《电子技术基础》实验指导书.docx

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《电子技术基础》实验指导书

勘查专业适用

信息学院实验中心

2014年9月

第一部分《模拟电子技术》实验

实验一电子仪器使用及常用元件的识别与测试

、实验目的

1．掌握常用电子仪器的基本功能并学习其正确使用方法；

2．学习掌握用双踪示波器观察和测量波形的幅值、频率及相位的方法；

3．掌握常用元器件的识别与简单测试方法。

二、仪器设备

1．SA5051数字多用表1台

2．TPE-A3Ⅱ模拟电路实验箱1台

3．THD-4型数字电路实验箱1台

4．TPE-DG2电路分析实验箱1台

5．TFG6000系列函数信号发生器1台

6．DS1102E100MHz双通道数字示波器1台

7．YD2173F双路智能数字交流毫伏表1台

三、实验原理

在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、信号发生器、交流毫伏表、万用表等。

利用这些仪器可以对模拟电子电路的静态和动态工作情况进行测试。

实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则，对各仪器与被测实验装置之间进行合理的布局。

连线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的公共接地端应连接在一起，称为共地。

示波器、信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，直流电源的连接线用普通导线，万用表用专用的表笔线。

1．DS1102E100MHz双通道数字示波器

示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。

DS1102E型双综示波器可同时观测两组被测输入信号，并对其幅值、周期、频率及相位差进行测量。

使用时，可按下列操作进行。

（1）．将被测信号连接到信号输入通道。

（2）．按下AUTO按键。

示波器将自动设置垂直、水平和触发控制。

如需要，可手动调整

这些控制使波形显示达到最佳

（3）．调节探头比例输入探头衰减系数。

为了配合探头的衰减系数，需要在通道操作菜单中调整相应的探头衰减比例系数。

如探头衰减系数为10:

1，示波器输入通道的比例也应设置成10X，以避免显示的档位信息和测量的数据发生错误。

（4）．按Measure自动测量功能键，系统将显示自动测量操作菜单。

该系列示波器提供22种自动测量的波形参数，包括10种电压参数和12种时间参数：

峰峰值、最大值、最小值、顶端值、底端值、幅值、平均值、均方根值、过冲、预冲、频率、周期、上升时间、下降时间、正占空比、负占空比、延迟12、延迟12、相位12、相位12、正脉宽和负脉宽等。

2．TFG6000系列函数信号发生器

函数信号发生器可输出一定频率范围和一定电压大小的正弦波、三角波、方波等三十一种波形，输出的信号幅度需用交流毫伏表和示波器测量。

函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。

3．YD2173F双路智能数字交流毫伏表

交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，用来测量正弦交流信号电压的有效值。

4．SA5051数字多用表

万用表可用于测量交直流电压、电流，也可测量电阻、电容、频率、短路、二极管等。

直流电压测量，连接红色测试导线到INPUTHI端，黑色测试导线到LO端。

显示屏中如果“OVER”被点亮，说明测量电压超过当时的范围，按下【∧】键，选择更高量程，直到显示正常读数为止，或者按下【AUTO】键选择自动量程。

读取显示数据。

注意：

决不允许输入超过1000V的直流电压到输入端，否则仪器损坏。

短路功能是采用电阻功能中的2kΩ的电路测量的，本仪器默认临界电阻值为10Ω，并且不能改变。

当测量阻值小于默认值时，蜂鸣器发出声音。

二极管（稳压管）测量：

选择两线欧姆功能和1k量程，测试二极管的电阻。

在正向偏置时，对于硅二极管测量结果约为0.6-0.7kΩ，对于锗二极管约为0.25-0.3kΩ；当反偏时，显示过载。

稳压管测量，连接红色测试导线到INPUTHI端，黑色测试导线到LO端，按下【

】键，测量稳压管，并且按键灯被点亮，读取显示数据。

a）短路测量：

红笔接Input的HI端，黑笔接LO端。

按下【

】键，测量短路功能，并且按键灯被点亮。

四、实验内容

1．示波器的检查与校准信号的测量

熟悉示波器面板上各旋钮的名称及功能，掌握正确使用时各旋钮应处的位置。

接通电源，检查用示波器机内校准信号作为被测信号，用CH1或CH2通道显示此波形，读出其幅值及周期和频率，记入下表中。

参数

标准值

实测值

幅值Up-p（V）

周期T（ms）

1ms

频率f（KHz）

1KHz

2.测量两波形的相位差

按图1-1连接实验电路，将信号发生器的输出调至频率为1KHz，幅值为2V的正弦波，用示波器显示Ui及UR波形，经RC移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号Ui或UR，分别加到双踪示波器的Y1和Y2输入端，将测量数据填入下表中。

图1-1两波形间相位差测量电路

相位差

实测值

计算值

θ=

3．用示波器和交流毫伏表测量信号发生器输出信号的参数

调节信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为100Hz、1KHz、10KHz，峰值均为4V正弦波信号。

用示波器和毫伏表分别测量信号发生器输出电压的频率、峰峰值及有效值，记入下表。

信号源输出

电压及频率

（4V）

示波器测量值

毫伏表测量值

峰峰值（V）

周期（ms）

频率（Hz）

有效值（V）

100Hz

1KHz

10KHz

4．电阻、电容元件的识别和检查

根据附录I、Ⅱ，识别所给电阻、电容元件，并用万用表检查元件的好坏。

5．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。

我们常用的9011和9013系列的为NPN管，9012为PNP管。

五、实验思考题

1．如何操纵示波器有关旋钮，以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形？

2．信号发生器有哪几种输出波形？

它的输出端能否短接，如用屏蔽线作为输出引线，则屏蔽层一端应该接在什么位置？

3．交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压？

它的表头指示值是被测信号的什么数值？

它是否可以用来测量直流电压的大小？

实验二晶体管共射极放大电路

、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．SA5051数字多用表1台

2．TPE-A3Ⅱ模拟电路实验箱1台

3．TFG6000系列函数信号发生器1台

4．DS1102E100MHz双通道数字示波器1台

5．YD2173F双路智能数字交流毫伏表1台

、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。

四、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。

它的偏置电路采用Rp和Rb2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻Re，以稳定放大器的静态工作点。

我们测量静态工作点是为了确定静态工作点选的是否合理，若测出UCE<0.5V,则三极管已饱和，若测出UCE≈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。

当确定了合适的静态工作点，在放大器的输入端加入合适的输入信号Ui后，便可在放大器的输出端得到一个与Ui相位相反，幅值被放大了的输出信号Uo,从而实现电压的放大。

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

、实验内容

1．放大器静态工作点的测量与调试

按图2.1接线完毕后仔细检查，确定无误后接通电源，将输入端Vi对地短路，调整RP使UE=2.2V，用万用表的直流电压档测量UCE、UBE及Rb的值，注意：

测Rb时应断开电源，计算并填表2.1。

放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic（或UCE）的调整与测试。

如工作点偏高，放大器在加入交流信号后易产生饱和失真；如工作点偏低，放大器在加入交流信号后易产生截止失真。

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Uc和Ub，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。

表2.1

实测

实测计算

UBE（V）

UCE（V）

Rb（KΩ）

Ib（μΑ）

Ic（mΑ）

2．放大器动态指标测试

放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压和通频带等。

（1）电压放大倍数AV的测量

调整放大器到合适的静态工作点，加入电压US（即得到了Ui），在输出电压不失真的情况下，用示波器或交流毫伏表测出UO，则

Av=UO/Ui

实验时，将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，幅值为1V峰-峰值的正弦信号，接至放大电路的uS点，经过R1、R2衰减（100倍），ui点得到10mV的小信号，观察ui和uo端波形，并比较相位，测uo不失真时的输出电压值，填入表2.2。

表2.2

RC（KΩ）

RL（KΩ）

Uo（V）

5K1

∞

5K1

保持Ui=10mV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

Ui（mV）

Uo（V）

5K1

2K2

5K1

2K2

（2）测量最大不失真输出电压

置RC=5K1，RL=5K1，信号源频率不变，逐渐加大信号源输出电压幅度，观察并测量uo最大且不失真时的峰-峰值，并填表2.4。

表2.4

Uim（mV）

Uom（V）

（3）置RC=5K1，RL=5K1，改变电位器RP值，观察当RP合适、逐渐增大以及逐渐减小时uo波形的变化，测量三极管静态电压值，将失真波形及测量数据填入表2.5。

表2.5

UBE（V）

UCE（V）

三极管工作状态

输出波形

Rb合适

（正常放大）

逐渐增大Rb

逐渐减小Rb

（4）测放大电路输入电阻、输出电阻。

为了测量放大电路的输入电阻，按图2.2在被测放大器的输入端与信号端之间串入一已知电阻R1，去掉电阻R2，US与信号发生器输出端相连，调节信号发生器输出幅度，使Ui保持10mV，在放大器正常工作的情况下，读出信号发生器输出（即US值）并填表2.6，计算Ri。

图2.2输入电阻测量

测量输入电阻时，由于电阻R1两端没有公共接地点，所以测量R1两端电压UR1时，必须分别测出US和Ui，然后按UR1=US-Ui求出UR1值。

输出电阻测量，按图2.3电路，在放大器正常工作条件下，保持输入信号Ui=10mV在RL接入前后保持不变，测量带负载时的UL和空载时的Uo，即可计算出Ro。

，将上述测量值及计算结果填入表2.6中。

图2.3输出电阻测量

表2.6

测算输入电阻（设：

R1=5K1）

测算输出电阻

实测

测算

估算

实测

测算

估算

US（mV）

Ui（mV）

Ri（KΩ）

RL=∞

RL=

Ro（KΩ）

（5）放大器幅频特性的测量

放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数Av与输入信号频率f之间的关系曲线。

通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数Aum的1/

倍，即0.707Aum所对应的频率分别称为下限频率fl和上限频率fh，则通频带fBW=fh-fl。

在改变频率时，要保持输入信号的的幅度不变，且输出波形不得失真。

、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中，波形变化的原因及性质。

实验三多级放大电路中的负反馈（仿真）

、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。

实验四由集成运算放大器组成的文氏电桥振荡器（仿真）

、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；

3.进一步学习Multism2001软件的使用方法。

、实验仪器

．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4.1。

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4.1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。

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.按测量所得的数据，计算VO和V＋的比值。

2.按测量所得的数据，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。

实验五集成运算放大器

一、实验目的

1．熟悉集成运算放大器的特性；

2．掌握用集成运算放大电路设计加、减法运算电路；

3．掌握用集成运算放大电路设计积分、微分电路；

4．掌握比较电路的电路构成及特点；

5．学会上述电路的测试和分析方法。

二、仪器设备

1．SA5051数字多用表1台

2．TPE-A3Ⅱ模拟电路实验箱1台

3．TFG6000系列函数信号发生器1台

4．DS1102E100MHz双通道数字示波器1台

5．YD2173F双路智能数字交流毫伏表1台

三、实验原理

集成运算放大器是由多级基本放大电路组成的高增益直接耦合的放大器，具有开环增益（Au0）高，其增益可达80~140dB（104~107倍），输入电阻大（约几百千欧），输出电阻低（约几百欧）的特点。

接成线性运算电路时，要引入深负反馈，理想运放在线性运用时具有以下重要特性：

（1）理想运放的同相和反相输入端电流近似为零：

I+≈0；I-≈0

（2）理想运放在作线性放大时，两输入端电压近似为零：

U+≈U-

基于这两点分析电路的重要特性，利用运算放大器来构成比例放大，加、减、积分、微分、对数、乘除等模拟运算功能。

从外形上看，有圆筒形封装的和双列直插式两种，使用它时，首先根据型号查阅参数，了解其性能，学习根据管脚图和符号连接线路。

四、预习内容

1．复习运算放大器、基本运算电路有关内容

2．复习实验中所用仪器的使用方法

3．写预习报告，设计运算电路、实验步骤并估算实验结果

五、实验内容

本次实验所用实验装置为TPE—A3模拟电路实验箱的集成运放电路模块部分。

1.反相比例放大器

实验电路如图5.1所示

图5.1反相比例放大器

（1）按表5.1内容实验并测试记录。

表5.1

直流输入电压Vi（mV）

100

300

1000

3000

输出电压Vo

理论估算（mV）

实际值（mV）

（2）反相输入端加入频率为1kHz、幅值为200mV的正弦交流信号，用示波器观察输入、输出信号的波形及相位，并测出Vi、Vo的大小，记入表4.3。

（3）测量上限截止频率

信号发生器输出幅度保持不变，增大信号频率，当输出Vo幅度下降至原来的0.707倍时，记录信号发生器输出信号的频率，此频率即为上限截止频率，记入表5.2。

表5.2

交流输入电压

Vi（mV）

输出电压Vo

输入、输出波形及相位

上限截止频率

200mV

频率1kHz

2．设计一反向加法电路，使之满足U0=-（2Ui1+5Ui2）（注意平衡电阻的选择）

1）输入信号Ui1=1V，Ui2=1V观测输出是否满足要求？

观察“虚短”现象是否成立？

为什么？

2）输入信号Ui1=3V，Ui2=5V观测输出是否满足要求？

观察“虚短”现象是否成立？

为什么？

3．设计减法电路，使之满足关系式U0=5.5Ui2-10Ui1，输入信号Ui1=1V，Ui2=1V观测输出是否满足要求？

Ui1=2V，Ui2=1V呢？

4．设计反向积分电路，积分时间常数为RC=2ms

1）输入信号为方波，频率为1KHz，幅度UP—P=6V，观测输出信号的幅度与理论值相比较。

2）改变积分常数增大或减小，观测输出信号幅度的变化及失真情况，进一步掌握积分时间常数RC对输出的影响。

5．电压比较器

1）过零比较器

按图5—2接好电路，当输入电压

时（可选f=1KHz）画出输入及输出

、

的波形。

图5—2过零比较器

2）电压比较器

按图5—3接好电路，已知参考电压

=1V，测量当输入电压

>1V时；

=（V），并画出传输特性图；测量当输入电压

<1V时；

=（V），并画出传输特性图；测量当输入电压

时，画出

、

的波形。

图5—3电压比较器

六、实验报告

1．整理实验数据及波形图，并分析实验数据得出结论。

2．思考：

（1）比较电路是否要调零？

原因何在？

（2）比较电路两个输入端电阻是否要求对称？

为什么？

（3）在本次实验中哪里体现了运算放大的虚短、虚地现象，你是如何验证的？

第二部分《数字电子技术》实验

实验一组合逻辑电路

一、实验目的：

1.掌握组合逻辑电路的分析与设计方法；

2．掌握中规模集成电路译码器与数据选择器的应用。

二、仪器设备

1．SA5051数字多用表1台

2．THD-4型数字电路实验箱1台

3．TFG6000系列函数信号发生器1台

4．DS1102E100MHz双通道数字示波器1台

二、实验内容：

1．设计三变量表决电路：

（1）用与非门实现（74LS00）

列出真值表，求出简化表达式，画出与非逻辑电路图，自拟实验方案测试。

（2）用译码器（74LS138）及与非门（74LS20）实现

在图1-1中完成实现三变量表决器的实验电路的设计，自拟实验方案。

（3）用数据选择器（74LS153）实现

74LS153是双4选1数据选择器（见图1-2），有使能输入端。

自拟实验方案。

2．用异或门74LS86及与非门74LS00实现全加器电路（见图1-3），并列出真值表。

三．实验报告：

整理实验结果并进行分析，说明组合电路的特点和分析、设计方法。

实验二触发器

一、实验目的：

1．掌握常用触发器的逻辑功能及其测试方法；

2．研究时钟脉冲的触发作用。

二、仪器设备

1．SA5051数字多用表1台

2．THD-4型数字电路实验箱1台

3．TFG6000系列函数信号发生器1台

4．DS1102E100MHz双通道数字示波器1台

二、实验内容：

1．基本R-S触发器功能测试

用与非门74LS00构成基本R-S触发器，如图2-1所示，改变输入端状态，测试并将测试结果填入表2-1中。

注意,当S、R都接低电平时，观察Q、

端的状态。

当S、R同时由低电平跳为高电平时注意观察Q、

端的状态。

重复几次看Q、

端的状态是否相同，以正确理解“不定”状态的含义。

2．J-K触发器逻辑功能测试：

（1）测试异步复位端Rd和异步置位端Sd的功能。

　　将J，K，Rd，Sd端分别接0-1开关，CP接单脉冲源，Q端接0-1显示，见图2-2。

按表2-2要求，在Rd或Sd作用期间改变J，K和CP的状态，测试并记录Rd和Sd对输出状态的控制作用。

（2）J-K触发器逻辑功能测试：

改变J，K状态，测试其逻辑功能并记录于表2-3中。

（说明：

用Rd和Sd端对触发器进行异步复位或置位以设置现态Qn，写出相应的Qn+1）

表2-3

QnQn+1

↑

↓

↑

↓

↑

↓

↑

↓

（3）

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