201297机械10电工与电子技术实验讲义

1、实验一 基本电路定理的研究实验性质：验证性（4学时）一、 实验目的1 学会直流稳压电源、直流电流表和万用表的使用。2 通过实验加深对基儿霍夫定律、叠加原理和戴维南定理的理解。3 学习有源二端等效电路的测量方法，研究戴维南定理。二、 预习要求1 对基尔霍夫定理进行预习。2 预习叠加定理、戴维南定理，注意其应用条件。3 预习等效电路测量法。三、 实验原理1 基尔霍夫定理基尔霍夫电流（KCL）定律：在电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零。即：通常规定流出节点的支路电流取正号，流入节点的支路电流取负号。基尔霍夫电压（KVL）定律，在电路中，沿任一回路内所有支路或元件电压的代数和恒

2、等于零。即：通常约定，凡支路或元件的参考方向与选定的回路绕行参考方向一致者取正号，反之取负号。2 叠加原理在任一线性网络中，多个激励同时作用引起的响应之和等于每个激励单独作用时引起的响应之和。所谓某一激励单独作用，就是除了该激励外，其余激励均置零，即理想电压源用短路线代替，理想电流源用开路代替。对于实际电源，电源内阻必须保留在原电路中。叠加定理不能用于功率的分析。3 戴维南定理一个含独立源、线性受控源、线性电阻的二端电路N，对其两个端口来说都可以等效为一个理想电压源串联内阻的模型如图4-1。其理想电压源的数值为有源二端电路N的两个端子间的开路电压，串联的内阻为N内部所有独立源等于零（理想电压源

3、短路，理想电流源开路，受控源保留）时，两端子间的等效电阻，也记作。4.端口等效电阻测量方法等效电路的和可以计算得出，也可以实验测得。测量方法如下：（1）直接测量法在有源二端网络输出端开路时，用电压表（高电阻）直接测量其输出端的开路电压UOC，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则内阻为：（2）伏安法如果线性网络不允许a、b端开路或短路时，可以在a、b端不开路也不短路的情况下先测量出外特性，绘制出外特性曲线，然后将该特性曲线延伸，其在纵坐标（电压坐标）上的截距就是，如图4-2 。实际上，在测试中，只要知道外特性曲线上任意两点的坐标参数，就可以计算出和。计算公式如下：设端口负载分别为

4、和，外特性曲线上两点a、b的坐标分别为和，如图4-2，则，也可以表示：用伏安法主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出电压UN，则内阻为：注：若二端网络的内阻很低时，则不宜测其短路电流。（3）半电压法 如图43所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻即为被测有源二端网络的等效内阻。 （4）零示法 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成叫大误差，为消除电压表内阻影响，往往采用零示测量法，如图44所示，当电压表读数为零时，稳压电源输出电压即为二端网络的开路电压。 四、实验内容与步骤1 基尔霍夫定律的验证实验原理图如图4-5，将两路直流稳压电源接入电路，如图4

5、-5所示。测量电路中各电流值和电压值填入表4-1中。其中： US1=10V，US2=15V，R1=300，R2=470，R3=510，R4=200，R5=100 表4-1 基尔霍夫定律实验数据I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UBC(V)UDE(V)UBE(V)UEF(V)计算值测量值注：计算值根据实验电路各电路元件标注的标称值计算得到。通过结点A、E的电流代数和验证KCL定律，用回路ABEF、BCDE和ACDF验证KVL定律。2 叠加原理的验证测量当直流源US110V和US215V分别单独作用时，电路中各电压电流值，填入表4-2。并对叠加原理进行验证。 表4-2叠加原理实验数据

6、I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UBC(V)UDE(V)UBE(V)UEF(V)US1单独作用US2单独作用US1、US2同时作用3. 验证戴维南定理1）测量开路电压和短路电流在图45的基础上去掉R3支路，按图45接线后，测出B、E间电压即为二端网络的开路电压UOC，然后关掉电源，在B、E间串联一只电流表，测B、E间短路电流ISC，将数据记在表43。表43 开路电压、短路电流数据UOC (V)IS(mA)RS= UOC / IS2）伏安法测量有源二端网络的等效参数 测量有源二端网络的外特性：在图45电路中，将R3作为负载电阻RL，用电位器改变负载电阻RL 的阻值，逐点测量对应的

7、电压、电流，将数据记入表44中。并计算有源二端网络的等效参数UOC和RS。表44 有源二端网络外特性数据 RL(W) 900 700500 300 100 0 UL (V) I(mA)3）验证有源二端网络等效定理测量有源二端网络等效电压源的外特性：连接图4-5 的等效电路，如图4-6。图中，电压源US用恒压源的可调稳压输出端，调整到表43中的UOC数值，内阻RS按表43中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。然后，用电位器改变负载电阻RL 的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表45中。 表45 有源二端网络等效电路的外特性数据 RL(W) 900 700 500 300 100 0 UL

8、(V) I(mA)四、预习内容复习基尔霍夫定律、叠加原理、戴维南定理，掌握定理的内容及应用条件；五、注意事项：1、 改接线路时，必须关掉电源；2、 注意仪表量程的及时更换；3、 滑动变阻器均用固定阻值：4、 验证各定理时，请注意方向。七、实验报告要求1、根据实验数据，验证基尔霍夫电流、电压定律。2、根据实验数据，通过求各支路电流和各电阻元件两端电压，验证线性电路的叠加性。3、根据实验数据，验证戴维南定理并写出验证步骤。4、叠加原理U1、U2单独作用时，可否直接将不作用的电源直接短接置零？5、在实验中，可否直接使用测量数据进行定律验证？你是如何判断各条支路的电压电流实际方向的？6、各电阻元件所消

9、耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据计算、说明。实验九基本放大电路实验性质：验证性（3学时）一、实验目的1、 学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。2、 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3、 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。二、实验原理图91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Rb1和Rp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。当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反，幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压

10、放大。图91 共射极单管放大器实验电路在图91电路中，当流过偏置电阻Rb1和Rp 的电流远大于晶体管T 的 基极电流IB时（一般510倍），则它的静态工作点可用下式估算 UCEUCCIC（RCRE）电压放大倍数 输入电阻 RiRB1 / RB2 / rbe输出电阻 RORC由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握

11、必要的测量和调试技术。放大器的测量和调试一般包括：放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。1、 放大器静态工作点的测量与调试1)静态工作点的测量测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui0的情况下进行， 即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用算出IC（也可根据，由UC确定IC），同时也能算出UBEUBUE，UCEUCUE。为了减小误差，提高测量精度，

12、应选用内阻较高的直流电压表。2)静态工作点的调试 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。静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uO的负半周将被削底，如图92(a)所示；如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图92(b)所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的输入电压ui，检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。 (a) (b)图92

13、 静态工作点对uO波形失真的影响改变电路参数UCC、RC、RB（RB1、RB2）都会引起静态工作点的变化，如图93所示。但通常多采用调节偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。图93 电路参数对静态工作点的影响最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。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

14、阻、最大不失真输出电压（动态范围）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，然后加入输入电压ui，在输出电压uO不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和UO，则 2)输入电阻Ri的测量为了测量放大器的输入电阻，按图94 电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R1，在放大器正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得 图94 输入、输出电阻测量电路测量时应注意下列几点: 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压 UR时必须分别测出US和Ui，然后按URUSUi求出UR值。 电阻R的值不宜取得过大或过小，

15、以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量级为好，本实验可取R3.3K。3)输出电阻R0的测量按图2-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压UO和接入负载后的输出电压UL，根据 即可求出 在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。4)最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围）如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波器观察uO，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图95）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整

16、输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于。或用示波器直接读出UOPP来。图 95 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真三、实验设备与器件 1、12V直流电源 2、函数信号发生器3、双踪示波器 4、交流毫伏表 5、直流电压表 6、直流微安表、毫安表7、频率计 8、万用电表9、晶体三极管9013×1(50100)或9011×1 （管脚排列如图97所示） 10、电阻器、电容器若干四、实验内容实验电路如图91所示。为防止干扰各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则

17、屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。1、调试静态工作点 接通直流电源前，先将RW调至最大。接通12V电源、调节RW，使，测量UCE、UBE、VE、VB、VC、用万用电表测量RW值。记入表91,计算Ib、IC、，结果填入表91中。表 9-1 测量值计算值UCE（V）UBE（V）VB（V）VE（V）VC（V）RW（K）UBE（V）Ib（A）IC（mA） 2、测量电压放大倍数在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Ui10mV，同时用示波器观察放大器输出电压uO波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下的UO值，并用双踪示波器观察u

18、O和ui的相位关系，记入表92。表92 UCE5V Ui mVRC（K）RL(K)Uo(V)AV观察记录一组uO和u1波形2122 五、实验总结 1、 列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。 2、总结RC，RL及静态工作点对放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的影响。3、讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。4、分析讨论在调试过程中出现的问题。六、预习要求1、阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。假设：9013 的100，Rb1100K，Rp60K，RC2K，RL2.4K。

19、估算放大器的静态工作点，电压放大倍数AV，输入电阻Ri和输出电阻RO 2、阅读实验附录中有关放大器干扰和自激振荡消除内容。3、怎样测量Rp阻值？4、当调节偏置电阻Rp，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化？ 5、改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响？改变外接电阻RL对输出电阻RO有否影响？ 实验十 集成运算放大器的基本应用实验性质：验证性（3学时）一、实验目的（1）初步接触集成运算放大器,了解其外形特征、 管脚设置及其基本外围电路的连接。（2）通过反相比例运算电路、加法运算电路及减法运算电路输出、 输入之间关系的测试，初步了解集成运放基本运算电路的功能。

20、（3）进一步熟练示波器的使用，练习使用双踪示波器测量直流及正弦交流电压，以及对两路信号进行对比。 1)二、实验内容（1）反相比例运算电路测试。（2）反相加法运算电路测试。（3）减法运算电路测试。（4）加法运算电路测试。一、 实验原理 集成运算放大器(简称运放)是一种高放大倍数，直接耦合的多级直流放大器，它具有很高的开环电压增益、高输入电阻低输出电阻，并具有较宽的通频带，而且体积小。可靠性高，通用性强，因此在电子技术领域里得到广泛的应用。1.理想运算放大器特性在大多数情况下，将运放视为理想运放，就是将运放的各项技术指标理想化，满足下列条件的运算放大器称为理想运放。开环电压增益Aud=输入阻抗ri

21、=输出阻抗ro=0带宽 fBW=失调与漂移均为零等。理想运放在线性应用时的两个重要特性：（1）U+U，“虚短”。（2）I+=I-0，“虚断”。上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。2.基本运算电路（1） 反相比例运算电路电路如图101所示。对于理想运放， 该电路的输出电压与输入电压之间的关系为 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2R1 / RF。 图101 反相比例运算电路 图102 反相加法运算电路（2）反相加法电路电路如图92所示，输出电压与输入电压之间的关系为 R3R1 / R2 / RF （3） 同相比例运算电路图103(a

22、)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 R2R1 / RF当R1时，UOUi，即得到如图103(b)所示的电压跟随器。图中R2RF，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10K， RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器 图10-3 同相比例运算电路 （4） 减法器对于图3-4所示的减法运算电路，当R1R2，R3RF时， 有如下关系式 图104 减法运算电路图 四、实验设备与器件1、±12V直流电源2、函数信号发生器 3、交流毫伏表 4、直流电压表 5、集成运算放大器A741 6、 电阻器、电容器若干。五、实验步骤实验前要

23、看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。1.反相比例运算电路1) 按图101连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，进行调零和消振。2) 输入f500Hz，Ui0.2V的正弦交流信号，测量相应的UO，并用示波器观察uO和ui的相位关系，记入表10-1。表10-1Ui0.2V，f500HzUi（V）U0（V）ui波形uO波形AV实测值计算值2.同相比例运算电路1) 按图103(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表102。 2) 将图103(a)中的R1断开，得图103(b)电路重复内容1)。表102Ui0.2Vf500HzU

24、i（V）UO(V)ui波形uO波形AV实测值计算值3.反相加法运算电路（1）按图102连接实验电路。调零和消振。六、实验报告（1）整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。（2）将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。 （3）分析讨论实验中出现的现象和问题。实验十二 组合逻辑电路的分析与应用实验性质：验证性（3学时）一、实验目的1.掌握数字电子技术实验仪及示波器的使用方法；2.学会门电路逻辑功能的测试方法；3.掌握SSI、MSI组合逻辑电路的分析及应用方法；二、实验原理本实验以目前使用较普遍的CMOS门电路为例。实验前先学习实验仪的使用方法，再介绍基本集成门电路逻辑功能的静

25、态测试方法。然后按给出的实验接线图接好电路，特别注意VCC及地线不能接错。实验中改动接线需先断开电源，接好线后再通电实验。三、实验仪器及器件数字电子技术实验仪万用表示波器74HC00、74HC32、74HC86、74HC20、 74HC138、四、预习要求熟悉集成芯片74HC00、86、32、20、138的管脚图。熟悉数字电子技术实验仪的使用。熟悉示波器的使用。五、实验要求逻辑门功能测试电路如图12-1所示，测试两输入端与非门（74HC00）、两输入端异或门（74HC86）、两输入端或门（74HC32）的逻辑功能。将测试结果填入表12-1中。 图12-1 门电路功能测试表12-1 输 入 输

26、出ABF1F2F3F3电压/V00011011用两输入端与非门74HC00实现：与门、或门、非门、或非门四种逻辑电路。设计要求：写出变换的逻辑表达式，画出逻辑电路图，将测试结果填入表12-2中。 表12-2 输 入 输 出ABF1 （与门）F2 （或门） F3 （非门）F4（或非门）00 01 10 11 用两输入端异或门74HC86设计一个三输入一输出的奇偶校验电路。当三个输入信号中有奇数个为高电平时，输出为高电平，否则为低电平。要求列真值表、写出逻辑表达式并绘出逻辑电路图。设计一个组合逻辑电路，它有三个输入端，一个输出端，当有两个或三个输入为高电平时，输出高电平，否则输出为低电平。此电路叫

27、多数表决电路。设计要求：用与非门实现。用3/8线译码器74HC138和一个与非门设计。 列出真值表，写出逻辑表达式，并画出逻辑电路图。六、实验报告要求按“五.实验要求”各步骤填表并画逻辑电路图，写出完整的实验报告。 实验十三 触发器及其应用实验性质：设计性（3学时）一、实验目的测试并掌握RS、D、JK等触发器的逻辑功能。掌握用触发器设计简单时序电路的方法。二、实验原理时序电路具有保持（记忆）功能。它的输出状态不仅和当时的输入有关，还和在此之前的电路状态有关。触发器是组成时序电路的最基本单元，因此熟悉触发器的功能和学习应用各种触发器搭接一些简单的时序电路是十分必要的。触发器有两个稳定状态，即“0

28、”和“1”状态。只有在触发信号作用下，才能从原来的稳定状态转变为新的稳定状态。因此触发器是一种具有记忆功能的电路，可作为二进制存贮单元使用。触发器的种类很多，按其功能可分为基本RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器等；按电路的触发方式又可分为电位触发器型、主从型、维阻型、边沿触发器型等。集成触发器主要有三种类型：锁存器、D和JK触发器。锁存器是电位型触发器，由于它存在“空翻”不能用于计数器和移位寄存器，只能用于信息寄存器。维阻D触发器，克服了“空翻”现象，所以称作维阻型触发器。主从触发器，虽然克服了“空翻”，但存在一次变化问题，即在CP=1期间，J、K端若有干扰信号，触发器可能产生误动作，

29、这就降低了它的抗干扰能力，因而使用范围就受到一定的限制。边沿触发型JK触发器抗干扰性能较好，故应用广泛。. 触发器基本触发器基本触发器是各种触发器中最基本组成部分，它能存贮一位二进制信息，但有一定约束条件。例如用与非门组成的触发器的、不能同时为“”，否则当、端的“”电平同时撤消后，触发器的状态不定。因此的情况不允许出现。基本触发器的用途之一是作无抖动开关。例如在图13（a）电路中，当开关接通时，由于机械开关在扳动过程中，存在接触抖动，使得点电压从干脆的跃降到的一瞬间（几十毫秒），会发生多次电压抖动，相当产生连续多个脉冲信号。如果利用这种电路产生的信号去驱动数字电路，则可能导致电路发生误动作。这

30、在某些场合是绝对不允许的，为了消除机械开关的抖动，可在开关与输出端之间接入一个触发器（见图13（b）所示），就能使F端产生很清晰的阶跃信号。那么这种带RS触发器的开关通常称为无抖动开关（或称逻辑开关）。而把有抖动的开关称为数据开关。 （a）开关接触抖动 (b) 无抖动开关电路 图 13-1 RS触发器的应用D触发器图13-2(a)和图15-2(b)为D触发器的逻辑符号和状态转换图。表13-1，表13-2为D触发器74HC74的特性表和驱动表。表13-1 74HC74特性表D0011 （a）D触发器的逻辑符号 (b)D触发器的状态转换图 图13-2 D触发器特性方程：=D。实验所用74HC74为

31、双D型正沿触发器，其管脚排列见附录。在这种芯片中有两个D触发器，PR为预置端，CLR为清零端，CP为时钟输入端。当PR和CLR端为高电平时，触发器在CP的正沿触发；当CLR为低电平时清零；PR为低电平时置“1”。功能表见表13-3。表13-2 74HC74驱动表 D0 0 00 1 1 1 0 0 1 1 1 表13-3 74HC74功能表输出预置（PR）清除（CLR）时钟（CP）D01××1 010××0 100××不 定*11 11 011 00 1110× *这种情况禁止出现，因为正，负逻辑输出端都为1，破坏了逻辑关系

32、。 J-K触发器图15-3（a）和图15-3(b)为J-K触发器的逻辑符号和状态转换图，其特性表和驱动表见表13-4和表13-5。特性方程：=J+ （a）J-K触发器的逻辑符号 (b) J-K触发器的状态转换图 图 13-3 JK触发器实验所用74HC112为双J-K负沿触发器，其管脚排列见附录。CLK端是时钟脉冲输入端，为下降沿触发，PR、CLR分别为置“1”端和置“0”端。其功能表见表13-6所示。T触发器当把J-K触发器的J，K端连在一起，就得到T触发器的功能：当J=K=1时，每来一个时钟脉冲，它就翻转一次。J=K=0时，状态不变。表13-4 J-K触发器特性表J K 00000100100111010011011010111110表13-5 J-K触发器驱动表J K0 00 ×0 11 ×1 0× 11 1× 0表13 -6 74HC112功能表 输 入 输出 预置（PR）清除（CLR）时钟（CP）J K 0 1×× ×1 0 10×× ×0 100×× ×1* 1*1 10 0 1 11 01 01 10