bvg[其他资格考试]实验报告一 L、C元件上电流电压的相位关系.doc

四川大学网络教育学院实验报告实验名称: 电工电子综合实践9001 学习中心 万州奥鹏中心 姓 名 刘德春 学 号 200903520250 实验内容:一 、L、C元件上电流电压的相位关系二、虚拟一阶RC电路三、用数字电桥测交流参数.四、算术运算电路五、计数器六、触发器实验报告一 L、C元件上电流电压的相位关系院校：四川大学电气信息学院专业：电气工程及其自动化实验人：刘德春，同组人：戴晓冬时间：2010年2月6日一、实验目的1、在正弦电压激励下研究L、C元件上电流，电压的大小和它们的相位关系，以及输入信号的频率对它们的影响。2、学习示波器、函数发生器以及数字相位仪的使用二、仪器仪表目录1、交流电流表、交流电压表2、数字相位计三、实验线路、实验原理和操作步骤 操作步骤：1、调节ZH-12实验台上的交流电源，使其输出交流电源电压值为220V。2、按电路图接线，先自行检查接线是否正确，并经教师检查无误后通电3、用示波器观察电感两端电压uL和电阻两端uR的波形,由于电阻上电压与电流同相位，因此从观察相位的角度出发，电阻上电压的波形与电流的波形是相同的，而在数值上要除以“R”。仔细调节示波器，观察屏幕上显示的波形，并将结果记录操作步骤：1、调节ZH-12实验台上的交流电源，使其输出交流电源电压值为24V。2、按图电路图接线，先自行检查接线是否正确，并经教师检查无误后通电。3、用示波器的观察电容两端电压uC和电阻两端电压uR的波形，（原理同上）。仔细调节示波器，观察屏幕上显示的波形四、实验结果：1、在电感电路中，电感元件电流强度跟电压成正比，即IU.用 1/（XL）作为比例恒量，写成等式，就得到I=U/（XL）这就是纯电感电路中欧姆定律的表达式。电压超前电路90。分析：当交流电通过线圈时，在线圈中产生感应电动势。根据电磁感应定律，感应电动势为（负号说明自感电动势的实际方向总是阻碍电流的变化）。当电感两端有自感电动势，则在电感两端必有电压，且电压u与自感电动势e相平衡。在电动势、电压、电流三者参考方向一致的情况下，则设图所示的电感中，有正弦电流通过，则电感两端电压为：波形与相量图如下：2、在交流电容电路中对电容器来说，其两端极板上电荷随时间的变化率，就是流过连接于电容导线中的电流，而极板上储存的电荷由公式q=Cu决定，于是就有：也可写成：设：电容器两端电压由上式可知：，即 实验和理论均可证明，电容器的电容C越大，交流电频率越高，则越小，也就是对电流的阻碍作用越小，电容对电流的“阻力”称做容抗，用Xc代表。 波形与相量图如下：结论：电压与电流的关系为：实验报告二 虚拟一阶RC电路院校：四川大学电气信息学院专业：电气工程及其自动化实验人：刘德春，同组人：戴晓冬时间：2010年2月7日一、实验目的1、在Electronics workbench Multisim电子电路仿真软件中，对一阶电路输入方波信号，用示波器测量其输入，输出之间的波形，以验证RC电路的充放电原理。2、熟悉示波器的使用二、实验原理RC电路充放电如实验图所示。实验图R电路C充放电电容具有充放电功能，充放电时间与电路时间常数有关。当足够小就构成微分电路，从电阻端输出的电压与输入电源电压之间呈微分关系，如实验图。实验图RC微分电路而当足够大就构成积分电路，从电容两端输出的电压与输入电源电压之间呈积分关系，如实验图实验图RC积分电路三、实验内容与步骤1、RC电路的充放电特性测试（1）在EWB的电路工作区按图连接。按自己选择的参数设置。（2）选择示波器的量程，按下启动停止开关，通过空格键使电路中的开关分别接通充电和放电回路，观察不同时间常数下RC电路的充放电规律。（3）依照实验表计算其时间常数。四、实验结论输入为频率为50Hz的方波，经过微分电路后，输出为变化很陡峭的曲线。当第一个方波电压加在微分电路的两端（输入端）时，电容C上的电压开始因充电而增加。而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。电流经过微分电路（R、C）的规律可用下面的公式来表达i = (V/R)e-(t/CR) i-充电电流（A）；v-输入信号电压（V）； R-电路电阻值（欧姆）； C-电路电容值（F）； e-自然对数常数（2.71828）； t-信号电压作用时间（秒）； CR-R、C常数（R*C） 由此我们可以看出输出部分即电阻上的电压为i*R，结合上面的计算，我们可以得出输出电压曲线计算公式为：iR = Ve-(t/CR)积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波，还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。 输出信号与输入信号的积分成正比的电路，称为积分电路。原理：Uo=Uc=(1/C)icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RCTk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故Uo=(1/c)icdt=(1/RC)icdt这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（icdt）RC电路的积分条件：RCTk实验报告三 用数字电桥测交流参数院校：四川大学电气信息学院专业：电气工程及其自动化实验人：刘德春，同组人：戴晓冬时间：2010年2月7日一、实验目的用TH2080型LCR数字交流电桥测量RLC的各种参数，了解电阻、电容、电感的特性二、实验元件TH2080型LCR数字测量仪、待测元件三、实验原理图是交流电桥的原理线路。它与直流单臂电桥原理相似。在交流电桥中，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；电桥的电源通常是正弦交流电源；交流平衡指示仪的种类很多，适用于不同频率范围。频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计；音频范围内可采用耳机作为平衡指示器；音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器；也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪，具有足够的灵敏度。指示器指零时，电桥达到平衡。UsGI1I2I3I4Z1Z2Z3Z4I0dabc 交流电桥原理四、实验结论交流电桥的平衡条件我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中，四个桥臂由阻抗元件组成，在电桥的一个对角线cd上接入交流指零仪，另一对角线ab上接入交流电源。当调节电桥参数，使交流指零仪中无电流通过时（即I0=0），cd两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有Uac=Uad Ucb=Udb即： I1Z1=I4Z4 I2Z2=I3Z3两式相除有： 当电桥平衡时，I0=0，由此可得： I1=I2， I3=I4所以 Z1Z3=Z2Z4 上式就是交流电桥的平衡条件，它说明：当交流电桥达到平衡时，相对桥臂的阻抗的乘积相等。由图4-13-1可知，若第一桥臂由被测阻抗Zx构成，则：当其他桥臂的参数已知时，就可决定被测阻抗Zx的值实验报告四 算术运算电路院校：四川大学电气信息学院专业：电气工程及其自动化实验人：刘德春，同组人：戴晓冬时间：2010年2月27日一、实验目的1.了解集成运放开环放大倍数和最大输出电压的测试方法。2.掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整，微分运算电路的连接与测试。了解集成运算放大器非线性应用的特点。二、实验步骤放大电路的调试： Rf 反相比例放大电路 R1 1反相比例放大电路的特点 UI RP Uo 741 由运算放大器组成的反相比例放大电 路如图1所示。 根据集成运算放大器的基本原理，反 相比例放大电路的闭环特性为： 闭环电压增益： （1） 图1 反相比例放大器输入电阻 （2）输出电阻 （3）其中： Auo为运放的开环电压增益，环路带宽 （4）其中：BWo为运放的开环带宽。最佳反馈电阻 = （5）上式中：Rid为运放的差模输入电阻，Ro为运放的输出电阻。平衡电阻 （6）从以上公式可以看出，由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性： （1）在深度负反馈的情况下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻R1和 Rf 的值决定。 （2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源来说，其负载不是运放本身的输入电阻，而是电路的闭环输入电阻R1。由于Rif = R1，因此反相比例放大电路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于500k） （3）在深度负反馈的情况下，运放的输出电阻很小。 2反相比例放大电路的设计反相比例放大电路的设计，就是根据给定的性能指标，计算并确定运算放大器的各项参数以及外电路的元件参数。例如，要设计一个反相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压增益Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号UImin，最大输出电压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。设计步骤如下：（1） 选择集成运算放大器 选用集成运算放大器时，应先查阅有关产品手册，了解以下主要参数：运放的开环电压增益Auo，运放的开环带宽BWo，运放的输入失调电压UIO、输入失调电压温漂UIO/T，输入失调电流IIo、输入失调电流温漂IIO/T，输入偏置电流IIB，运放的差模输入电阻Rid和输出电阻Ro等。 为了减小比例放大电路的闭环电压增益误差，提高放大电路的工作稳定性，应尽量选用输入失调参数小，开环电压增益和差模输入电阻大，输出电阻小的集成运放。 为了减小比例放大电路的动态误差，（主要是频率失真与相位失真），集成运算放大器的增益带宽积AuBW和转换速率SR还应满足以下关系： AuBW AufBWf SR 2fmaxUOmax上式中，fmax 是输入信号的最高工作频率。 UOmax 是集成运算放大器的最大输出电压。（2） 计算最佳反馈电阻 按以下公式计算最佳反馈电阻： = 为了保证放大电路工作时，不超过集成运算放大器所允许的最大输出电流IOmax，Rf 值的选取还必须满足：。 如果算出来的Rf太小，不满足上式时，应另外选择一个最大输出电流IOmax较大且能满足式（1）中要求的运算放大器。在放大倍数要求不高的情况下，可以选用比最佳反馈电阻值大的Rf。 （3）计算输入电阻R1 由上式计算出来的R1必须大于或等于设计要求规定的闭环输入电阻Rif。否则应改变Rf的值，或另选差模输入电阻高的集成运算放大器。 （4）计算平衡电阻RP RP=R1/Rf（5）计算输入失调温漂电压 要求UI 100UI，这样才能使温漂引起的误差小于1%。若UI不满足要求，应另外选择漂移小的集成运算放大器。 3反相比例放大电路的调试与性能测试（1） 消除自激振荡按照所设计的电路和计算的参数，选择元件，安装电路，弄清集成运放的电源端，调零端、输入与输出端。根据所用运放的型号和Auo的大小，考虑是否需要相位补偿。若需要相位补偿，应从使用手册中查出相应的补偿电路及其元件参数。当完成相位补偿后，将放大电路的输入端接地，检查无误后，接通电源。用示波器观察其输出端是否有振荡波形。若有振荡波形，应适当地调整补偿电路的参数，直至完全消除自激振荡为止。在观察输出波形时，应把噪声波形和自激振荡波形区分开来。噪声波形是一个频率不定，幅值不定的波形，自激振荡波形是一个频率和幅度固定的周期波形。（2） 调零把输入端接地，用直流电压表测量输出电压，检查输出电压UO是否等于零，若UO不等于零，应仔细调节运放的调零电位器，使输出电压为零。（3） 在输入端加入UI=0.1V的直流信号,用直流电压表测量输出电压。将测量值与计算值进行比较，看是否满足设计要求。 （4）观察输出波形在输入端加入f=1000Hz，Uim=1V的交流信号，用示波器观察输出波形，若输出波形出现“平顶形”失真，表明运放已进入饱和区工作，此时应提高电源电压，以消除“平顶形”失真。 R1 Rf （二）同相比例放大电路 1同相比例放大电路的特点 由运算放大器组成的同相输入比例 R1 741 Uo 放大电路如图2所示。 UI 同相放大器的电压放大倍数为： Rf （7） 同相放大器的输入电阻为： 图2 同相比例放大器Rif=R1/Rf+Rid（1+Auo F） （8） 其中：Rid是运放的差模输入电阻，Auo是集成运放的开环电压增益，F=R1/(R1+Rf）为反馈系数。输出电阻：Ro0 放大器同相端的直流平衡电阻为：RP = Rf / R1。 （9）放大器的闭环带宽为： （10） 最佳反馈电阻 （11）2同相比例放大电路的设计要求设计一个同相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压放大倍数Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号UImin，最大输出电压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。设计步骤：（1） 选择集成运算放大器 在设计同相放大器时，对于所选用的集成运算放大器，除了要满足反相比例放大电路设计中所提出的各项要求外，集成运放共模输入电压的最大值还必须满足实际共模输入信号的最大值。并且要求集成运放具有很高的共模抑制比。当要求共模误差电压小于UOC时，集成运放的共模抑制比必须满足： 式中：UIC是运放输入端的实际共模输入信号。UOC是运放的共模误差电压。实验报告五 计数器院校：四川大学电气信息学院专业：电气工程及其自动化实验人：刘德春，同组人：戴晓冬时间：2010年3月1日一、实验目的1.了解中规模集成计数器74LS90，74LS161的功能，学习其使用方法。2.掌握将十进制计数器变换成N进制计数器的方法。3.了解同步一、实验目的1.了解集成运放开环放大倍数和最大输出电压的测试方法。2.掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整，微分运算电路的连接与测试。了解集成运算放大器非线性应用的特点。二、实验步骤放大电路的调试 Rf 反相比例放大电路 1反相比例放大电路的特点 UI R1 由运算放大器组成的反相比例放大电 741 Uo路如图1所示。 根据集成运算放大器的基本原理，反 RP 相比例放大电路的闭环特性为： 闭环电压增益： （1） 图1 反相比例放大器输入电阻 （2）输出电阻 （3）其中： Auo为运放的开环电压增益，环路带宽 （4）其中：BWo为运放的开环带宽。最佳反馈电阻 = （5）上式中：Rid为运放的差模输入电阻，Ro为运放的输出电阻。平衡电阻 （6）从以上公式可以看出，由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性： （1）在深度负反馈的情况下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻R1和 Rf 的值决定。 （2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源来说，其负载不是运放本身的输入电阻，而是电路的闭环输入电阻R1。由于Rif = R1，因此反相比例放大电路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于500k） （3）在深度负反馈的情况下，运放的输出电阻很小。 2反相比例放大电路的设计反相比例放大电路的设计，就是根据给定的性能指标，计算并确定运算放大器的各项参数以及外电路的元件参数。例如，要设计一个反相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压增益Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号UImin，最大输出电压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。设计步骤如下：（3） 选择集成运算放大器 选用集成运算放大器时，应先查阅有关产品手册，了解以下主要参数：运放的开环电压增益Auo，运放的开环带宽BWo，运放的输入失调电压UIO、输入失调电压温漂UIO/T，输入失调电流IIo、输入失调电流温漂IIO/T，输入偏置电流IIB，运放的差模输入电阻Rid和输出电阻Ro等。 为了减小比例放大电路的闭环电压增益误差，提高放大电路的工作稳定性，应尽量选用输入失调参数小，开环电压增益和差模输入电阻大，输出电阻小的集成运放。 为了减小比例放大电路的动态误差，（主要是频率失真与相位失真），集成运算放大器的增益带宽积AuBW和转换速率SR还应满足以下关系： AuBW AufBWf SR 2fmaxUOmax上式中，fmax 是输入信号的最高工作频率。 UOmax 是集成运算放大器的最大输出电压。（4） 计算最佳反馈电阻 按以下公式计算最佳反馈电阻： = 为了保证放大电路工作时，不超过集成运算放大器所允许的最大输出电流IOmax，Rf 值的选取还必须满足：。 如果算出来的Rf太小，不满足上式时，应另外选择一个最大输出电流IOmax较大且能满足式（1）中要求的运算放大器。在放大倍数要求不高的情况下，可以选用比最佳反馈电阻值大的Rf。 （3）计算输入电阻R1 由上式计算出来的R1必须大于或等于设计要求规定的闭环输入电阻Rif。否则应改变Rf的值，或另选差模输入电阻高的集成运算放大器。 （4）计算平衡电阻RP RP=R1/Rf（5）计算输入失调温漂电压 要求UI 100UI，这样才能使温漂引起的误差小于1%。若UI不满足要求，应另外选择漂移小的集成运算放大器。 3反相比例放大电路的调试与性能测试（4） 消除自激振荡按照所设计的电路和计算的参数，选择元件，安装电路，弄清集成运放的电源端，调零端、输入与输出端。根据所用运放的型号和Auo的大小，考虑是否需要相位补偿。若需要相位补偿，应从使用手册中查出相应的补偿电路及其元件参数。当完成相位补偿后，将放大电路的输入端接地，检查无误后，接通电源。用示波器观察其输出端是否有振荡波形。若有振荡波形，应适当地调整补偿电路的参数，直至完全消除自激振荡为止。在观察输出波形时，应把噪声波形和自激振荡波形区分开来。噪声波形是一个频率不定，幅值不定的波形，自激振荡波形是一个频率和幅度固定的周期波形。（5） 调零把输入端接地，用直流电压表测量输出电压，检查输出电压UO是否等于零，若UO不等于零，应仔细调节运放的调零电位器，使输出电压为零。（6） 在输入端加入UI=0.1V的直流信号,用直流电压表测量输出电压。将测量值与计算值进行比较，看是否满足设计要求。 （4）观察输出波形在输入端加入f=1000Hz，Uim=1V的交流信号，用示波器观察输出波形，若输出波形出现“平顶形”失真，表明运放已进入饱和区工作，此时应提高电源电压，以消除“平顶形”失真。 R1 Rf （二）同相比例放大电路 1同相比例放大电路的特点 由运算放大器组成的同相输入比例 R1 741 Uo 放大电路如图2所示。 UI 同相放大器的电压放大倍数为： Rf （7） 同相放大器的输入电阻为： 图2 同相比例放大器Rif=R1/Rf+Rid（1+Auo F） （8） 其中：Rid是运放的差模输入电阻，Auo是集成运放的开环电压增益，F=R1/(R1+Rf）为反馈系数。输出电阻：Ro0 放大器同相端的直流平衡电阻为：RP = Rf / R1。 （9）放大器的闭环带宽为： （10） 最佳反馈电阻 （11）2同相比例放大电路的设计要求设计一个同相比例放大电路，性能指标和已知条件如下：闭环电压放大倍数Auf，闭环带宽BWf，闭环输入电阻Rif，最小输入信号UImin，最大输出电压UOmax，负载电阻RL，工作温度范围。设计步骤：（2） 选择集成运算放大器 在设计同相放大器时，对于所选用的集成运算放大器，除了要满足反相比例放大电路设计中所提出的各项要求外，集成运放共模输入电压的最大值还必须满足实际共模输入信号的最大值。并且要求集成运放具有很高的共模抑制比。当要求共模误差电压小于UOC时，集成运放的共模抑制比必须满足： 式中：UIC是运放输入端的实际共模输入信号。UOC是运放的共模误差电压。，异步计数器的分频功能，学会调整同步，异步计数器的分频数。二、实验结论集成算术逻辑单元（ALU）能够完成一系列的算术运算和逻辑运算。它的功能如下表所示：引脚图如下图所示：该算术逻辑单元可以对两个位数据和进行种算术或逻辑运算，并有清零和预置功能。所谓清零是使各数据输出端的状态为0。预置是使数据输出端处于预定的状态。输入信号S2S0选择种不同的运算功能。进行算术运算时，其输出F3F2F1F0为二进制数；进行逻辑运算时，则为含一定意义的代码；进行预置操作时，预定的状态从A3A2A1A0端输入。可以根据需要把若干片位ALU与超前进位产生器连接，扩展ALU的位数。下图就是一种16位的ALU的连接方法 。这种运算电路从最低位到最高位都是超前进位，常称为全超前进位电路。A-B=A+B补-2N;若AB，则A+B补应有进位1(才足够减2N)，但实际AB符号位应为0；若AB，则A+B补应有进位0，但实际AB符号位应为1；综上，符号位应取反实验报告六 触发器院校：四川大学电气信息学院专业：电气工程及其自动化实验人：刘德春，同组人：戴晓冬时间：2010年3月6日一、实验目的1.掌握触发器逻辑功能和测试方法。2.测试与非门构成的RS触发器的逻辑功能。3.测试JK触发器的逻辑功能。4.测试D触发器的逻辑功能二、实验预习要求1. 预习触发器的相关内容。2. 熟悉触发器功能测试表格。3. 复习J-K触发器的逻辑功能。4. 掌握D触发器和J-K触发器的真值表及其转换的基本方法。三、实验原理触发器是一个具有记忆功能的二进制信息存储器件，是构成多种时序电路的最基本逻辑单元。触发器具有两个稳定状态，即“0”和“1”，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状基本RS触发器图为由二个与非门交叉藕合构成的基本RS触发器。基本RS触发器具有置“0”、置“1”和“保持”三种功能。通常称为置“1”端，因为=0时触发器被置“1”；为置“0”端，因为=0时触发器被置“0”，当=1时状态保持。基本RS触发器也可以用二个“或非门”组成，此时为高电平触发器。 图10.1 基本RS触发器2. D触发器D触发器的状态方程为：Qn+1=D。其