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模电实验答案

实验一、常用电子仪器的使用

一、实验目的

1、学习电子技术实验中常用电子仪器的主要技术指标、性能和正确使用方法。

2、初步掌握用示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。

电路实验箱的结构、基本功能和使用方法。

二、实验原理

在模拟电子电路实验中，要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以接线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局。

接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的公共接地端应连接在一起，称共地。

1.信号发生器

信号发生器可以根据需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。

输出信号电压频率可以通过频率分挡开关、频率粗调和细调旋钮进行调节。

输出信号电压幅度可由输出幅度调节旋钮进行连续调节。

操作要领：

1）按下电源开关。

2）根据需要选定一个波形输出开关按下。

3）根据所需频率，选择频率范围（选定一个频率分挡开关按下）、分别调节频率粗调和细调旋钮，在频率显示屏上显示所需频率即可。

4）调节幅度调节旋钮，用交流毫伏表测出所需信号电压值。

注意：

信号发生器的输出端不允许短路。

1.交流毫伏表

交流毫伏表只能在其工作频率范围内，用来测量300伏以下正弦交流电压的有效值。

操作要领：

1.为了防止过载损坏仪表，在开机前和测量前（即在输入端开路情况下）应先将量程开关置于较大量程处，待输入端接入电路开始测量时，再逐档减小量程到适当位置。

1.读数：

当量程开关旋到左边首位数为“1”的任一挡位时，应读取0～10标度尺上的示数。

当量程开关旋到左边首位数为“3”的任一挡位时，应读取0～3标度尺上的示数。

3）仪表使用完后，先将量程开关置于较大量程位置后，才能拆线或关机。

3．双踪示波器

示波器是用来观察和测量信号的波形及参数的设备。

双踪示波器可以同时对两个输入信号进行观测和比较。

操作要领：

1.时基线位置的调节开机数秒钟后，适当调节垂直（↑↓）和水平（←→）位移旋钮，将时基线移至适当的位置。

1.清晰度的调节适当调节亮度和聚焦旋钮，使时基线越细越好（亮度不能太亮，一般能看清楚即可）。

1.示波器的显示方式示波器主要有单踪和双踪两种显示方式，属单踪显示的有“Y1”、“Y2”、“Y1+Y2”，作单踪显示时，可选择“Y1”或“Y2”其中一个按钮按下。

属双踪显示的有“交替”和“断续”，作双踪显示时，为了在一次扫描过程中同时显示两个波形，采用“交替”显示方式，当被观察信号频率很低时（几十赫兹以下），可采用“断续”显示方式。

1.波形的稳定为了显示稳定的波形，应注意示波器面板上控制按钮的位置：

a）“扫描速率”（t/div）开关------根据被观察信号的周期而定（一般信号频率低时，开关应向左旋。

反之向右旋）。

b）“触发源选择”开关------选内触发。

c）“内触发源选择”开关------应根据示波器的显示方式来定，当显示方式为单踪时，应选择相应通道（如使用Y1通道应选择Y1内触发源）的内触发源开关按下。

当显示方式为双踪时，可适当选择三个内触发源中的一个开关按下。

d）“触发方式”开关------常置于“自动”位置。

当波形稳定情况较差时，再置于“高频”或“常态”位置，此时必须要调节电平旋钮来稳定波形。

5）在测量波形的幅值和周期时，应分别将Y轴灵敏度“微调”旋钮和扫描速率“微调”旋钮置于“校准”位置（顺时针旋到底）。

三、实验设备

1、信号发生器 2、双踪示波器 3、交流毫伏表 4、万用表

四、实验内容

1．示波器内的校准信号

用机内校准信号（方波：

f=1KHz VP—P=1V）对示波器进行自检。

1.输入并调出校准信号波形

①校准信号输出端通过专用电缆与Y1（或Y2）输入通道接通，根据实验原理中有关示波器的描述，正确设置和调节示波器各控制按钮、有关旋钮，将校准信号波形显示在荧光屏上。

②分别将触发方式开关置“高频”和“常态”位置，然后调节电平旋钮，使波形稳定。

1.校准“校准信号”幅度

将Y轴灵敏度“微调”旋钮置“校准”位置（即顺时针旋到底），Y轴灵敏度开关置适当位置，读取信号幅度，记入表1—1中。

表1—1

标准值

实测值

幅度

0.5VP—P

频率

1KHz

3）校准“校准信号”频率

将扫速“微调”旋钮置“校准”位置，扫速开关置适当位置，读取校准信号周期，记入表1—1中。

1.示波器和毫伏表测量信号参数

令信号发生器输出频率分别为500Hz、1KHz、5KHz，10KHz，有效值均为1V（交流毫伏表测量值）的正弦波信号。

调节示波器扫速开关和Y轴灵敏度开关，测量信号源输出电压周期及峰峰值，计算信号频率及有效值，记入表1—2中。

表1—2

信号电压值

信号频率值

示波器测量值

周期（ms）

频率（Hz）

峰峰值（VP—P）

有效值（V）

500Hz

0.5×4

500

0.5×5.8

1.03

1KHz

0.2×5

1000

0.5×5.8

1.03

5KHz

0.05×4

5000

0.5×5.8

1.03

10KHz

0.02×5

10000

0.5×5.8

1.03

3．交流电压、直流电压及电阻的测量

1.打开模拟电路实验箱的箱盖，熟悉实验箱的结构、功能和使用方法。

1.将万用表水平放置，使用前应检查指针是否在标尺的起点上，如果偏移了，可调节“机械调零”，使它回到标尺的起点上。

测量时注意量程选择应尽可能接近于被测之量，但不能小于被测之量。

测电阻时每换一次量程，必须要重新电气调零。

1.用交流电压档测量实验箱上的交流电源电压6V、10V、14V；用直流电压档测量实验箱上的直流电源电压±5V、±12V；用电阻档测量实验箱上的10Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ电阻器，将测量结果记入自拟表格中。

交流电压（V）

直流电压（V）

电阻（Ω）

标称值

＋12

－12

＋5

－5

10K

实测值

测量仪表

万用表

万用表V

万用表Ω

档位

（量程）

10V

50V

10V

×1

×100

×1K

刻度线

序号

五、实验报告

1.画出各仪器的接线图。

答：

各仪器的接线图如下：

或

1.列表整理实验数据，并进行分析总结。

表1—1的实验数据与标准值完全相同，表1—2的实验数据中与示波器测得的有效值（1.03V）与毫伏表的数据（1V）略有出入（相对误差3%）。

产生误差的原因可能是：

（1）视觉误差

（2）仪表误差

3．问答题：

1）某实验需要一个f=1KHz、ui=10mv的正弦波信号，请写出操作步骤。

答：

操作步骤：

①将信号发生器和交流毫伏表的黑夹子与黑夹子相接，红夹子与红夹子相接。

在开机前先将交流毫伏表量程开关置于较大量程处，待接通电源开关开始测量时，再逐档减小量程到适当位置。

②按下信号发生器的正弦波形输出开关，选择频率范围1K开关按下，然后分别调节频率粗调和细调旋钮，在频率显示屏上显示1KHz即可。

③调节幅度调节旋钮，用交流毫伏表测出所需信号电压值。

交流毫伏表量程选择“30mV”档，读数从“0~3”标尺上读取。

2）为了仪器设备的安全，在使用信号发生器和交流毫伏表时，应该注意什么？

答：

①在使用信号发生器时，应该注意信号发生器的输出端不允许短路。

②在使用交流毫伏表时，为了防止过载损坏仪表，在开机前和输入端开路情况下,应先将量程开关置于较大量程处，待输入端接入电路开始测量时，再逐档减小量程到适当位置。

3）要稳定不同输入通道的波形时，应如何设置内触发源选择开关？

答：

要稳定不同输入通道的波形时，可按下表设置内触发源选择开关？

显示方式

单踪显示

　　双踪显示

垂直方式开关

Y1+Y2

交替

断续

内触发源开关选择

Y1或Y1/Y2

Y2或Y1/Y2

Y1或Y2

面板上其余按钮在释放（弹出）位置

4）一次实验中，有位同学用一台正常的示波器去观察一个电子电路的输出波形，当他把线路及电源都接通后，在示波器屏幕上没有波形显示，请问可能是什么原因，应该如何操作才能调出波形来？

答：

可能原因

解决方法

1、线路方面存在故障

排除故障

2、示波器使用不当

　①亮度太弱

顺时针调节辉度旋钮使亮度增加

　②位移旋钮位置不当

调节垂直（↑↓）位移和水平（←→）位移旋钮

③Y轴灵敏度位置不当

根据被测信号的幅度，适当调整Y轴灵敏度位置

④扫描速率开关位置不当

根据被测信号的频率，适当调整扫描速率开关位置

⑤耦合方式在接地位置

耦合方式选择DC

⑥显示方式与输入通道不符

重新设置

⑦接线不当或接触不良

重新接线或使之接触良好

实验二晶体管共射极单管放大器

一、实验目的

1.学会放大器静态工作点的调式方法和测量方法。

1.掌握放大器电压放大倍数的测试方法及放大器参数对放大倍数的影响。

1.熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

二、实验原理

图2—1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。

偏置电阻RB1、RB2组成分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。

当在放大器的输入端加入输入信号后，在放大器的输出端便可得到一个与输入信号相位相反、幅值被放大了的输出信号，从而实现了电压放大。

三、实验设备

1.信号发生器

1.双踪示波器

1.交流毫伏表

1.模拟电路实验箱

1.万用表

四、实验内容

1．测量静态工作点

实验电路如图2—1所示，它的静态工作点估算方法为：

UB≈

图2—1 共射极单管放大器实验电路图

IE＝≈Ic

UCE=UCC－IC（RC＋RE）

实验中测量放大器的静态工作点，应在输入信号为零的情况下进行。

1.没通电前，将放大器输入端与地端短接，接好电源线（注意12V电源位置）。

1.检查接线无误后，接通电源。

1.用万用表的直流10V挡测量UE=2V左右，如果偏差太大可调节静态工作点（电位器RP）。

然后测量UB、UC，记入表2—1中。

表2—1

测量值

计算值

UB（V）

UE（V）

UC（V）

RB2（KΩ）

UBE（V）

UCE（V）

IC（mA）

2.6

7.2

0.6

5.2

1.关掉电源，断开开关S，用万用表的欧姆挡（1×1K）测量RB2。

将所有测量结果记入表2—1中。

1.根据实验结果可用：

IC≈IE＝或IC＝

UBE＝UB－UE

UCE＝UC－UE

计算出放大器的静态工作点。

2．测量电压放大倍数

各仪器与放大器之间的连接图

关掉电源，各电子仪器可按上图连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起后接在公共接地端上。

1）检查线路无误后，接通电源。

从信号发生器输出一个频率为1KHz、幅值为10mv（用毫伏表测量ui）的正弦信号加入到放大器输入端。

2）用示波器观察放大器输出电压的波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下表中三种情况下的输出电压值，记入表中。

表2—2

RC（K）

RL（K）

uo（V）

2．4

∞

1.5

150

1．2

∞

0.75

2．4

0.75

3）用双踪示波器观察输入和输出波形的相位关系，并描绘它们的波形。

*4．测量输入电阻和输出电阻

根据定义：

输入电阻

输出电阻

表2—3

（mv）

Ri（KΩ）

（V）

RO（KΩ）

测量值

计算值

测量值

计算值

100

1.1

0.75

1.5

2.4

置RC=2.4KΩ，RL=2.4KΩ，IC=2.0mA，输入f=1KHz，ui=10mV的正弦信号，在输出电压波形不是真的情况下，用交流毫伏表测出uS、ui和uL记入表2—3中。

断开负载电阻RL，保持uS不变，测量输出电压u0，记入表2—3中。

五、实验报告

1.列表整理实验结果，把实测的静态工作点与理论值进行比较、分析。

答：

静态工作点

UBE（V）

UCE（V）

IC（mA）

实测值

0.6

5.2

理论值

0.7

5.2

实测的静态工作点与理论值基本一致，实测UBE＝UB－UE＝0.6V，而理论为0.7V，产生误差的原因可能是UB、UE的值接近，这种接近的两个量相减的间接测量，则合成相对误差就比较大了。

2．分析静态工作点对放大器性能的影响。

答：

静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。

如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时u。

的负半周将被削底；

如工作点偏低则易产生截止，即u。

的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。

这些情况都不符合不失真放大的要求。

所以在选定工作点以后还必须进行动态测试，即在放大器的输入端加入一定的ui，以检查输出电压u。

的大小和波形是否满足要求。

如不满足，则应调节静态工作点的位置。

3．怎样测量RB2阻值？

答：

测量在线电阻时，要确认被测电路没有并联支路并且被测电路所有电源已关断及所有电容已完全放电时，才可进行；因此本实验测量RB2时要将开关K断开。

测量前先将开关转到电阻X1K档，然后把红、黑表笔短路，调整“0Ω”调整器，使指针指在0Ω位置上（万用表测量电阻时不同倍率档的零点不同，每换一档都应重新进行一次调零。

），再把红、黑表笔分开去测被测电阻的两端，即可测出被测电阻RB2的阻值。

4．总结放大器的参数对电压放大倍数的影响及输入输出波形的相位如何。

答：

由表2—2的实验结果可知：

在静态工作点相同情况下

①RL越大，AV越大；RL越小，AV越小；

②RC越大，AV越大；RC越小，AV越小；AV与RL//RC成正比。

实验满足公式。

③输入ui与输出uo的波形相位相反。

实验五　　组合逻辑电路的设计

一、实验目的

学习组合逻辑电路的设计与测试方法。

二、实验用仪器、仪表

数字电路实验箱、万用表、74LS00

三、设计任务

设计一个四人无弃权表决电路（多数赞成则提案通过），本设计要求采用4-2输入与非门实现。

设计步骤：

（1）根据题意列出真值表如表1所示，再填入卡诺表2中。

表1

　　表2

（2）由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式

①　Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD（8个与非门）

＝AB（C＋D）＋CD（A＋B）或BD（A＋C）＋AC（B＋D）

＝AB（BC＋AD）＋CD（BC＋AD）或BD（AD＋BC）＋AC（BC＋AD）

＝（BC＋AD）（AB＋CD）或（BC＋AD）（AC＋BD）

＝或

② Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD（8个与非门）

＝AB（C＋D）＋CD（A＋B）＝AB（AC＋BD）＋CD（AC＋BD）

＝（AC＋BD）（AB＋CD）＝

③　Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD（8个与非门）

＝A（BC＋BD）＋C（AD＋BD）＝

或＝A（BC＋CD）＋B（CD＋AD）＝

或＝A（BC＋CD）＋D（AC＋AD）＝

　或＝B（AC＋AD）＋D（AC＋BC）＝

④　Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD（13个与非门）

＝AB（C＋D）＋CD（A＋B）

＝

实验六　用中规模组合逻辑器件设计组合逻辑电路

一、实验目的

1．学习中规模集成数据选择器的逻辑功能和使用方法。

2．学习使用中规模集成芯片实现多功能组合逻辑电路的方法。

二、设计任务

用数据选择器74LS151或3/8线译码器设计一个多功能组合逻辑电路。

该电路具有两个控制端C1C0，控制着电路的功能，当C1C0＝00时，电路实现对输入的两个信号的或的功能；当C1C0＝01时，电路实现对输入的两个信号的与的功能；当C1C0＝10时，电路实现对输入的两个信号的异或的功能；当C1C0＝11时，电路实现对输入的两个信号的同或的功能。

三、设计过程

（1）根据题意列出真值表如下所示，再填入卡诺图中。

（2）、建立Y（C1、C0、A、B）的卡诺图及降维图，如图所示。

C1C0

　　F函数降维图（图中变量C1C0A换成C1C0B结果不变）

（3）、减少Y函数的输入变量，将4变量减为3变量，通过降维来实现。

如上图所示。

这时，数据选择器的输入端D0~D7分别为：

D0=B, D1=1, D2=0, D3=B, D4=B, D5=, D6=, D7=B

（4）、F函数逻辑图如下图所示

四、实验用仪器、仪表

数字电路实验箱、万用表、74LS151、74LS00。

五、实验步骤

1.检查导线及器件好坏。

1.按上图连接电路。

C1、C0、A、B分别接逻辑开关，检查无误后接通电源。

1.按真值表逐项进行测试并检查是否正确，如有故障设法排除。

1.结果无误后记录数据后拆线并整理实验设备。

实验数据如下：

实验证明，实验数据与设计值完全一致。

设计正确。

六、设计和实验过程的收获与体会。

1、设计过程的收获与体会：

①设计前要将真值表列出。

②用低维数据选择器实现高维逻辑函数时，首先要降维，将多出的变量作为记图变量。

当需要降维处理时，将谁作为记图变量是任意的，但结果是不同的。

因此要进行降维时，要确定哪几个变量作为数据选择器的地址输入变量。

③可用ElectronicsWorkbench进行仿真。

以验证设计正确与否。

2、实验过程的收获与体会：

①74LS151的第七脚必须接低电平；

②出现故障时，首先检查地址输入端的电平，看其状态是否与相接的逻辑电平开关相同。

如不相符，则可能存在断路现象。

如相同，则检查其输出是否与相应数据端输入相同，如相同，可能存在设计错误，如不同，则可能器件已损坏。

③实验逻辑电路图最好把集成块的引脚标上，以便接线和检查。

1.用数据选择器74LS151或3/8线译码器设计一个多功能组合逻辑电路。

设A2=C1 A1=C0 A0=A ⊙

用138器件：

Y=（A+B）+C0（AB）+C1（AB）+C1C0（AB）

设D=C1 C=C0 B=A A=A

（C1=

（1）=

（1）=S1

（2）

（实验用74LS138一块、74LS20一块、74LS00一块）

1.用3—8译码器74LS138设计一个三位二进制码与循环码的可逆转换电路。

K为控制变量。

（1）根据题意列出真值表如下所示：

输入

输出

　　（实验用74LS138一块、74LS20二块、74LS00一块　　共四块）　或

（实验用74LS138一块、74LS20一块、74LS00二块　　共四块）

1.用3—8译码器74LS138设计一个二进制全加/全减两用电路。

K为控制变量。

（1）根据题意列出真值表如下所示：

Cn-1

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