：
示波器1台，数字万用表1块。
器件：
74LS00四2输入与非门1片
74LS86四2输入异或门1片
预习要求
1.阅读实验指导，懂得数字电子技术实验要求和实验方法。
2.复习门电路工作原理及相应逻辑表达式。
3.熟悉所用集成电路的外引线排列图，了解各引出脚的功能。
实验原理
用以实现基本逻辑关系的电子电路通称为门电路。
常用的门电路在逻辑功能上有非门、
与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。
非逻辑关系：
Y=
与逻辑关系：
Y=
或逻辑关系：
Y=
与非逻辑关系：
Y=
或非逻辑关系：
Y=
与或非逻辑关系：
Y=
异或逻辑关系：
Y=
实验任务
任务一：
异或门逻辑功能测试
集成电路74LS86是一片四2输入异或门电路，逻辑关系式为1Y=1A⊕1B，2Y=2A⊕2B，3Y=3A⊕3B，4Y=4A⊕4B，其外引线排列图如图7.1所示。
它的1、2、4、5、9、10、12、13号引脚为输入端1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B，3、6、8、11号引脚为输出端1Y、2Y、3Y、4Y，7号引脚为地，14号引脚为电源+5V。
（1）按图7.2接线测试其逻辑功能。
芯片74LS86的输入端1、2、4、5号引脚分别接任意4个电平开关（开关动作时可以分别输入高低电平），输出端3、6、8分别接任意3个发光二极管。
14号引脚+5V电源，7号引脚接“⊥”（地）。
（2）将电平开关按表7.1设置，观察输出端A、B、Y所连接的电平显示器的发光二极管的状态，测量输出端Y的电压值。
发光二极管亮表示输出为高电平（H），发光二极管不亮表示输出为低电平（L）。
把实验结果填入表7.1中。
图7.1四2输入异或门74LS86外引线排列图图7.2异或门逻辑功能测试连接图
表7.1异或门逻辑功能测试的实验数据
输入
输出
K3K2
K1K0
A
B
Y
VZ（电压值）
LL
HL
HH
HH
HH
LH
LL
LL
LL
HL
HH
LH
将表中的实验结果与异或门的真值表对比，判断74LS86是否实现了异或逻辑功能。
根据测量的VZ电压值，写出逻辑电平0和1的电压范围。
任务二：
利用与非门控制输出
选一片四2输入与非门电路74LS00，按图7.3接线。
在输入端A输入200KHZ连续脉冲，将S端接至任一逻辑电平开关，当用示波器观察S端为0电平和1电平时，输入端A和输出端Y的波形，并记录之。
图1.3.374LS00与非门控制输出的连接图
实验报告要求思考题
1、怎样判断门电路逻辑功能是否正常？
2、与非门一个输入接入连续脉冲，其余端什么状态是允许脉冲通过？
什么状态时不允许脉冲通过？
3、与非门又称可控方向门，为什么？
实验八、组合逻辑电路（译码器）
实验目的：
掌握译码器电路的工作原理，熟悉中规模IC的使用
实验条件
1、普通微机、ElectronicWorkbench软件
2、3-8线译码器IC74138、虚拟字符发生器、虚拟时钟信号源
实验要求
1、预习译码器电路原理、查阅3-8线译码器IC74138的有关资料；
2、建立译码器实验电路；
3、将3-8线译码器74138构成数据分配器
实验原理及参考电路
译码器的逻辑功能是将输入的二进制代码译成对应输出端的高、低电平信号。
3-8线译码器74138除了三个代码输入端和八个信号输出端外，还有三个控制端G1、G2A、G2B，只有当G1=1、G2A=G2B=0时，译码器才处于工作状态，否则译码器被禁止工作，所有输出端被封锁为高电平。
数据分配器的逻辑功能是将一路输入数据，根据其不同的地址分配到不同的通道上去。
如果将3-8线译码器74138的代码输入作为地址输入，控制端之一作为数据输入端，那么就可以构成一个数据分配器。
实验步骤
1、画出实验电路原理图、连线图及对应的真值表（编码表）；
2、在ElectronicWorkbench软件的操作界面中安装有关元件，并连接有关线路（如图）。
调用字符发生器输入三位二进制代码，双击字符发生器，打开字符发生器面板，单击Pattern键，在其对话框中选择按递增编码Upcounter输出。
用绿色逻辑探针显示输入状态，用红色逻辑探针显示输出状态；
3、打开仿真开关，不断单击字符发生器面板上的单步输出Step按钮，观察输出信号与输入代码的对应关系，并记录下来；
4、用3-8线译码器74138构造数据分配器实验电路。
控制端G2B作为数据输入端，G2A接低电平、G1端接高电平。
用频率为1Hz的时钟信号源作为数据输入。
用键盘上的A、B、C三个按键分别控制三个开关，提供三位地址输入。
各输入、输出端的状态变化均用逻辑探针观察；
5、打开仿真开关，用按键依次输入不同的三位地址信号，观察输出信号与输入代码的变化，并记录下来；
6、整理分析实验结果。
思考
1、如何利用3-8线译码器74138构成4-16线译码器？
实验九、用MSI设计组合逻辑（加法器设计）
实验目的：
掌握中规模集成电路MSI设计组合电路的方法。
实验条件
1、普通微机、ElectronicWorkbench软件
2、虚拟门电路IC、虚拟全加器
实验要求
1、预习课程相关内容，用门电路设计1位全加器电路；
2、用全加器设计4位串行进位加法器；
3、认真填写实验报告
实验原理及参考电路
全加器是实现两个1位二进制加数A、B和低位进位Ci进行相加运算，产生和数输出S及进位输出Co的逻辑器件。
根据二进制加法运算规则可以列出1位全加器的真值表（如下表）。
ABCi
SCo
000
00
001
10
010
10
011
01
100
10
101
01
110
01
111
11
依次将低位全加器的进位输出端接到高位全加器的进位输出端就可以构成一个多位串行进位加法器。
这种加法器结构简单，但运算速度较慢。
实验步骤
1、设计用门电路构成的全加器电路（提示：
依据全加器的真值表可得S=A⊕B⊕C和Co=AB+Ci（A⊕B），用与门、或门和异或门来实现），并画出其逻辑电路图，
2、在ElectronicWorkbench中实现全加器实验电路。
用开关接输入，用逻辑探针监视输入、输出状态，改变开关的状态，观察输入、输出的变化并记录；
3、用四个全加器构成4位串行进位加法器。
并用开关接输入，用逻辑探针监视输入、输出状态，改变开关的状态，观察输入、输出的变化并记录，检验加法器是否能正常工作；
提示：
将前面实现的全加器电路调整成紧凑型（以节省空间），然后拖动鼠标选中整个电路（这时所有元件均呈现红色）；用“Ctrl+C”复制，用“Ctrl+V”粘贴三次（注意拖动使其不重叠），就可以呈现四个全加器了。
4、整理分析实验结果。
思考
1、如何用四个全加器构成4位并行进位加法器？
实验十、触发器电路分析测试
实验目的：
掌握基本RS触发器和主从JK触发器的工作原理
实验条件
1、普通微机、ElectronicWorkbench软件
2、虚拟门电路IC
实验要求
1、预习课程触发器的相关内容，分别用与非门、或非门构成基本RS触发器；
2、观察并记录当输入发生变化时，输出Q及Q’的变化；
3、在基本RS触发器的基础上构成主从型JK触发器，并验证之；
4、认真填写实验报告
实验原理及参考电路
触发器是一种能够存储一位二值信号的基本电路单元。
它具有两个能自行保持的稳定状态，用来保持逻辑0和逻辑1，而且可以根据不同的输入信号设置成0或1状态。
基本RS除非器是各种触发器电力中结构最简单的一种。
它有两个输入端：
S端是置1端，R端是置0端（复位端）。
两个输出端Q和Q’，按定义Q=1、Q’=0时，触发器为1状态，Q=0、Q’=1时，触发器为0状态。
当置1端有信号时，触发器置为1状态，当置0端有信号时，触发器置为0状态。
若输入端无信号时，则触发器保持原来状态。
主从触发器的主体结构是两个相同的同步RS触发器，其中一个称为主触发器，另一个称为从触发器。
它们的时钟信号相位相反：
CP=1时，主触发器打开，从触发器被封锁，输入信号进入主触发器；CP=0时，主触发器被封锁，从触发器打开，主触发器存储的信号进入从触发器。
因此：
主触发器Q状态变化只发生在CP下降沿；
CP=1期间，输入信号的变化对主触发器输出产生影响。
实验步骤
1、建立由或非门构成的基本RS触发器实验电路，如图6-1所示。
两个输入开关分别用R、S键控制；
图6-1由或非门构成的基本RS触发器
2、通过R、S键拨动开关，使得输入S、R分别为00、01、10、11四种不同状态，通过逻辑探针监视输入、输出状态，观察输入、输出的变化并记录；
3、建立由与非门构成的基本RS触发器实验电路，两个输入开关分别用R、S键控制；
4、通过R、S键拨动开关，使得输入S’、R’分别为00、01、10、11四种不同状态，通过逻辑探针监视输入、输出状态，观察输入、输出的变化并记录；
5、建立如图6-2所示的主从JK触发器实验电路。
两个输入开关分别用J、K键控制，CP时钟信号输入开关由键盘的空格键控制；
6、在CP=0时设定J、K状态，在CP下降沿到来时，观察并记录Q的变化规律；
7、观察CP=1时，如果J、K信号变化，对输出产生什么影响。
8、整理分析实验结果。
思考
1、如何用门电路构成D触发器？
实验十一、时序逻辑电路（十进制计数器电路设计）
实验目的：
掌握同步十进制计数器的工作原理
实验条件
1、普通微机、ElectronicWorkbench软件
2、虚拟IC74160、信号发生器、译码显示器、逻辑分析仪
实验要求
1、分析集成同步十进制计数器74160的逻辑功能。
2、用集成同步十进制计数器74160构成其他进制的计数器。
实验原理及参考电路
集成同步十进制计数器74160计数器除了具有十进制加法计数功能之外，还有预置数、异步置零和保持的功能。
功能表如下表所示。
74160功能表
CP
Rd’
LD’
ENP
ENT
工作状态
X
0
X
X
X
置零
↑
1
0
X
X
预置数
X
1
1
0
1
保持
X
1
1
X
0
保持（C=0）
↑
1
1
1
1
计数
用集成同步十进制计数器74160构成其他进制。
计数器，可以采用置零法和置数法。
置零法的原理是：
当计数器从零状态开始计数，计数到某个状态时，将该状态译码产生置零信号，送给计数器置零端，使计数器重新从零状态开始计数。
这样可以跳过若干个状态。
置数法的原理是：
通过给计数器重复置入某个数值，使计数器跳过若干个状态。
实验步骤
1、建立集成同步十进制计数器74160实验电路。
令ENP=1，ENT=1，Rd’=1，LD’=1，输出QD、QC、QB、QA接译码显示器用于观察状态数的变化，同时接逻辑分析仪用于观察时序波形，如图所示。
2、打开仿真开关，在连续CP的作用下，观察译码显示器数字的变化规律，并用逻辑分析仪观察计数器状态的转化规律。
3、用置零法将集成同步十进制计数器74160构成异步六进制计数器。
将十进制计数器QB和QC端分别连至与非门输入端，与非门输出端接异步置零端Rd’。
输出端的QD、QC、QB、QA同时接译码显示器和逻辑分析仪。
4、打开仿真开关，在连续CP的作用下，观察译码显示器数字的变化规律，并用逻辑分析仪观察计数器状态的转化规律。
仔细观察出现了什么异常现象。
5、用置数法构成同步六进制计数器。
令DCBA=0000，将QA、QC端接至与非门输入端，与非门输出端接预置数端LD’，输出端的QD、QC、QB、QA同时接译码显示器和逻辑分析仪。
6、打开仿真开关，在连续CP的作用下，观察译码显示器数字的变化规律，并用逻辑分析仪观察计数器状态的转化规律。
7、整理分析实验结果。
思考
1、如果要构成其他进制的计数器，应该怎样连接电路？
实验十二、555定时器的应用
实验目的：
1、掌握555单稳态触发器的工作原理；
2、掌握555多谐振荡器的工作原理。
实验条件
1、普通微机、ElectronicWorkbench软件
2、虚拟555定时器、分立元件（电阻、电容）、示波器、信号发生器
实验要求
1、预习课程555定时器的相关内容，用555定时器设计一个单稳态触发器。
2、预习课程555定时器的相关内容，用555定时器设计一个多谐振荡器。
3、观察在有关参数（输入脉冲、电阻、电容）改变情况下，电路状态的变化。
4、全面掌握555单稳态触发器的工作条件和工作状态。
5、全面掌握555多谐振荡器的工作条件和工作状态。
5、认真填写实验报告
实验原理及参考电路
一、单稳态触发器
单稳态触发器具有稳态和暂态两个不同的工作状态。
在外界触发脉冲的作用下，它能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回到稳态；暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。
由于单稳态触发器具有这些特点，常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。
按电路结构的不同，单稳态触发器可分为微分型和积分型两种，微分型单稳态触发器适合用于窄脉冲触发，积分型适用于宽脉冲触发。
无论是哪种电路结构，其单稳态的产生都源于电容的充放电原理。
用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，且暂稳态维持时间为Tw=lnRC≈1.1RC，仅与电路本身的参数R、C有关。
升级会员 