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电工电子学A2实验

实验一常用电子仪器的使用

一、实验目的

1 了解电子学综合实验装置的布局及常用电子仪器的使用方法。

2 学习使用示波器观察正弦波信号并读取波形的有关参数。

二、实验设备

1 电子学综合实验装置。

2 信号发生器。

3 数字示波。

三、实验说明

1 电子学综合实验装置

电子学综合实验装置包含电源部分,数字集成电路测试仪,频率计,晶体管测试仪,数字式仪表,直流稳压电源,模拟电路面包板,数字电路面包板,六位十六位进制七段译码显示器及脉冲信号发生器等部分。

2 常用电子仪表与被测实验电路的连接

在模拟电子电路实验中,常用的电子仪器友信号发生器,数字示波器,直流稳压电源以及测量仪表仪表,它们之间的相互连接及作用如下:

电工电子学A2实验

图1-1

1)数字信号发生器:它是用来产生信号源的仪器,它为被测实验电路提供输入信号,本实验为大家提供的是F80型数字信号发生器,它有正弦波,三角波,方波输出,输出电压和频率均可以调节,它的频率范围在100μHz到80MHz之间,幅度范围20mV到20Vrp。

2)直流稳压电源:它被测实验电路提供电源。它有0-30V可调电源及固定的正负5V 和正负12V电源。

3)数字示波器:用来测量试验电路的输出信号。本实验室为提供的是DS1062CA数字示波器。通过它可观察输出信号的周期,有效值,峰峰值等有关参数,详细使用方法请参考目录。

4)被测量实验电路:这里主要是指测量实验电路的电阻,电压,电流等参数的常用仪表,如数字式交流毫安表,数字式万用表及电流表等。

5)被测实验电路:只是我们要测试的某一单元电路。无论哪一被测电路摸门都要通过上述相关仪器仪表。准确的测量数据,观察实验现象,分析试验结果进而真正掌握该某一单元的作用。

四、实验任务

1 由数字信号发生器给出f=1KHz,Ui=1V的正弦波信用数字式交流毫安表测量该正弦信号的大小,并用示波器观察该信号的波形,并测试该正弦信号的周期、有效值、峰峰值。记录波型及波形的相关测试参数。

2 由数字信号的发生器给出f=1KHz,Ui=10mV的正弦信号,用示波器观察波形并测试其周期有效值,峰峰值。

电工电子学A2实验

五、总结报告

1 数字信号发生器输出的信号频率范围及幅度范围是多少?频率调整方式有几种?

幅度调整方式有几种?

2 如何由信号发生器给出f=1KHz,Vi=1V的正弦波?

3 如何用数字示波器测量信号的有效值,峰峰值,周期,频率?

实验二 三极管及其单级共射放大电路

一、实验目的

1 学习测量和调试放大器的静态工作点。

2 掌握测量放大器电压放大倍数的方法。

3 了解负载和静态工作点对放大器性能的影响。

4 进步熟悉数字示波器,数字式交流毫伏表的使用方法。 二、实验设备

1 电子学综合实验装置。

2 数字示波器。

3 数字信号发生器。

4 单管放大器单元电路。

5 数字万用表。 三、实验说明

放大电路的作用是将微弱的信号在不失真的情况下尽量的放大,共射极单管放大器如下图所示。

图10-1

图2-1

共射极放大器,R B 和R B2,R w 组成串联分压电路,保证U B 的固定,射极电阻Re 是用来稳定工作点,由于Ce 的存在,Re 对交流信号不起作用。

1 静态工作点

要使得信号不失真的放大,放大器的静态工作点必须选择合适,在本实验电路中,Rw 是用来调整静态工作点的,Rw 越大,三极管的基本极电流I BQ 就越小,静态工作点就越低,则有可能引起截止失真;Rw 越小,三极管的基本极电流I BQ 就越高,静态工作点就越高,则有可能引起饱和失真。

在上面电路中,当流过偏置电阻R B1和R B2的电流远大于晶体管的基极电流I B 时(通常为5-10倍),则它的静态工作点可用下面的公式估算:

B1

BQ CC B1B2W

R V V R R R ≈

++

BQ BE

EQ CQ CC e

V V I I V R -≈=

CEQ CC CQ C E ()V V I R R ≈-+

2 动态电压放大倍数是描述一个放大器放大能力的指标。其计算公式为

C L

V be

R R A r β

=-// 其中 be EQ

26()

300(1)

mv r I β=++ 四、实验任务

1 按图接线,将直流电流表串入I C 支路,Rw 调整最大。

2 静态工作点调试:接通直流电路12V ,调节Rw ,使得U CE =5V ,用直流电压表分别测量U BQ ,U EQ ,U CQ 及I CQ ,将数据记录于下表。

电工电子学A2实验

CE 3 动态电压放大倍数的测试:

(1)调整函数信号发生器的输出为f =1KHz ,Ui=10mv 的正弦波信号,接入放大器的输入端。

(2)保持输入信号不变,测量不同R C ,R L 情况下的输出信号,将数据记录如下表:

表2-2 Ic =2.0mA U i =10 mV

电工电子学A2实验

4 观察静态工作点对动态输出的影响:

保持输入信号Ui=10mv ,f =1KHz 不变,负载开路,调整Rw ,观察输出波形u o 的变化并记录。

图2-2

五、总结报告

1 总结放大器动态电压放大倍数与负载的关系?

2 由输出波形分析放大器产生失真的原因是什么?

Rw 增大

Rw 减小

实验三 集成运算放大器的线性应用

一、实验目的

1 掌握运算放大器的使用方法。

2 学习用集成运算放大器构成线性运算电路。 二、实验设备

1 电子学综合实验装置。

2 电子元器件。 三、实验说明

集成运算放大器是具有双端输入,单端输出的多级直流放大电路的集成器件,若在它的输出端和输入端之间加入负反馈环节,可以实现线性运算电路。

为了分析方便,通常将运算放大器视为理想运放,满足理想运放的条件是运放具有无限大的开环差模电压增益,无限大的差模输入电阻,无限大的共模抑制比,无限大的开环带宽,零输出电阻以及零失调和漂移。

根据上述理想化条件,可以认为当理想运放工作在线性区域时,有两个重要特性。 (1)理想运放的差模输入电压等于零,由于A od = ∞,所以0o

od

u u u A +--==。即u u +-= (2)理想运放的输入电流等于零,即0i i +-==。

利用这两条重要特性,可以简化运放电路的计算,下面给出各种运算电路的结构形式及输入输出之间的关系图。

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)U R R

U R R (U i22F i11F O +-= 图3-1

反相比例运算电路

反相加法运算电路

i

1

F O U R R U -=

电工电子学A2实验

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图3-2

本次实验为大家提供的集成运算放大器的型号为ua741,他它的外型及各管脚定义为:

图3-3

四、实验任务

1 反相比例运算:

要求U 0=-10Ui ,其中R 1=10k Ω,合理选取电路中的其它参数,搭接电路,令U i =±1V,加以测试,记录输入、输出参数。

2 同相比例运算:

要求U 0=11U i ,其中R 1=10k Ω,合理选取电路中的其它参数,搭接电路,令U i =±1V ,加以测试,记录输入、输出参数。

3 反相加法运算:

要求U 0=U i1+U i2,其中R 1=10k Ω、R 2=10k Ω,合理选取电路中的其它参数,搭接电路,令U i1=0.5V 、U i2=1V ,加以测试,记录输入、输出参数。

4 差动放大:

要求U 0=U i2-U i1,其中R 1=10k Ω、R 2=10k Ω,合理选取电路中的其它参数,搭接电路,令U i1=0.5V 、U i2=1V ,加以测试,记录输入、输出参数。

以上数据填入表3-1

同相比例运算电路 差动放大电路(减法器)

i 1F O )U R R

(1U += )U (U R R U i1i21

F O -= 7 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5

7

6

表3-1

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五、实验报告

1 根据实验任务画出实验电路,并选择相应元器件参数。

2 整理实验数据,对实验数据进行分析,并与理论数据进行比较。

实验四 集成稳压电源

一、实验目的

1 了解集成稳压器的特点及应用方法。

2 学习集成稳压电源主要性能指标的测试方法。 二、实验设备

1 电子学综合实验设备。

2 数字示波器。 三、实验说明

一般直流稳压电源的组成如下图所示,其中包含四个组成部分,它们的作用说明如下:

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图4-1

电源变压器:电网提供的交流电为220V

,而各种电子设备所需要的直流电压却各不相同,此模块电路的作用是将电网电压先变换以后再去整流、滤波和稳压。

整流电路:其作用是将正负交替变化的交流电压整流成为单相的脉动电压

滤波器:其作用是尽可能的将单相脉动电压成分滤掉,使得输出电压成为比较平滑的直流电压

稳压电路:其作用是使得输出的直流电压在电网电压或负载发生变化时保持稳定。 随着半导体工艺的发展,稳压电路也制成了集成器件。集成稳压器的种类很多,应根据设备对直流电源的要求来进行选择,大体可以分为以下几类:

三端固定式正集成稳压器;三端固定式负集成稳压器; 三端可调式正集成稳压器;三端可调式负集成稳压器 多端可调式正集成稳压器;多端可调式负集成稳压器 多端可调式正负集成稳压器; W7800(W7900)系列集成稳压器是一种三端固定正(负)集成稳压器,由于是三端(输入端、输出端、公共端),不要外接元件,故使用十分方便。

除固定输出三端稳压器外,尚有可调式三端稳压器(W317),它可以通过对外接元件对输出电压进行调整,以适应不同的需要。

本实验装置给大家提供了一个有四个二极管组成的桥式整流电路(又称桥堆),如图4-2所示:

电工电子学A2实验

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图4-2

电网 电压

本实验装置还给大家提供了一些滤波电容及三端稳压器,大家根据任务要求合理选取器件。

四、实验任务

1 整流滤波电路测试

按下图连接电路,整流电路输入电压为工频电压8V ,接通工作电源,分别测试整流,滤波输出后电压及纹波电压,并观测波形,记录如下表:

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图4-3

表4-1

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2 集成稳压器性能测试

(1)输出电压U O 和输出最大电流Imax 的测量,在后面整流滤波后,加入稳压环节,填入下表2-2。

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(2)测量电源稳压特性,计算S

保持稳压电源的负载不变,调可调电源输出,模拟电网电压波动为±10%,即为8±10%,测量相应的0

U ?,计算

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O O

I I

U U S U U ?=

?

表4-3

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(3)测量稳压电源内阻R 0:

经过整流滤波后输入到稳压电路的直流电压U I ,当输入电源保持不变时,由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比即为R 0,即

U 2=额定值

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五、总结报告

1 画出本次实验的整体接线图。

2 整理实验数据及波形,并说明各项参数的趋势。

O

O O U R I ?=?

实验五集成门电路的功能测试

一、实验目的

1 验证TTL集成门电路的逻辑功能。

2 熟悉用集成门组成应用电路并测试其功能。

二、实验设备

1 电子学综合实验装置。

2 数字示波器。

三、实验说明

集成逻辑门电路是最简单、最基本的数字集成元件,TTL集成电路由于工作速度高,输出幅度较大,种类多,不易损坏而使用较广,特别是进行实验论证,选用TTL电路比较合适,它的工作电源为5V±0.5V。

本实验所用的芯片的型号分别是二输入四与非门74LS00和二输入四异或门74LS86。74LS00内含有四个互相独立的与非门,每个与非门有两个输入端,其逻辑符号,引脚排列

其逻辑功能如下图所示,为Q A B

= 。

14 13 12 11 10 9 8

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Q

B

Q A B

=

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GND

1 2 3 4 5 6 7

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图5-1

74LS86内含有四个相互独立的异或门,每个异或门有两个输入端,其逻辑符号引脚排

列如下图所示:

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A

B

外引脚的识别方法:将集成块正面对着使用者,以凹口左边或小标点“。”为起始脚1,逆时针方向向前数1、2、3、4、…n脚。

四、实验任务

1 测试与非门的逻辑功能

在实验板上任选一个二输入端与非门,测试其输出的逻辑关系,列出真值表。

2 测试与非门对脉冲信号的控制作用

任选一个二输入与非门,一个输入端接入实验板中的连续脉冲信号,另一输入端分别接

入高低电平,用二踪示波器同时测试输入与输出的波形并记录。

GND

1 2 3 4 5 6 7

8

9

10

14 13 12 11

图5-2

3 测试异或门的逻辑功能

在实验板上任选一个异或门,测试其输出与输入的逻辑关系,列出其真值表。然后一端输入连续脉冲信号,另一端接高低电平,用二踪示波器同时观测输入和输出的波形并记录。 表5-1

电工电子学A2实验

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图5-3

4 与非门组成或门

用与非门也可以组成或门,例如图(5-3)电路。按表(5-1)规定的输入状态,测试并记录F 端状态。

5 与非门组成半加器

半加器是一种逻辑电路,它的输出端(求和输出端F ,进位输出端C )与输入端(A 、B )之间具有二进制对应位相加时的逻辑关系。由于只求本位的和,暂不管低位送来的进位信号故称半加器。

用与非门组成图(5-4)半加器,按表(5-2)规定的输入状态,测试并记录F 和C 端状态。

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表5-2 图5-4

6 与非门组成选择器

用与非门可实现如图5-5所示意的选择器。F 端的输入状态是A 端状态还是B 端状态,取决于S 的位置,S 接通A 端,则F=A ;接通B 端,则F=B 。

用与非门组成图(5-5)选择器,A 、B 端接入不同频率的连续脉冲,控制端S 分别接高低电平,用二踪示波器测试A 、B 端与

F 端并记录于表(5-3)

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图5-5

A

B

表5-2

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7 与非门组成2-4译码器

所谓2-4线译码器是输入端A 、B 两端的四种组合状态可译成四种输出状态。用非门和与门组成图(5-6)电路。按表(5-3)中规定的状态测试输出端1

F 、

2

F 、

3

F 、

4

F 的状态

并记录于表(5-3)中。

表5-3

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图5-6

五、报告要求

1 列出各实验电路的真值表,绘出实验所得各波形。

2 由实验内容2的结果说明与非门对脉冲信号的控制作用。

3 由实验内容6和7 ,设计一个四路选择器,输入A ,B ,C ,D ,输出为F ,控制端为S1,S2,按S1,S2的编码F 可选通某一输入。

实验六译码器及其应用

一、实验目的

1、掌握译码器的工作原理和特点。

2、熟悉常用译码器的逻辑功能和他们的典型应用。

3、了解7段显示译码器和7段显示器(数码管)的使用和检测方法。

二、实验原理

1. 译码器及其应用

译码器是组合电路的一部分。所谓译码,就是将二进制代码所表示的信息翻译出来的过程。而实现译码功能的电路称为译码器。译码器一般是一个具有n个输入和m个输出的组合逻辑电路,每一个输出唯一的对应一个特定的输出组合。常用的译码器是有现成产品的,只要根据需要选用合适的型号就可以了,无需自己进行设计。译码器按用途大致可以分为二类:二进制译码器、二—十进制译码器和显示译码器。

二进制译码器

二进制译码器是把n位二进制译码变换为具有2的n次方个不同状态的组合逻辑电路。常用的中规模集成译码器有2-4线、3-8线和4-16线3类。

2-4译码器

74LS139是具有两个独立的2-4线译码器的中规模集成器件,其逻辑符号如图所示,S 为使能输入,用于控制译码器的工作状态,A1、A0为选择输入,它们是二进制变量。S=1时,译码器各输入端均为高电平,其工作被禁止;S=0时,译码器处于工作状态,74LS139的输出有效电平为低电平。在S=0时,无论A1、A0取何值都有一个输出端处于低电平,且其位置与输入A1、A0的二进制码相应。

VCC 1S 1A0 1A1 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3

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1S 1A0 1A1 1Y0 1Y1 1Y2 1Y3 GND

74LS139 管脚图

2.显示译码、数码管及其应用

在许多数字系统里,希望把数字信息加工处理的中间结果或是最终结果通过数字显示器件显示出来,以便于了解和判断系统的运行情况,这时就要用到数字显示译码器。

(1)小型数码显示器件

小型数码显示器件通常有荧光数码管,半导体数码管、液晶数码管和辉光数码管。其中半导体数码管由多个发光二极管(LED)组成。它分为段式和矩阵式两种。实验中所采用的数码管就是段式结构。其外形和内部电路如图所示。连同小数点DP共有8个发光二极管,它为共阴结构。与其配合的译码驱动器要求射极输出形式。共阴极数码管是一个八段发光二极管负极连在一起的电路。共阳极数码管是一个八段发光二极管正极连在一起的电路。

(2)BCD七段显示译码器

在数字系统中,为了用数码管显示十进制数字,首先要将二-十进制代码送至显示译码器,再由译码器的输出去驱动数码管。由于各种显示器的工作方式不同,对译码器的要求也

不一样。目前使用的各种数码管,除了辉光数码管和录像机上使用的十五段“米”字型数码管外,都属七段显示数码管。这类数码管都要求译码器能将每一组BCD 码翻译成显示器件所需要的七位二进制代码。正是由于这个原因,有时也把这种形式的译码器叫做代码变换器。

半导体数码管既有共阳结构也有共阴结构,它们要求所配用的显示译码器的输出有效电平分别为低电平或高电平。74LS48是8421BCD 七段显示译码器。下表为74LS48的功能表。下图为这种译码器的逻辑符号,A~D 为BCD 码输入端,a~g 为译码器输出端,输出有效电平为高电平,因此适宜驱动共阴结构的半导体数码管;LT 为灯光测试输入;BI/RBO 为直接熄灭输入/串行灭零输出。

电工电子学A2实验

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表74LS48功能表

B C LT B1 B2 D A GND VCC f g a b c d e

74LS48管脚图 1 2 3 4 5 e d 共阴极 c DP g f 共阴极 a b 10 9 8 7 6 7段数码管管脚图

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四.实验内容

1.2-4译码器74LS139的逻辑功能测试。

按图进行连线,输入S 、A1、A0,观察LED输入Y0,Y1,Y2,Y3的状态,填入下表

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2.显示译码器74LS48的逻辑功能测试

将译码器

74LS48和共阴极数码管按照下图进行连线,验证结果。

数码管

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五试验总结

1整理试验线路图,实验数据,显示表格

2 说明共阴极与共阳极数码管的区别。

实验七计数,译码,显示电路

一、实验目的

1 了解集成电路计数器的逻辑功能及使用方法。

2 了解七段显示译码器和七段显示器(数码管)的使用和检测方法。

3 掌握用集成计数器组成N进制计数器的方法。

4 培养学生由各单元电路组成整体电路的能力。

二、实验说明

1 可预置四位同步二进制加法计数器74LS90,的预置数端D、C、B、A用于在计数之前预先置入某一数作为基数(以BCD码置数),则可以在此基数上再累加所输入的脉冲数目。若不需要预置某数值时,可通过清零端让计数器复位后从零开始计数。该中规模集成电路由C上升沿触发,具有计数、预置、存数(保持)、清零等功能;两个赋能端P和T、一个进位输出端Qco。清零端CLR、置数控制端LD。

2 译码器的作用是将输入代码的含义翻译出来,即将每个输入代码译为一个特定的输出信号以表示它的含义。代码的码制不同,译码电路也不同。七段显示译码器的功能是将输入端的四位二进制代码译成驱动七段数码管显示所需的电平信号,使之显示出0~9的十进制数。本实验使用8421码十进制译码器74LS48。

3 七段数码管:七段数码管的每一段是一个发光二极管,选择不同的字段发光,则显示不同的数字。它分共阳极和共阴极两种,分别配相应的译码驱动器,本实验使用共阳极数码管。数码管在使用时每个字段应串接限流电阻(100Ω),以防烧毁发光二极管

三、实验任务

设计一个两位十进制灭零计数,译码,显示电路。

四、实验步骤

1 熟悉所选择单一芯片功能,使用方法以及外引线排列图。

2 按设计好的电路接线,搭接成完整电路。

3 经老师检查无误后,接通电源。

4 在CP脉冲作用下,观察显示器所显示的数字变化。

五、总结报告

画出完整的实验电路,整理实验数据,根据任务要求,写出设计过程,列出所以芯片,整理实验波形以及相关功能测试表格,并总结体会。