电子技术实验指导书11学年下汇编.docx
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电子技术实验指导书11学年下汇编
成绩
电子技术
实验指导书及报告
系别
专业
班级
学号
姓名
指导老师
上海建桥学院电子工程系
2011~2012学年第二学期
目录
实验1常用电子仪器的使用1
实验2单级晶体管共射放大电路调整与测试11
实验3集成运算放大器在信号运算方面的应用17
实验4 逻辑门电路应用22
实验5 触发器功能测试及时序逻辑电路27
实验1常用电子仪器的使用
一、实验目的
1．熟悉示波器、函数信号发生器、交流毫伏表的性能及正确使用。
2．掌握用示波器、信号发生器、毫伏表对电路进行测试。
二、实验仪器介绍
1．XJ4318型双踪示波器
XJ4318型双踪示波器主要用于显示电压随时间变化的瞬时波形，它具有两个独立的Y通道（CH1、CH2），故可同时测量两个的输入信号。
D
C
B
A
图1-1XJ4318型双踪示波器面板示意图
（A）示波器波形显示屏
显示屏上带有内刻度坐标线，用于标示波形的周期和幅度。
其中垂直方向是电压信号的瞬时值，水平方向是线性变化的时间轴。
对应时间变化的偏转电压就称为扫描电压。
（B）主控件和自校信号
（1）电源按钮自锁开关：
若按下，接通电源，电源指示灯亮。
（2）校正信号输出：
用于输出峰-峰值为0.5Vp-p，频率为1KHz内部校准方波信号。
（3）辉度调节、标尺亮度调节和聚焦调节：
用于调节光迹的亮度、清晰度和背景的亮度。
（C）显示波形控制按钮区
（1）显示波形水平控制
①水平位移调节
面板C区右部上方的“位移”旋钮可以调节荧光屏光迹的水平起点位置，顺时针方向旋动时光迹右移，逆时针方向旋动光迹左移。
②扫描信号触发方式选择
“位移”旋钮下方是4个水平排列的互锁按键，用以设置“自动”、“触发”、“TV-V”、“TV-H”四种扫描方式。
当选择“自动”扫描方式时，示波器无条件产生周期性扫描电压，即使没有输入信号或者触发条件不满足，荧光屏仍然显示光迹。
而其它三种扫描方式在触发条件不满足时，荧光屏上没有显示光迹。
③扫描速度选择
为使荧光屏上显示稳定信号轨迹，扫描信号周期必须与被测输入信号周期成整数倍关系。
扫描时间调节旋钮“t/div”由两个同轴旋钮组成。
外钮从0.2μS/div到0.2S/div分为19档，表示荧光屏中水平方向一大格（div）的时间值。
内钮起微调作用，当对信号时间值进行定量测试时，内钮必须顺时针旋到底，处于校准位置。
当微调内钮拉出时，扫描速度可扩展10倍。
被测信号时间值=t/div×水平距离的大格数÷时间扩展倍数
扫描速度外钮的顺时针到底一档是“X-Y”，表示荧光屏显示光迹的水平移动规律受从CH1输入的信号控制（即CH1通道改为水平X通道），使CH2与CH1通道输入的信号函数关系的曲线显示在平面直角坐标上，一般用于显示电子器件或电路输入、输出电压的传输特性。
（2）显示波形垂直控制
双踪示波器可以同时观察CH1、CH2两个通道输入的信号，所以面板上有两套相同的控制光迹垂直移动的部件，位于面板中部框内。
面板中部框的下方是两路信号输入的探头插座。
探头接输入信号时，探针（或红色夹子）接被测信号、黑色夹子接参考地。
两个探头的夹子在示波器内部短接，所以在观察同一电路的信号时，只需一个黑色夹子接地。
①垂直位移调节
C区上方的两个Y轴“位移”旋钮分别调节两路信号的零位在荧光屏上的参考刻度位置。
Y轴“位移”顺时针方向旋动时光迹上移，逆时针方向旋动光迹下移。
②显示方式选择
“位移”和“V/div”之间有5个水平排列的按键开关。
左边4个互锁，用作垂直显示方式选择。
CH1：
用于显示CH1通道的信号波形轨迹。
交替：
用于同时观察两路输入信号。
显示方式是将一路信号波形显示完一屏后切换显示另一输入信号，适合于观察频率较高的两路不相关信号。
断续：
用于同时观察两路输入信号。
显示方式是以约2uS的周期切换两路输入信号，适合于观察频率不是很高的相关信号。
CH2：
用于显示CH2通道的信号波形轨迹。
CH2通道极性选择按键：
CH2波形反相输出。
若CH1、CH2、交替、断续4个按键都不按，则选择的是“CH1±CH2”方式，荧光屏上显示的是两个通道输入信号瞬时值叠加的波形。
③电压幅值灵敏度V/div选择
C区中间位置是两组Y轴信号偏转灵敏度“V/div”调节旋钮，各由两个同轴旋钮组成，外钮从5mV/div到5V/div分为十档，表示荧光屏中垂直方向一大格（div）的信号幅度单位值。
旋钮内钮可以微调波形显示幅度的大小。
当微调内钮拉出时，灵敏度可扩展5倍。
当对信号进行定量测试时，内钮必须顺时针旋到底，处于校准位置。
被测信号的幅值=V/div×垂直距离的大格数×探头的衰减倍数
④输入信号耦合方式选择
按键按入时选择直流耦合方式（DC）；按键弹出时为交流耦合方式选择（AC）。
交流耦合方式AC：
只显示被测信号的变化量，信号中的直流平均分量被滤去，
直流耦合方式DC：
完整显示信号，可以观察信号的实时波形。
输入耦合方式按键组的左方GND键按入时，示波器内部放大器的输入端接参考地，Y插座的输入信号被断开。
（D）显示波形稳定性控制区（扫描信号触发控制）
要使被测信号波形稳定显示，必须正确选择扫描信号的触发方式、触发源和触发电平。
（1）扫描信号触发电平调节
面板右部上方的“电平”调节旋钮，是用来选择被测信号轨迹起点的电平值。
可用于稳定输出波形
（2）扫描信号触发极性选择
“极性”自锁按键用于选择被测信号显示轨迹起点方向，“+”表示触发源信号瞬时值上升达到触发电平时产生扫描信号；“-”表示触发源信号瞬时值下降达到触发电平时产生扫描信号。
（3）扫描信号触发源选择
“触发源选择”框中，3档拨动开关从上至下依次为“内”、“电源”、“外”。
一般情况下选择“内”触发方式。
“内”：
表示以Y输入的被测信号为扫描信号产生的触发源。
“电源”：
指以仪器所接的交流电源为触发源。
“外”：
表示触发信号源从右下方的插座接入。
面板右部上方的3档拨动开关是进一步选择“内部触发源”的具体对象，从上至下依次为“CH1”、“CH2”、“VERT”。
其中“CH1”、“CH2”分别以相应通道的输入信号为触发源，而“VERT”还要参照垂直方式的选择，参照选择关系如表1-1所示。
表1-1
垂直模式
CH1
CH2
交替
断续
CH1±CH2
触发源
CH1
CH2
CH1、CH2轮流
CH1
CH1
2．AS2294型2通道交流毫伏表
交流毫伏表的功能是测量正弦交流电压的有效值，输入阻抗一般很高。
AS2294型交流毫伏表的被测信号的频率范围为5Hz～1MHz，电压量程范围为1mV～300V，分为12档，输入电阻约为2MΩ，输入电容小于40pF（不包括测试线），图1-2是其面板示意图。
AS2294型交流毫伏表可以同时测量两路输入信号，从面板下方左、右两个插座输入。
仪器表头刻度板有两根不同颜色的指针，分别指示两个通道的输入信号的电压有效值，黑色表针指示的是左通道信号、红色表针指示的是右通道信号。
图1-2
（1）开机前的准备
按下面板下方的电源自锁开关，通电指示灯亮。
在接通电源的数秒钟内表针会有晃动，若将测试探头的两个夹子短接，数秒钟后表针应回到零位。
（2）信号连接
由于交流毫伏表的输入阻抗很高，当探头的两个接线夹开路时，外界的感应电压就足以使表头指针发生大范围偏转。
所以，接过程中要注意以下几点：
①当测量探头的两个接线夹开路前，先将毫伏表量程范围设置在10V以上，并尽量避免手指接触红（或灰）色夹子的金属部分。
②测量探头与输入插座外套连接的线夹（通常为黑色）必须连接被测电路的参考地（公共端）。
将探头接入被测电路时，必须先接通公共端再接通信号端的接线夹；而拆离探头时必须先断开信号端再断开公共端的接线夹。
（3）测试数据读取
表盘刻度分为上下两组，每组两条。
上组的刻度指示的是正弦信号的有效值。
下层的2条为dB（分贝）刻度。
dB对应的0dB电压为1V，dBm对应的0dB电压为
V。
数据读取时要注意被测信号的输入通道（确定表头指针）和量程选择。
当量程范围选择为1×10nV时，测量数据按最上层刻度线读取，并乘以倍率；当电压量程选择为3×10nV时，测量数据按第二层刻度线读取，再乘以倍率。
读数时，应正确选择量程使表针偏转范围在1/3～2/3刻度间（<300μV除外）。
3．XJ1631函数信号发生器
XJ1631能提供0.1Hz～2MHz、占空比（对称度）可以调节的正弦波、方波、三角波和TTL逻辑信号，前三种信号的幅度、直流偏置也可以调节。
（1）电源开关和信号输出
面板左下方5个旋钮最右边的是电源开关（POWER），顺时针旋转接通电源，数码管亮，逆时针旋转到底电源关闭。
面板下方4个插座中最右边输出的是函数信号，最左边插座输出的是数字电路实验所需的TTL方波脉冲信号：
高电平约3.6V~4V、低电平0V~0.3V。
（2）频率选择
面板的正上方有相连的8个琴键式自锁按键，左边7个是以10倍率变化的输出信号频率范围（1Hz～1MHz），输出信号的频率具体值可以通过面板左下方两个旋钮可分别调整，“MAIN”是频率粗调旋钮、FINE是频率细调旋钮。
（3）函数信号的幅度调节
XJ1631的电源开关同时兼有函数信号的幅度（AMPLITUDE）调节功能，可以通过调节函数信号的幅度旋钮调节输出幅值的大小，调节顺时针旋转时输出信号幅值增加，顺时针旋转时幅值减小，幅值变化的范围在10倍以上。
此外，函数信号的幅度调节还可通过按下衰减键的方式调节。
两个信号幅值衰减按键（ATT）位于面板的最右边，衰减倍数分别是20dB（幅值减小10倍）40dB和（幅值减小100倍），当这两个按键同时按下时，信号衰减倍数为60dB（幅值减小1000倍）。
三、实验内容和步骤
1．示波器扫描信号调节
（1）打开示波器电源，将示波器的两个输入耦合方式设置为“GND”。
垂直显示方式选择为“交替”。
触发方式为“自动”，触发源为“内”、“VERT”。
调节两个垂直“位移”旋钮，使示波器荧光屏上显示两条扫描信号光迹。
分别旋转水平“位移”、“辉度”、“标尺亮度”和“聚焦”旋钮，了解各旋钮的功能。
（2）改变扫描速度旋钮，观察扫描线的显示现象。
然后选择垂直显示方式为“断续”、再改变扫描速度旋钮，观察扫描线的显示现象。
（3）选择垂直显示方式分别为CH1和CH2，观察扫描线的显示现象，示波器显示轨迹有几条？
2．校正信号测量
（1）调节显示光迹的零位
调节示波器的两个垂直“位移”旋钮，使两条扫描信号光迹重合在荧光屏的垂直方向的中间刻度线上。
（2）接入校正信号
将CH2通道探头的红色夹子连接到示波器的自校信号输出端（黑色夹子可以悬空，因为自校信号与探头的参考地在内部连通）。
（3）测量信号幅度和周期
选择垂直显示方式为“CH2”，并将CH2通道的输入耦合方式改为“DC”，“GND”键弹出。
调节扫描速度旋钮t/div使波形显示为1~2个周期；调节CH2的垂直灵敏度旋钮V/div使波形垂直显示占2~3大格。
微调“电平”旋钮使显示波形稳定。
记录并计算：
扫描速度选择t/div，一个波形周期占大格，校正信号频率为Hz。
垂直灵敏度选择V/div，波形幅度占大格，校正信号幅值为V。
（4）观察输入耦合方式对波形显示的影响
在图1-4的坐标中画出校正信号波形，标出信号幅值和时间值。
然后将CH2的输入耦合方式改为“AC”，观察信号波形有什么变化，记录在图1-5中。
注意示波器荧光屏中间刻度是信号零位，即图1-4、图1-5中的横坐标。
图1-4自校正信号波形（DC耦合方式）图1-5自校正信号波形（AC耦合方式）
3．正弦函数信号的调节、交流毫伏表的使用
（1）接通函数发生器电源，将直流偏置、占空比旋钮都置于校正位置，幅度衰减按键都弹出。
选择输出信号波形“正弦”、频率调节为1.5kHz。
（2）将交流毫伏表的一个输入探头与函数发生器的输出探头连接，注意接地端和信号端不要接错。
接通交流毫伏表的电源开关。
（3）根据所用输入通道，逆时针旋转交流毫伏表相应的量程旋钮至30V档。
接通交流毫伏表的电源，根据表1-2中的各项条件测量并记录函数发生器的输出信号有效值以及所选择的交流毫伏表量程档。
测量时要注意根据信号大小改变交流毫伏表的量程，使指针偏转在合适的范围内，并要根据所选量程读取正确的刻度值。
表1-2函数发生器输出正弦信号有效值测量
衰减倍率
0dB
0dB
20dB
20dB
幅度旋钮
顺时针到底
逆时针到底
顺时针到底
逆时针到底
电压有效值（V）
毫伏表量程档
衰减倍率
40dB
40dB
60dB
60dB
幅度旋钮
顺时针到底
逆时针到底
顺时针到底
逆时针到底
电压有效值（mV）
毫伏表量程档
（4）调节输出信号的有效值为3V。
4．用示波器测量正弦函数信号波形
（1）接入正弦信号
将正弦函数信号输入示波器的CH1通道，注意探头接线夹正确连接。
CH1通道的耦合方式选择“DC”，“GND”按键弹出。
（2）调节信号显示波形
示波器的垂直显示方式选择“CH1”，内触发源选择“CH1”，调节CH1的垂直灵敏度和扫描速度旋钮，使波形幅度占5~6大格，显示1~2个周期。
微调“电平”旋钮使显示波形稳定，记录数据并计算。
扫描速度选择t/div，一个波形周期占大格，信号频率为Hz。
垂直灵敏度选择V/div，波形幅度占大格，信号幅值为V。
计算可得，该波形有效值为V。
（3）观察函数发生器部分按钮的功能
①分别调节函数发生器的幅度调节旋钮和衰减按钮，观察波形的变化情况。
②调节函数发生器的“占空比”旋钮观察示波器显示波形的变化，观察完毕后将该旋钮恢复零位。
③改变函数发生器的输出波形为“三角波”或“方波”，观察波形的变化情况。
观察完毕后恢复为“正弦波”。
（4）观察示波器触发源选择对显示波形的影响
①选择触发源为“CH2”，调节“电平”旋钮观察显示波形能否稳定。
②选择触发源为“VERT”，再调节“电平”旋钮观察显示波形能否稳定。
观察完毕后恢复触发源为“CH1”。
（5）两路不相关信号的显示
①选择垂直显示方式为“交替”，同时显示正弦信号和示波器自校信号，调节“电平”旋钮观察两路显示波形能否稳定。
②将触发源改为“VERT”，调节“电平”旋钮观察两路显示波形能否稳定。
③将垂直显示方式改为“断续”，调节“电平”旋钮观察两路显示波形能否稳定。
四.实验设备器材
1．函数发生器XJ16311台
2．示波器XJ43181台
3．交流毫伏表AS22941台
五、实验预习要求
阅读实验仪器介绍。
六、实验思考题
1．列举4种可能引起荧光屏上无波形显示的错误操作。
2．说明如果显示波形不稳定可能有哪些原因？
应该如何排除？
七、实验报告要求
整理记录数据和波形图，回答思考题。
实验2单级晶体管共射放大电路调整与测试
一、实验目的
1．掌握共射基本放大电路静态工作点的调整和测试。
2．掌握放大器放大倍数的测量方法。
3．了解运用示波器测量放大器输入、输出波形的方法。
4．观察放大电路中，有关元件参数变化对放大器动态性能的影响。
二、实验电路和实验原理
图2-1单管交流放大电路
图2-1电路是交流放大器中最基本的单级共射放大电路。
对于NPN型晶体管，电源采用正极性电压。
要实现电压放大功能，必须确保晶体管T1的发射结处于正向偏置状态，集电结处于反向偏置状态，即
>0,
<0。
图2-1中集电极负载电阻RC的作用是将交流电流iC的变化转化为输出交流电压uo的变化。
调节基极偏置电阻
可以改变静态基极电流IB以整定静态工作点（IB、IC、UCE）。
、
为输入、输出耦合电容，
是输出端负载电阻。
由电路可知：
静态基极电流
＝
（2-1）
其中硅管的
约为0.7V，锗管的
约为0.3V，当VCC>>UBE时可以忽略。
静态集电极电流
（2-2）
静态集－射电压
＝UCC-URC＝UCC-ICRC（2-3）
当静态工作点合适时，交流输入信号ui经耦合电容
加到晶体管T1的基极，使T1基极电流iB变化。
由于晶体管的电流控制作用，集电极电流iC同规律变化，并通过集电极负载电阻RC影响T1的集电极电位，再通过耦合电容
将T1的集-射电压uCE的变化量uce（uo）输出。
电压放大倍数
=
=
（2-4）
式中
＝
//RC，
＝200+（１+
）
（2-5）
图2-1放大电路的输入电阻
＝
//（
+
）≈rbe，输出电阻
RC。
三、实验内容与步骤
1．连接测试电路
利用模拟实验装置的元器件按图2-2连接电路，12V工作电源VCC位于实验装置右上方，连接时注意电源极性。
图2-2单管交流放大测试电路
2．调节静态工作点
（1）调节
，使UCE≈6V。
（2）调节函数发生器，使之输出频率为1kHz、有效值为10mV的正弦信号。
按入函数发生器右上方的40db幅度衰减键，用交流毫伏表测量函数发生器输出信号有效值，调节函数发生器幅度旋钮AMPLITUDE，使毫伏表读数为10mV。
注意毫伏表的量程选择为30mV档，数据从第二道0～3.0刻度读取，倍数乘10。
将函数发生器的输出信号接入放大电路的输入端，注意黑夹子接电路参考地（与电源负极性端共点），红夹子接电容C1的输入端。
（3）用示波器观察放大电路输出电压uo。
示波器的探头也应该黑夹子接参考地，红夹子接被测信号，即电容C2的右端。
示波器的信号输入耦合方式选择“AC”，调节示波器的垂直灵敏度V/div和扫描灵敏度S/div，使波形显示合适。
（4）微调基极偏置电位器
，使放大电路输出信号uo为最大不失真信号（输出幅度最大的标准正弦信号），此时为电路空载时的最佳静态工作点。
（5）断开输入信号和输出信号，用万用表的直流电压档测量静态发射结电压
、集-射电压UCE，记录在表1中。
（6）关闭电源，断开偏置电阻的一侧连线，用万用表的电阻档测量RB=
+RB1，记录在表1中。
表1图2放大电路的最佳静态工作点测量值
测量值
计算值
UBE（V）
UCE（V）
RB（kΩ）
IC（mA）
IB（mA）
β
rbe（Ω）
（7）根据下式以及各测量值计算晶体管的静态基极电流IB、集电极电流IC和电流放大系数β，以及发射结动态等效电阻rbe。
静态基极电流
＝
静态集电极电流
三极管放大倍数
三极管的输入电阻
＝200+（１+
）
≈200+（１+
）
３．测量放大电路的空载电压放大倍数和带负载电压放大倍数。
（1）空载电压放大倍数的测量：
将函数发生器的信号输出信号再次接入放大电路的输入端，并在表2中记录输入电压Ui有效值的大小；电源上电，用交流毫伏表测量图2电路空载时的输出电压有效值Uoo，记录在表2中。
（注意测量输出电压前先选择毫伏表量程为10V档，将探头接入电路后再逐渐减小量程，使指针位于表头的中部范围，读取数据时根据量程选择刻度。
）
（2）带负载电压放大倍数的测量：
将负载电阻RL接入电路，图2-3所示，然后测量放大器的输出电压有效值UoL，记录在表2中。
图2-3带负载电压放大倍数的测量电路
表2放大电路的交流性能指标测量
测量值
计算值
Ui（mV）
Uoo（V）
UoL（V）
Auo
AuL
（3）根据下式以及各测量值计算空载电压放大倍数Auo和带负载电压放大倍数AuL：
空载电压放大倍数
=
带负载电压放大倍数
=
4．波形观察
（1）输入波形与输出波形的相位关系
在图2-3电路中利用双踪示波器同时观测输入波形和输出波形，并在图2-4（a）中记录不失真情况下的波形。
（注意示波器的垂直显示方式设为“断续”，耦合方式都设为“AC”）
（2）观察电路元件参数变化对放大器性能的影响
调整RW1（逆时针旋），使RW1↓，直到输出信号波形uo的幅度出现明显变化。
在图2-4（b）中记录失真波形。
记录后，请顺时针旋RW1，使输出信号波形uo恢复正常。
（3）观察输入信号对放大电路的影响
增大输入信号，直到输出信号波形uo的幅度出现明显变化。
在图2-4（C）中记录失真波形。
（a）（b）（c）
图2-4测试电路的输入/输出波形
四、实验设备
1．DML－1系列模拟电子电路实验系统1台
2．XJ4318双踪示波器1台
3．XJ1631函数信号发生器1台
4．AS2294晶体管毫伏表1台
5．SB2238B台式数字万用表1台
五、实验预习要求
1．复习单管交流放大器的电路组成、放大原理。
2．掌握静态工作点、晶体管发射结电阻
、电压放大倍数的概念和分析方法。
3．熟悉实验内容和步骤，复习双踪示波器、函数发生器和交流毫伏表的操作方法。
考虑如果在电容C2的右端测量UCE测量值会是多少？
4．分析输出电压Uoo和UoL的测量值应该哪个大？
六、实验思考题
１．用示波器观察图2-3中晶体管集-射电压uCE和输出电压uo的波形时，如果采用直流耦合方式两者是否相同？
用交流耦合方式呢？
为什么？
七、实验报告要求
１．完成数据处理和步骤4记录的波形图绘制。
２．计算空载电压放大倍数和带2.7kΩ负载时的电压放大倍数，并比较理论计算与实测结果，分析可能导致差异的原因。
3．回答思考题。
4．记录实验中发生的问题和处理方法。
实验3集成运算放大器在信号运算方面的应用
一、实验目的
1．了解集成运算放大器的特点和性能。
2．理解集成运算放大器线性应用的基本条件
3．掌握集成运算放大器在信号放大方面的应用
4．掌握集成运算放大器在模拟信号运算（加、减）方面的应用
二、实验原理
集成运放是一种高增益直流放大器，即开环增益很高。
当集成运放的输出端与同相输入端有信号通路或输入、输出端无电路连接时，工作于非线性状态，可以实现各种电压比较或信号发生功能。
当集成运放的输出端与反相输入端有信号通路时，具有深度负反馈特性，输入、输出信号成线性关系。
集成运放工作于线性状态时，呈“虚短”、“虚断”特点，“虚短”即同相输入端电压等于反相输入端电压；“虚断”是指输入电阻无穷大，输入端电流约为0。
通过不同的外围电路，集成运放可对输入信号实现各种不同的线性处理功能，如信号的同相或反相放大功能，加、减、乘、除、微分、积分、对数、指数等运算功能。
1．反相比例放大
图1电路的电压信号ui从集成运放的反相端输入，由于“虚短”特性，集成运放的两个输入端同电位，都为参考地零电位。
由于“虚断”特性，通过电阻R1和RF的电流相等，方向相同。
根据KVL，uo=－
。
所以，在理想情况下，反相比例放大器的闭环增益为
＝
（3-1）
输入、输出电压具有反相比例放大关系。
选择不同的
和
可以获得不同的放大倍数Au。
一般
取值在几十千欧至几百千欧范围，过大或过小会产生一些问题。
当取
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