实践课典型实验课题一基本放大电路.docx
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实践课典型实验课题一基本放大电路
实践课典型实验课题一基本放大电路
验证性实验
课题二RC正弦波振荡电路
课题三三端集成稳压器
课题四集成门电路特性
应用性实验
课题一电平指示电路
课题二光控开关和报警电路
课题三红外线光电开关电路
课题四有线对讲机电路
课题五自动航标灯电路
课题六BP机呼叫电路
课题七脉冲边沿检测器
课题八数码管驱动电路
课题九双音报警电路和简易电子琴电路
课题十数控步进电机
课题十一红外线自动水龙头
课题十二热释电红外传感器的应用
基本放大电路
一、实验目的
1．掌握放大器静态工作点"Q"的调试和测量方法，以及电压放大倍数Au、Ri、Ro的测量方法。
2．了解静态工作点对放大器输出波形的影响，观察饱和失真和截止失真的现象。
3．了解放大器对幅值相同、频率不同的正弦波信号放大能力不同的特性，建立频率特性的初步概念。
二、实验内容和步骤
1．接装电路
按照图1.2.1在面包板上接装分压式共发射极放大电路。
共发射极放大电路
2．静态调试
检查电路连接无误后通电，调节电位器RP使UE=2.2V，测量UBE、UCE和Rb1的值，计算IB和IC的值并填入表1.2.1。
3．动态研究
（1）调节信号发生器，输出一个有效值为3mV的正弦波信号，接放大器的输入端ui,观察ui和uo端波形，并比较相位。
（2）保持ui频率不变，逐渐增大幅度，观察uo，测量不失真时的最大有效值UO,填入表1.2.2。
（3）保持Ui=5mV，放大器接入负载RL，在改变RC数值的情况下测量，并将结果填入表1.2.3。
（4）保持Ui=5mV，增大和减小RP，用示波器观察uO波形变化，同时用电压表测量UO的大小，将结果填入表1.2.4。
4．测量输入、输出电阻
调节电位器RP，使UE=2.2V:
输入电阻测量输出电阻测量
（2）输入电阻测量
在输入端串接一个5.1kW电阻，如图1.2.2，测量Us与UI，按式
计算Ri。
RS的选取以RS"Ri为最佳值。
（2）输出电阻测量
在输出端接入电位器作负载,如图1.2.3。
选择合适的RL值，使放大器输出不失真（接示波器监视），测量有负载和空载时的UO和U'O，按式
计算RO。
三、实验报告要求
1．整理测量数据，列出表格。
2．将实验值与理论值加以比较，分析误差原因。
3．分析静态工作点对Au的影响，讨论提高Au的办法。
RC正弦波振荡电路
一、实验目的
1．掌握RC串并联网络振荡电路的构成和工作原理。
2．熟悉正弦波振荡电路的调试方法。
3．观察RC参数对振荡频率的影响，学习振荡频率的测定方法。
二、实验内容和步骤
1．按图1.接线，取电源电压VCC=12V。
注意电阻RP=R1需预先调好再接入。
图1RC串并联网络振荡电路
2．用示波器观察波形，思考以下问题：
（1）若元件完好，接线正确，电源电压正常，示波器使用无误，而荧光屏上没有正弦波显示，原因何在？
如何解决？
（1）有输出但波形明显失真，应如何解决？
3．测量振荡频率，可采用以下方法之一：
（1）直接从示波器读值。
（2）李沙育图形法
将时间/格旋纽旋至X-Y档，用探头将低频信号发生器或函数信号发生器输出的标准正弦波接到示波器的水平输入端，调节其频率使荧光屏显示一个椭圆，这时被测信号频率与标准信号相等。
4．改变振荡频率
改变R（及RP1）或C（及C1）的参数，观察频率改变的情况。
5．测量负反馈放大电路的闭环电压放大倍数Auf及反馈系数F。
调节RP2使振荡既稳定又基本不失真，记录幅值。
断开选频网络与输出端间连线，输入端加入和振荡频率一致的信号电压，使输出波形的幅值和原来振荡时的幅值相同，记录测量结果。
然后断电测量RP2值，计算负反馈放大电路的电压放大倍数，与测量值比较。
三、实验报告要求
1．由给定参数计算振荡频率，与实测值进行比较，分析产生误差的原因。
2．要减少正弦波的失真，电路应作何改进？
三端集成稳压器
一、实验目的1.了解三端集成稳压器的特性和基本使用方法。
2.掌握直流稳压电源主要参数的测试方法。
二、实验内容和步骤
1．基本稳压电路
图1三端集成稳压电路的基本形式
（1）按图1连接电路，为防止负载电位器短路，56W电阻和510W电位器的额定功率应大于2W，检查无误后接入220V电源。
当要求输出纹波小时，滤波电容C1可取值大些。
C3是当负载电流突变时，为改善电源的动态特性而设的，取值约为100～470mF。
C1、C3均为电解电容。
在结构上，它们是由两个电容极板中间加绝缘介质卷绕而成的。
因此，对电源中的高频分量，电解电容均含有电感，而集成稳压器内部带有负反馈，在高频下，通过C1、C3的耦合，可能会使稳压器的输出端产生有害振荡。
C2、C4正是为抑制这种振荡或消除电网端串入的高频干扰而设置的，通常C2、C4取值为0.1～0.33mF。
（2）调节RL，使负载电流为100mA，调节自耦调压器，使7812的输入电压（即整流输出）电压UI为18V，测量输出电压UO。
并将结果填入表1.5.1中。
3）在上述三种情况下，用交流数字电压表测量稳压电源输入纹波电压Ui和输出纹波电压Uo
（4）输入电压不变，用示波器观察有、无负载和负载变化的情况下，输出电压的交流分量的变化情况，用直流电压表测量输出直流电压是否有变化，研究随着负载电流的增加，输出电压交直流分量的变化趋势，记录现象和结果。
（5）在C1接通和断开的情况下，分别用示波器（直流档）观察负载电压的波形，研究C1在稳压电源中的作用。
2．输出电压可调的稳压电路
图.2输出电压可调的稳压电路
图2电路是由集成稳压器构成的连续可调输出电压电路。
其中U32是集成稳压器的标称输出电压，此处U32＝12V。
若忽略晶体管UEB压降，则UR1＝U32。
忽略晶体管基极电流后，有IR1=IR2，所以
即
（V）,调节RP，可使UO在一定范围内变化，但输出可调范围不能太大，否则将使稳压性能变差。
要求按图.2接线，自行设计元件参数，经教师审查后再接线实验。
研究输出电压的变化范围并作记录。
三、注意事项
1．防止将稳压器的输入与输出接反。
2．避免使稳压器浮地运行（如图.3所示）。
图.3浮地故障 图.4输出电路保护
3．防止输出电流过大。
4．稳压器输入端不能断路。
5．稳压器的输入电压的限制。
稳压器的输入电压UI通常是由交流电压经整流滤波后得到的，其值不能过大和过小，78L系列稳压器输入电压值参见表1.5.2。
四、实验报告要求
1．分析整理实验结果，对集成稳压器的性能给予评价。
1．总结三端集成稳压器的使用注意事项。
集成门电路特性
一、实验目的
1．掌握与非门的逻辑功能；熟悉其外引线排列。
2．熟悉TTL和CMOS与非门的电压传输特性。
二、实验内容和步骤
1．2输入与非门逻辑功能的验证。
分别将74LS00和CC4011接+5V电源，然后验证其逻辑功能
。
2．测试TTL与非门的电压传输特性
与非门电压传输特性TTL与非门电压传输特性的逐点测试
（1）逐点测试
按图2连接电路，检查无误后接通电源。
改变输入电压UI（0～+5V），读出对应的输出电压UO，并填入表1中。
（2）动态扫描法观测TTL与非门电压传输特性
测试电路如图3所示。
信号发生器产生的正弦信号经二极管D半波整流后，加于电阻R（≤1kΩ）上，作为被测与非门的输入电压（幅值约2～3V）送到示波器的水平输入端HORIZ（即X外接），此时触发方式为外触发（EXT）；被测与非门的输出电压加于示波器的Y输入端（CH1或CH2），适当调节信号发生器的输出幅度和示波器的Y轴衰减，即可直接观察与非门的电压传输特性。
按图3接好实验电路，取R=1kW，将示波器的扫描速率选择旋钮置于"X-Y"档，使从HORIZ端输入的信号加到内部X水平偏转板上，调节信号发生器输出信号的频率和幅值，被测TTL与非门的电压传输特性曲线即可在示波器荧光屏上出现。
图3电压传输特性的动态扫描法
注意：
TTL集成电路输入端悬空相当与逻辑高电平，与非门不使用的输入端可以悬空，但不允许带开路长线，以免引入干扰，产生逻辑错误。
3、CMOS与非门部分参数及电压传输特性测试
（1）按图4接线，测量CMOS与非门的输出高电平电压UOH和输出低电平电压UOL。
图4UOH和U0L测试电路图5UIH（min）和UIL（max）测试电路
（2）按图5接线，测量CMOS电路的阈值电压UTH。
（3）用动态扫描法观测CMOS与非门的电压传输特性
三、实验报告要求
1．根据逐点测得的输入与输出电压值，在坐标纸上画出TTL与非门电压传输特性曲线。
2．根据74LS系列UOH（min）=2.7V和UOL（max）=0.5V，从实测曲线中读出UIH（min）、UIL（max），并计算高、低电平噪声容限电压UNH和UNL。
电平指示电路
一、电路
二、基本原理
当Ui>0.6V～0.7V时，VT1由截止变为导通，LED1点亮，以后Ui每增加约0.7V，后续LED就被点亮一只，以此来对信号进行直观显示。
三、器件介绍
1.三极管的开关特性和极性判别
2.发光二极管LED的特性和极性判别
四、可能发生的问题
1．二极管接错（对电路不理解）
2．有的LED不亮。
原因：
三极管损坏，LED损坏
五、作业
1.查阅附录8发光二极管的有关知识。
2.估计电路中各位LED被点亮时的输入电压值。
当输入电压为5V时，该电路能点亮多少盏灯？
光控开关和报警电路
一、电路
光动报警器电路音乐集成片KD153的电路连接图
二、基本工作原理
基本光－电、热－电转换电路
（a）（b）
三极管和比较器构成的光动开关
当光照度增加时，光敏电阻cds阻值减小，当光照度达到某一门限值以上时，VT1发射极电位上升使VT2饱和导通，VT2集电极电位接近于0，使音乐集成电路得到足够大的工作电流，喇叭发出音乐报警声。
当光照度降到门限值以下时，VT2截止，VT2集电极电位接近于电源电压，音乐集成电路无电流，不工作。
也可采用一级共发射极放大电路直接驱动音乐集成电路，但光照灵敏度会降低。
在正常室光下，即使去掉RP1以增大基极电流，VT1也不会饱和，只有强光才能使VT1饱和导通从而使音乐片发出音响。
若希望提高电路对光照反应灵敏度，可加大RP1或R1的阻值。
音乐集成电路KD153由产生乐曲的芯片和一只NPN型三极管组成，三极管的作用是放大声音信号。
音乐集成电路的电路连接图中悬空端为触发极M，该端输入一个正脉冲时，触发芯片工作，发出一段音乐；接高电平时，使芯片发出连续不断的音乐。
本课题电路中M接的是高电平。
电路中C为退耦电容，起滤波作用，保证电源电压稳定。
三、要求
1.按图2.1.8组装好电路。
通电后，在自然光的情况下，用电压表测量两只三极管的各极电压，判断电路是否正常。
2.使光敏电阻受光（光源一般为太阳光、白炽灯光等，也可采用手电筒聚光模拟光源），同时调整电位器RP1，让音乐集成电路发出乐曲声。
然后将光敏电阻加以遮挡，使音乐中断。
3.去掉图电路中的VT1和R1，采用一级共射电路组装光动报警器，比较此电路与原电路中对光照强度的灵敏度。
四、课堂作业
用万用表测试不同光照度下光敏电阻的阻值。
红外线光电开关电路
一、电路
二、基本工作原理
红外发射管RLED在通电情况下发出不可见的红外光束，照射在接收管VTG上，接收管VTG实质上相当于一个基极受光控制的三极管，由于它的基区面积较大，所以当有光照射时，在基区激发出电子空穴对，其作用相当于向基区注入少数载流子，效果与引入基极电流一样，因此，能够在集电极回路产生较大的电流，使接收管VTG导通，Ａ点呈低电位。
施密特触发器IC输出与输入相反，为高电位，它使VT1、VT2导通，继电器K吸合，常开触点闭合。
只要在发光管和接收管之间遮挡光线，VTG便截止，A点即由低变为高电位，使施密特触发器输出变为低电位，VT1、VT2截止，继电器K常开触点断开。
在接收管由亮到暗，或由暗到亮的过程中，晶体管要经过导通和截止的临界状态，十分不稳定，会产生一连串的抖动脉冲。
为了消除这种抖动干扰，通常采用施密特触发器来担任整形，以便得到理想的矩形波形。
电路中3DG6与9013的连接是复合管形式，它使得电路具有很高的电流放大倍数，只要给VT1提供较小的基极电流就可以给继电器提供足够的吸合电流。
与继电器并联的续流二极管是用来消除断电时加在晶体管C、E间的反向电压的，以免其可能超过晶体管的最大U（BR）CEO而将晶体管击穿。
三、要求
1.测试红外线发射、接收管
用万用表的电阻档，按照测量普通二极管的方法，即很容易地判别出其正、负极及其性能。
测量接收管的方法是:
使用万用表R′1k档，红黑表笔分别接接收管的两只引脚，其中一次测量的电阻值较大，这时，将接收管的受光面用强光照射（手电筒光线即可），其电阻值明显减少，此时，万用表黑表笔接的引脚为接收管的集电极，红表笔所接为发射极。
2.将所用元件使用万用表逐一测试，其质量符合要求方可接入电路。
3.电路装好经检查无误后通电，继电器应呈吸合状态，当在发射、接收管间加以遮挡时，继电器应释放（注意：
由于红外线有一定的穿透能力，所以遮挡物以金属片为宜）。
达到上述要求，电路视为正常工作。
4.调试时若电路不能正常工作，应先检查电路是否接错，IC和接收、发设管的引脚有无接错。
如均无错误，可分阶段实验电路功能，即以A点为界，先将A点对地短路，看K是否吸合，以判定IC、VT1、VT2是否正常；然后遮光，用示波器或电压表监测阶跃电压是否出现，且阶跃电压是否大于5V，若阶跃电压不足，可适当改变R2阻值使之达到5V。
四、课堂作业
1.说明二极管VD的作用。
若不接VD，可能产生什么后果？
2.利用红外线测控开关电路，设计一种实际工业控制过程，用简捷的语言和方块图描述该过程，包括说明红外线对管的安置方法以及继电器驱动的电气设备（如泵、电机等）。
有线对讲机电路
一、电路
二、基本工作原理
用三极管VT进行前置放大，提高电路的总电压放大倍数。
LM386作为功率放大，电压放大倍数为20倍。
电路中R2为VT集电极负载电阻，R1提供VT的偏置电流，C1、C2、C3分别为输入、输出隔直流电容。
电位器RP1起音量调节的作用。
伴随输入信号的变化，输出功率会在大范围内上下快速波动，由于负载的变化会引起电源电压的变化，这将造成工作不稳定和电气性能变坏，利用电容C4、C5两端电压不能瞬时跃变的特点,就可以防止这类现象的发生。
电容C4、C5称为去耦电容,由于电解电容等效电感较大,100mF电解电容C5对高频信号的滤波效果不好,故采用小电容C4与之并联,提高对信号的滤波效果。
双刀双掷开关SB用于转换扬声器BA、BB分别为听、讲的工作状态。
三、要求
1.根据外观辩认三极管的管脚和极性，用万用表检测验证后，在面包板上组装由三极管构成的前置放大器。
2.组装LM386集成电路，由于LM386是所有音频功率放大集成电路中使用最简便的一种，只要电路组装正确，无须调试即可使用。
3.在输入端加入一音频信号（频率为50-500HZ，电压为几十毫伏），即可在扬声器中发出音响。
调节电位器RP1，输出强度就随之变化。
4.双刀双掷开关SB分别置于扬声器BA、BB为听、讲的工作状态，模拟有线对讲机来检验电路的放大效果。
四、课堂作业
1.说明下列晶体三极管型号的意义:
3DG6C3AX31B
2.电容器标志是:
CZJX-250V-0.033-±10%，试说明意义。
3.说明下列电容器标志意义:
104K100V10nJ100V
1nJ400V103M63V
自动航标灯电路
一、电路
图1自动航标灯电路
二、内容与说明
TWH8778是一种大电流驱动开关集成电路。
只需要在"控制"端加上一个数字信号，就能高速控制外接负载的通断。
特性如图2。
图2TWH8778的特性曲线
图1（a）为TWH8778的控制与输出特性曲线。
其开启阈值电压为1.6V左右，与TTL、CMOS电路兼容。
由图1（b）的输入特性曲线上看出，当UEN>6.5V时，控制输入电流急剧上升，故实际应用时，UEN应小于6V。
TWH8778内部设有过压保护电路，当IN端电压超过30V时，输出负载电流被自动切断（IO=0），待IN下降后，开关电路自动恢复。
图1（C）为TWH8778的热保护曲线。
图1（d）示出了其开关特性，由图可知，它的切断延迟时间大于导通时间，使用时应注意。
TWH8778的详细技术参数见表2.3.1。
图1是一种无人管理全自动航标灯电路。
电路中采用了两只三极管构成的无稳态电路（即多谐振荡器），产生方波去控制TWH8778的关断。
白天，硅光电池把光能变为电能而向蓄电池充电，同时，TWH8778的控制极所接的光敏管VT3受光照射而导通，TWH8778关断，航标灯不工作。
晚上，光敏管截止，TWH8778的5脚受多谐振荡器输出的方波控制而间歇通断，航标灯闪耀。
把R5断开，晶体管VT1、VT2构成的多谐振荡器的工作原理是:
设电源接通以后,晶体管VT1截止、VT2导通,则UCE1=VCC；UCE2"0，C1通过R1和VT2的发射结充电;C2通过R3和VT2的C、E放电。
由于集电极电阻比基极电阻小得多（4.7kW<<100kW），所以C1很快充电到接近VCC，而随着C2的放电，VT1基极的电位逐渐升高,当UB2升至0.5V以上时,VT1开始导通进入放大区并迅速饱和,同时UB1跳变为-VCC使VT2截止,这时UCE1"0；UCE2=VCC，使电容器C1放电，C2充电，这一充放电过程又导致VT1重新截止、VT2饱和。
如此周而复始,形成振荡,在VT1和VT2的集电极输出矩形脉冲信号。
当电路的元件对称时,其充放电的时间常数为t@1.4C1×R2。
接上R5后，由于电阻的分压，使VT2截止时，C2充电最多只能充到8V，而C1充电最多能充到12V（VCC），所以，图2.3.19的电路所产生振荡的占空比不是50%，也就是说，灯光亮的时间要比暗的时间短一些。
三、要求
1.按图2.工作原理，测试TWH8778的开启电压，负载RL可选取几百欧姆--数千欧姆电阻.注意控制极电压不要超过6V,否则因过流而损坏器件。
2.按图1电路，组装自动航标灯电路，充电部分不装。
指示灯H可用发光二极管串限流电阻替代。
电路组装正确，通电后，指示灯将按无稳态电路的翻转频率而发出亮--暗--亮的指示信号，当用强光（手电筒）照射VT3时，电路将停止工作。
如果在室光下欲使指示灯或发光二极管不亮，则应增大R5的阻值。
三、课堂作业
1.试说明图1自动航标灯光控工作原理。
2.请你设计一个使用TWH8778高速电子开关的过压保护电路，其工作原理:
正常工作时，由TWH8778导通供电，当电路出现一个+5V的过压信号时，TWH8778迅速关断。
（画出电路原理图，并注明元器件参数）
BP机呼叫电路
一、电路
二、基本工作原理
1．CMOS反相器构成的多谐振荡器
由反相器组成的多谐振荡器多谐振荡器的波形
多谐振荡器-产生矩形波的自激振荡器。
由于矩形波包含丰富的高次谐波分量，故将通电后能自行产生矩形波脉冲的电路称作多谐振荡器。
本课题介绍由CMOS反相器和电阻、电容构成的一种多谐振荡器电路，其电路原理如图所示。
由于CMOS反相器G1在输入和输出端之间并接电阻R，又在G1的输入端和G2的输出端接有电容C，电容C的充放电和G1及G2的反相作用使得电路不能处于稳定状态，每当电容C的充电或放电使G1的输入电压过CMOS反相器的门限电平UVTh（即1/2VDD）时，U01和U02的状态在高低电平间翻转一次，于是产生一系列矩形波（波形如图2.3.2）。
矩形波的周期T与R、C的数值大小成正比。
T"1.4RC
该电路也可接成可控多谐振荡器。
当A点悬空时，电路为自由振荡；当A点接固定的高或低电平时，输出电压U02亦为高或低电平，电路停止振荡。
为了减少电容充放电过程中CMOS内部保护电路所承受的冲击电流，防止锁定效应，还经常在图2.3.1电路的G1输入端串接一个较大的电阻R1，如图所示。
R1的加入,使矩形波的周期有所增大：
当R1"R时,T"1.8RC
当R1>>R时,T"2.2RC
具有保护电阻的多谐振荡器
2．BP机呼叫原理
电路中，G5、G6构成音频多谐振荡器；G3、G4构成低频多谐振荡器，控制音频振荡间隔；G1、G2构成超低频多谐振荡器，控制呼叫间隔。
D1、R3和VD2、R6起隔离、控制作用，使音频振荡器受低频振荡器的控制，而低频振荡器又受超低频振荡器的控制。
当G1、G2构成的超低频多谐振荡器输出低电平时，VD1的箝位作用使G3输入为固定的低电平，低频多谐振荡器停振，B点为低电平，音频振荡器也停振，扬声器不发声；而超低频多谐振荡器输出高电平时，VD1截止，G3、G4构成的低频多谐振荡器产生振荡，而它又通过VD2控制着G5、G6构成的音频振荡器工作。
因此，C点输出一个调制的音频信号，使扬声器发出"蛐-蛐-"的声响。
各级多谐振荡器的输出波形为。
电路中三极管接成射极跟随器形式，防止音频振荡频率受负载影响。
三、要求
1.按分别组装音频、低频、超低频三个多谐振荡器，不连接R3、VD1和R6、VD2，用示波器观察三个振荡器的波形是否正常，并测量音频信号的周期，与估算值作比较。
2.待三个振荡器的波形正常后，连接R3、VD1和R6、VD2，及三极管和扬声器。
3.调节C3或R7，C2或R5，听声音有何变化，同时用示波器观察A、B、C点波形。
四、课堂作业
1.估算电路中音频振荡器的矩形波的周期。
2.分析BP机呼叫电路的工作原理，用示波器观察A、B、C各点的波形图。
3.如果二极管VD1、VD2分别反接或全部反接，电路发出的声音会有何变化？
为什么？
请在实验中试一试。
脉冲边沿检测电路
一、电路
二、基本工作原理
电路主要由两个JK触发器和由或非门组成的基本RS触发器组成。
两个JK触发器受相位相反的时钟脉冲控制，而且J、K与相连接，为0时，J=K=0，输出保持原状态；为1时，J=K=1，在时钟脉冲下降沿到来时，触发器的输出状态翻转。
从而控制基本RS触发器，使两只LED中有一只发光，表示时钟脉冲的方向是上升沿（或下降沿）。
具体的过程如下：
先按下复位开关SB，使JK触发器的两个输出端=1，或非门两个输出端皆为低电平，即A=0，B=0，两只LED截止。
松开开关S后，若没有时钟脉冲到来，则电路保持原状态。
若第一次跳变是上升沿时，IC1-a不触发，A=0，LED1暗；而IC1-b的输出翻转,2=0,使G2输出高电平，即B=1，LED2亮。
不管下一次输入脉冲如何转换，因IC1-b的J、K均为0，输出不会翻转，2=0，LED2继续亮。
因B点为高电平，所以无论1是什么状态，A点都为低电平，LED1不亮。
若输入的第一次跳变是下降沿，则过程相反，LED1亮，LED2暗。
三、要求
1
升级会员 