电子学与数字技术(一)实验指导书.doc

电子技术实验指导书 目 录实验一仪器使用 第五周 周一 34节+中午实验一 二极管的应用 第六周 周一 34节+中午实验三单管交流放大电路 第八周 周一 34节+中午实验四运放的线性应用 第九周 周一 34节+中午实验五比较器（运放的非线性应用） 第十二周 周一 34节+中午实验六文氏桥正弦波发生器 第十三周 周一 34节+中午实验七TTL与非门特性和应用 第十四周 周一 34节+中午实验八组合逻辑电路 第十六周 周一 34节+中午实验一 仪器使用1、示波器校准信号的测量：被测参数标准值实测值幅值Up-p（V）周期T（ms）频率f（Hz）2、正弦信号电压的测量：1KHz函数信号发生器输出电压U（V） 10.5示波器测量电压的峰峰值Up-p（V）万用表测量电压U（V）3、正弦信号频率的测量：（U=1V）函数信号发生器输出频率（Hz）505001000500010000数字万用表测量电压U（V）示波器测量电压U（V）4、示波器测量相位差：用函数信号发生器输出一个正弦波ui= sin(6280t)v, 用示波器观察输入和输出波形，并计算出uo= （利用示波器追踪的方法测量出相位差） 实验二 二极管应用电路实验目的： 理解二极管特性，熟悉示波器的使用一、实验电路 1、二极管箝位和整流作用：输入端加Upp=5V交流电压，观察和记录输出电压波形并标出对应的输出电压值。+-0.5Vuo+-ui1KWD+-0.5Vuo+-ui1KWD+-0.5Vuo+-ui1KWD+-0.5Vuo+-ui1KWD图1图2图3图42、二极管门电路特性：UA、UB电压分别加0、0；0、+5V；+5V、0；+5V、+5V记录输出电压和各二极管的导通情况。 +5VUo1UA1KWD1D2UB1KWD1UAUo2图6D2UB图5UAUBUoD1D2000+5v+5v0+5v+5vUAUBUoD1D2000+5v+5v0+5v+5v3、稳压管特性测试及应用按图7电路接线，测试稳压管的稳压值 、按图8、9接线画出输出、输入电压波形图 ： 实验三单管交流放大电路及其应用实验目的：1、学会放大器静态工作点的测试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响；2、掌握放大器的动态指标（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）的测试方法；3、用示波器观察静态工作点对输出波形的影响实验预习题：静态关系：计算静态工作点；动态特性：设rbb= 0.1k， = 120 ， rbe = rbb +UT/IC，（UT 26mV）Au = （RCRL）/ rbeVCCRP12kkk+12V1MR120k1kC2C1T110F10FRL+ui5.1kuORRCRERb2CE100F1.2kRb11.2k10k10k100+us+一、实验电路 将实验箱上分压式单管放大电路，接成如图31所示电路。二、内容和方法1、电路参数和工作点调整 未连接电路前，先测出RL和R2、R3 的实际值。RL= R2 = R3= 图3-1按图31连接电路，VCC连接到+12V,测T1管的UCE值。观察调节RP1时UCE的变化情况（缓慢调节RP1！），最终调节RP1，使UCE 5V，记录实际调整后的UCE实测值。2、小信号放大特性测试 将函数信号源的信号接到电路的输入uS端口，（函数信号源的波形选用正弦波，信号频率在1000Hz）。（1）、调节函数信号源的信号幅度，用双踪示波器的CH1通道观察输入ui，、 CH2通道观察输出uO的波形。使示波器显示稳定的uo、ui波形。从中可以判断uo和ui的相位关系，并测出UiP-P值和UOP-P值（在基本不失真条件下）。测量得：UiP-P= V，UOP-P= V，根据测量值：| Au | = UOP-P / UiP-P = 。计算值：IC = ，rbe = ， | Au | = （RCRL）/ rbe = 。两 | Au | 比较，相对误差约为 （2）、工作点变化（调节RP1）对放大特性的影响。保持示波器二踪观察ui、uo波形状态，并保持UiP-P值基本不变。将数字万用表改为测量UCE直流电压。调节RP1观察UCE值增大和减小时，相应的UOP-P值变化情况。UCE到 V时，出现饱和（下限幅）失真。并画出波形。（3）、RL变化对放大特性的影响。先调节RP1使UCE仍为5V，然后使RL为 （去掉5.1k与C2的连线），观察uo的变化情况，记录此时的UOP-P1值（保持UiP-P值不变）。RL= ， UOP-P1= V， |Au1| = UOP-P1/UiP-P = （4）、RL开路时，RC变化对放大特性的影响。A:RC = 2k，（不要调节RP1），UCE2 = V， 测得UOP-P2 = V，| Au2| = UOP-P2/UiP-P= ；计算值：IC1 = ，rbe1 = ，| Au2| = R2 / rbe1 = 。B:RC = 2k，调节RP1，使UCE3 5 V，测得UOP-P3 = V，| Au3| = UOP-P3/UiP-P= ； 计算值：IC2 = ，rbe2 = ，| Au3| = R2 / rbe2 = 。3、大信号特性测试恢复原电路参数：使UCE = 5V。但将信号波形改变为三角波，频率不变。逐渐增大ui幅度，观察uo波形变化情况，当UiP-P = 40 mV时，uo为何形状？记录此时的对应uo、ui波形关系和UOP-P值。如再增大ui的幅度，uo波形有何变化？4、输入电阻和输出电阻的测试（1）输入电阻Ri的测量：为了测量放大电路的输入电阻，在图3.1中在ui与us之间串入电阻R，在放大器正常工作情况下，用万用表mV档测出和值，根据， 计算Ri（2）输出电阻的测量：在放大器正常工作情况下，测出时的Uo和接入RL后的UL。因为，注意：测试中必须保持RL前后输入信号大小不变。（mV）(mV)（V）（V）测量值计算值测量值计算值三、预习1、复习NPN单管共射交流放大电路的有关内容。2、示波器二踪观察相关波形的使用方法。3、示波器作电压幅度测试和波形时间参数测试的使用方法。实验四运放的线性应用一、实验目的：1. 进一步掌握由集成运放构成的比例、加法、减法和积分等基本运放电路的功能；2.了解运放在实际应用时应注意的一些问题。二、实验内容：用实验模板中给出的元器件，构成下述功能电路。图4.1 运放A741管脚图图4.1是集成运放A741的管脚图。它是八脚双列直插式组件，脚和脚为反相和同相输入端，脚为输出端，脚和脚为正、负电源端，脚和脚为失调调零端，脚之间可接入一 只几十K的电位器并将滑动触头接到负电源端。脚为空脚。1. 反相比例运算电路按下图连接实验电路，接通12V电源，输入端对地短路，调节电位器R，进行调零和消振（即Ui=0 时，使U0=0）。接入正弦交流信号ui ，使，用万用表交流电压档测量，并用示波器观察和波形和相位关系，记入表4.1。实测值理论值0.5V2. 反相求和运算电路按上图连接实验电路。采用直流信号，实验时要注意选择合适的直流信号幅度，确保集成运放工作在线性区，用万用表直流电压档测量，结果记入表4.2。0.3V0.3V0.3V0V0.5V-1V表4.2 3. 同相比例运算电路（1）按图（a）连接实验电路，实验步骤同实验内容1，将结果记入表4.3。实测值理论值0.5V（2）将图 (a) 的R2断开，得图 (b) ,重复步骤（1）。实测值理论值0.5V2. 减法运算电路按下图连接实验电路。采用直流信号，实验时要注意选择合适的直流信号幅度，确保集成运放工作在线性区，用万用表直流电压档测量，结果记入表4.4。3V3V3V0V4V-4V表4.45. 积分运算电路按上图连接实验电路，用方波信号，f 约取10 KHz、50 KHz、80KHz，Uip-p（4 5 V）观察对应的波形。 三、实验报告要求：1. 实验原理2. 整理实验数据，画出波形图. 实验五 比较器（运放的非线性应用）实验目的：掌握电压比较器的电路构成和特点，学会测试比较器的方法。ui+12V12VR120kR220kR3100kR41kuoDzUz图5-1uPuo一、内容和方法：1、反相输入的比较器、滞回比较器。 按图5-1连接电路。ui用三角波，频率为1KHz，幅值调节到能观察到输出uo波形的状态，用示波器同时观察对应的uo ui波形关系。并从中读出输出电压的高、低电平值UOH、UOL，和比较器的上、下门限值UT+、UT。观察对应的uo和uP。用示波器的XY功能，直接显示uo ui传输特性图形。并从中读出相应的UOH、UOL、UT+、UT-，和对应波形中的数值是否一致？XY测试时，ui必须接到CH1（Y1），uo接到CH2（Y2），均用DC方式，并在两通道都接地时将光点用X位移和Y2位移调节到所需位置。选择合适的偏转因数可使图形便于读数。传输特性测试时，可使用较低频率的信号，减小运放非理想特性对测试结果的影响。理论计算值：UOH= V，UOL= V，UT+= V，UT= V（设Uz=6V）（下同） 对应波形图 传输特性图形实际测量值：UOH= V，UOL= V，UT+= V，UT= V、过零比较器。 断开图5-1中的R3，作uo ui对应波形测试和uo ui传输特性图形测试，分别读出相应的UOH、UOL和UT。理论计算值：UOH= V，UOL= V，UT+= V 对应波形图 传输特性图形实际测量值：UOH= V，UOL= V，UT= V+12V12VR120kR220kR3100kR41kuiuoDzUz图5-2uPuo2、同相输入的比较器、滞回比较器。 按图5-2连接电路。ui用三角波，频率为1KHz，幅值调节到能观察到输出uo波形的状态，用示波器同时观察对应的uo ui波形关系。并从中读出输出电压的高、低电平值UOH、UOL，和比较器的上、下门限值UT+、UT。观察对应的uo和uP。理论计算值：UOH= V，UOL= V，UT+= V，UT= V（设Uz=6V）（下同） 对应波形图 传输特性图形实际测量值：UOH= V，UOL= V，UT+= V，UT= V、过零比较器。断开图5-2中的R3，作1、的同类测试。理论计算值：UOH= V，UOL= V，UT+= V 对应波形图 传输特性图形实际测量值：UOH= V，UOL= V，UT= V二、预习1、按图示参数（设Uz=6V）计算图5-1和图5-2的各特征值UOH、UOL、UT+、UT。2、计算图5-1、图5-2中R3 = 时的特征值UOH、UOL、UT。3、示波器测试对应波形和传输特性的使用方法。4、调整UT值的方法。三、实验报告1、画出实验电路，求出各计算值。2、记录有关波形和测试的各种特征值，并和计算值比较。21实验六 文氏桥正弦波发生器实验目的：掌握文氏桥正弦波发生器的调试方法和主要性能指标的测试方法。一、实验电路用实验模块组成实验电路如图6 - 1。uO R520kR620kD1 R7 D212V12VRP2 47kR1 10k图6-1RP1RP1R2 10k0.10.1C3C123674（1）选频网络RC串并联电路由R2、C3、R1、C1构成，C3=C1=C 分别选用0.1F或0.01F，实现频率的粗调，R2=R1=10k分别串接同轴电位器RP1。调节RP1，实现频率的细调。（2）起振和稳幅电路由R5、R6、RP2、R7和D1、D2组成。D1、D2和R7构成非线性组件实现自动稳幅控制。调节RP2使振荡器满足幅值平衡条件。二、 实验内容1. 按图6.1 连接电路，接通电源12V，用示波器观察输出波形，调节RP2（RP2先顺时针旋转到底，然后再逆时针旋转），观察的变化。在波形稳定又不失真情况下，记录的调节范围。C1 = C3 = 0.1F 。有D1、D2、R7组件时，调节RP2时，使uO波形最大不失真，同时观察此时的uf的变化情况：不失真UOP-P的范围：UOP-Pmax = V UfP-Pmax = V2. 把非线性组件（D1、D2、R7）短接时，调节RP2，观察的变化。 UOP-Pmax = V UfP-Pmax = V3. 调节RP1，观察频率变化范围。（注意：RP1顺时针旋转到底为f最大值） f0max= Hz ； f0min = Hz 。4. 使RC串并联电路的电容改为0.01F时，有D1、D2、R7组件，调节RP2得最大不失真正弦波uO观察不失真的范围。UOP-Pmax = V UfP-Pmax = V三、预习复习RC正弦波振荡器的相关内容。按标称值参数估算振荡频率f01和f02。四、实验报告记录实验现象和测试数据，由测试值周期T1、T2换算出频率f1、f2，并与估算值比较。实验七TTL与非门特性和应用实验目的：熟悉门电路的逻辑功能和测试方法。14 13 12 11 10 9 8VCC 4A 4B 4Y 3A 3B 3Y 74LS00 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 1 2 3 4 5 6 7 图7-1一、集成芯片 四2输入与非门74LS00 外引线排列如图71 二、内容和方法 数字逻辑电路的输入、输出，主要是高（“1”）、低（“0”）电平的信号，一般不要求知道这些信号的具体电压值，所以数字电路的测试方法与模拟电路有较大区别。当采用慢速变化的准静态方法测试电路的逻辑功能时，常用简单的能区分逻辑状态的测试设备，实验箱中的“LED显示”就是这种测试设备，与其插孔相接处的逻辑状态，由相应LED的亮（“1”）、暗（“0”）表示。在信号快速变化的动态测试中，还是用示波器观察波形的方法进行测试，但输入信号和输出信号主要是矩形波，且其幅值变化范围由所用逻辑器件的电源电压决定。1、2输入与非门逻辑功能测试。74LS00芯片已插在一个14脚插座上（起出芯片要用镊子、起子或专用工具，用手指起拔会使引出脚弯曲甚至折断！需要更换时应告知指导教师，不要自行用手指起拔芯片！），先将电源端用连接线接到5V电源（注意极性不能接错，否则芯片会损坏！）。对其中一个门测试时，用连线把两输入端分别接到两“逻辑开关”插孔，输出端用连线接到一个“LED显示”插孔。扳动两开关，观察对应LED亮暗，即可验证其真值表是否符合“与非”逻辑功能。对芯片上4个与非门分别检测，即可判定芯片是否完好。连接线拔出时，应拿住插头，不能用力于导线！如发现不符合的情况，可作这些检查：（1）、如所有的与非门功能均不正常，可检查芯片是否插错、插反，电源线极性是否正确（电源接反时，芯片会发热损坏！），所用连接线是否有内部断线的（连接线的通断检查，可将其一端接+5V电源端，另一端接某一个“LED显示”插孔，从LED是否亮来判断。）“逻辑开关”的好坏，可另用连接线将插孔端与LED显示连接来判定。如果这些均正常，则告知指导教师，换芯片再作测试。（2）、如只有某个门不正常，除芯片有问题外，也可能是芯片插座以及相应插孔间的连接问题，应告知指导教师，将芯片换插座位置或换芯片。A & YBA、B接“逻辑开关”，Y接“LED显示”。实验结果： 2 、用74LS00实现或门功能 F = A+B 。（1）、写出用与非门实现的逻辑表达式。（2）、画出用与非门实现的逻辑图，并相应标注采用74LS00时的引出脚号。（3）、实验测试验证其真值表。（电路连接时，先关断实验箱电源，接好后再接通电源，以免连接时因错接而造成的损坏。） （1）、表达式 （2）、逻辑图 （3）、实验验证A 0 0 1 1B 0 1 0 1Y F = 3、74LS00（1片）实现异或门功能 F = AB 。（1）、写出用与非门实现的逻辑表达式，并转化成用1片芯片可实现的形式。（2）、画出逻辑图，并标注相应的74LS00引出脚号。（3）、实验验证。（改接电路时，先关电源，再拆除原接线（芯片电源线保留），改接完成后，再通电测试。这部分做完后不要急于拆线！）（1）、表达式 （2）、逻辑图 （3）、实验验证A 0 0 1 1B 0 1 0 1Y F = 4、异或门对信号的控制作用。将异或电路原输入端之一（例如B端）的连接线从逻辑开关插孔拔出;A =1 FB uOui 图7-2改接到“连续脉冲（H）”插孔。用示波器观察对应的输入、输出波形关系与另一控制端（A）逻辑状态的关系。矩形波信号两路如有重迭将不利于分析，故两通道的“0”线应该上下分开，使两波形互不重迭，并有足够大的高度以利分析。 ui A=1时 u0 A=0时 u0 5、与非门对信号的控制作用。A & FB uOui 图7-3拆除异或接线，只选用74LS00中的一个与非门，观察ui、uo对应波形与另一控制端逻辑状态的关系。（做完这一测试后，关示波器电源。）ui A=1时u0 A=0时u0 “1” +5VA & YBR UI 图7-46、74LS00与非门输入端、输出端特性的测量。（任选一个与非门）（1）、输入端特性测试。输出端接“LED显示”。 、将一输入端（A）悬空或接“1”，另一输入端接电阻到公共端，如图74。电阻值分别取100、1k、10k、100k（从模拟实验区取用），用万用表测量电阻两端相应的电压值UI，并观察相应的输出状态。、在R = 100k时，将另一端接“0”，测电压值UI。A = 1 A = 0R/k 0.1 1 10 100 100YUI /V +5VA & YB +AB=0 R UOH - 图7-5（2）、输出端特性测试。输出端去掉与LED的接线。、输出为“1”时，如图75，在输出端分别接 1k、10k、100k电阻，测量UOH值。、输出为“0”时，如图76，在输出端与+5V间分别接入100k、10k、1k、1k1k，测量UOL值。 +5V R“1” & +“1” UOL- 图7-6实验完毕，先关各种设备电源，再拆除电路连接线，整理桌面。AB = 0 AB = 1R/k 1 10 100 R/k 100 10 1 11UOH/V UOL/V（20V档） （2V档）三、预习1、复习TTL与非门的有关内容。2、完成内容 2、（1）、（2），3、（1）、（2）的书面作业。3、示波器二踪观察波形的使用方法。四、实验报告记录、整理实验测试内容的相关结果：逻辑式、逻辑电路图、真值表、波形关系图、测试数据，和相应的仪器使用说明。实验八组合逻辑电路实验目的：熟悉中规模组合逻辑电路、译码器和数据选择器逻辑功能的测试方法和应用14 13 12 11 10 9 8VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 74LS 201A 1B NC 1C 1D 1Y GND 1 2 3 4 5 6 7 图8-1一、集成芯片二4输入与非门 74LS20 8-1 38线译码器 74LS138 图8-2 双4选1数据选择器 74LS153 图8-3 二、实验内容和方法1、74LS138功能验证。16 15 14 13 12 11 10 9VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 74LS 138A0 A1 A2 S3 S2 S1 Y7 GND1 2 3 4 5 6 7 8 图8-2将6个输入控制端（地址输入端和使能控制端）接“逻辑开关”，8个输出端 接“LED显示”。16 15 14 13 12 11 10 9VCC 2S A0 2D3 2D2 2D1 2D0 2Y 74LS 1531S A1 1D3 1D2 1D1 1D0 1Y GND 1 2 3 4 5 6 7 8 图8-3理论上有64种状态组合，实际测试时可分组进行。在验证功能时，可只取1种状态，不选通的状态可只选000、110、101三种。当为100选通时，的8种状态如按循环码方式变换，只要8次扳动“逻辑开关”，例如000、001、011、010、110、111、101、100。2、74LS153功能验证 74LS153是双四选一数据选择器。对其中1组进行功能验证。输出Y接“LED显示”。7个输入控制端接“逻辑开关”。测试选通（）功能时，使D3D2D1D0 = 1111。时，对A1A0的1种组合，只要验证相应的数据端（D