计算机电路实验讲义

1、实验四 二极管和三极管的检测一、实验目的1、学会用实验方法检测二极管、三极管 。2、学会使用proteus仿真软件。二、实验设备微型计算机、数字万用表、二极管、三极管。三、实验原理1、二极管的检测用数字万用表判断依据：二极管具有单向导电性。方法：将功能开关置“二极管档位”处，红表笔为高电位，黑表笔为低电位，两者压差为2. 8V，2.8V作用于二极管上，正向接法时,即使是发光二极管也足以使其导通，显示的是导通电压值，用mV 表示；反向接法时，显示“”表示溢出。具体如下：1）红表笔插入“”，黑表笔插入“”2）将待测二极管并于两表笔之间，显示的数据若为550mV左右，则表示此二极管为硅材料二极管，且

2、红表笔接的是哪一端为二极管的正极，黑表笔接的一端为二极管的负极。调换表笔则显示“1”，说明被测二极管是好的，否则为坏。显示的数据为300mV，则表示被测的二极管为锗材料二极管。2、三极管的检测对于三极管的识辨，有很多种方法，有些器件上有标明几个脚的标号，这固然容易识别，而有些没有标号，就要利用仪器去测量。根据三极管的原理知道它是由两个相反的二极管并列而成，找准了基极就可利用上面测量二极管的方法，与基极导通的为发射极，相反的为集电极。1）基极的判别：判断依据：是二极管具有单向导电性。判断方法同二极管的判别。将功能开关置“二极管档位”处，红表笔插入“”，黑表笔插入“”。NPN：红表笔接假定的“基极

3、”，黑表笔分别假定的“集电极”、“发射极”，两次测量结果都是显示550mV左右；调换表笔，两次测量都显示“1“，则表明红表笔接的是真正的基极，且该管为NPN型硅材料的管子，该管是好的。PNP：黑表笔接假定的“基极”，红表笔分别接假定的“集电极”、“发射极”，两次测量结果都是显示300mV左右；调换表笔，两次测量都显示“1”，则表明黑表笔接的是真正的基极，且该管为PNP型锗材料的管子，该管是好的。 2) 集电极、发射极的判别判别依据：三极管具有电流放大作用。将功能开关置“hFE”处，根据管型将其插入相应的管座，基极（b）插入b座,假定的集电极（“c”）插入c 座，假定的发射极（“e”）插入e 座

4、，若显示的数据为值，为几十-几百 ,则表明假定的集电极（“c”）是真正的集电极，假定的发射极（“e”）是真正的发射极e；显示的值 很小,则表明此种接法不正确。 3、Proteus软件简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus软件的资源非常丰富，可以提供以下功能：（1）提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。（2）提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I

5、2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。（4）提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。实验室微机中，在C:PROTEUS7.4SP3绿色版本PROTEUS7.4SP3绿色版本目录下，双击运行ISIS 7 Professional.e

6、xe，即可进入Proteus仿真。四、实验内容（一）二、三级管的检测用万用表判断所发元器件，并记录有关的数据，观察测量值是否与其标称值相符，将测量数据填入下列表格中。1、二极管测量表表1-1 二极管测量表元件名称型号正向电阻反向电阻好坏2、三极管测量表 表1-2 三极管测量表元件名称型号BEBC好坏正向电阻反向电阻正向电阻反向电阻（二）二极管伏安特性分析二极管最重要的特性是单向导电性。图1-1中， 调节可变电阻的阻值，可改变二极管D1两端的电压。当二极管外加正向电压时，它呈现的正向电阻比较小，通过的电流比较大。当外加正向电压很低时，外电场不能克服PN结的内电场，多数载流子不能顺利通过阻挡层，这

7、时正向电流极小，当外加电压超过某电压时，正向电流随电压很快增长，此电压又称死区电压。通常，硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V。当外加反向电压时，反向电压加强了内电场对多数载流子的阻挡，所以二极管中几乎没有电流通过。当反向电压增大到某值以后，反向电流会突然增大，这种现象称反向击穿，这时二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向击穿电压。1、电路原理图 图1-1 二极管伏安特性测试电路图2、元件清单 表1-3 二极管伏安特性测试电路所需元件元件名称所属类所属子类DIODE(二极管)DiodesGenericBATTERY(电池)Simulator PrimitivesSou

8、rcesRES（电阻）Modelling PrimitivesAnalog(SPICE)POT-HG(可变电阻)ResistorsVariable3、拾取元件 图1-2 进行拾取元件操作的按钮图1-3 选取仿真电源 图1-4 选取电阻元件 图1-5 选取二极管元件图 1-6 选取可调电阻点击Terminals Mode图标，在对象选择器中选取其中GROUND，在编辑窗口单击放置“地”元件。图1-7 放置“地”4、布局电路 将元件添加到对象选择器中。 图 1-8 布局电路5、编辑元件属性鼠标左键双击其中的电阻，弹出电阻编辑对话框，将其阻值修改为100。同样，双击电源和滑动电阻器，编辑其属性将其值

9、修改为：电源 2V、滑动电阻器100。 图1-9 编辑电阻元件的属性6、放置直流电流表、直流电压表 点选工具箱中的Virtual Instrument Mode图标，选择DC AMMETER（直流电流表），在编辑窗口需要的位置放置点击放置该表。同样，选择DC VOLTMETER(直流电压表)，可在需要位置放置直流电压表。图1-10 选取直流电流表左键双击电流表，修改属性为毫安表。图1-11 编辑直流电流表的属性为毫安表7、连接电路将鼠标放置到电路连接点，点击鼠标左键，拖动鼠标，即可画线。 图 1-12 放置直流电流表、直流电压表8、在电路图中添加自己的学号姓名图 1-13 添加学号姓名9、运行

10、电路，记录结果 点击运行按钮，运行电路。、图1-14 运行电路调节可调电阻，使二极管两端的电压分别为下表1-4所示值，记录对应电流的值。表1-4 二极管伏安特性测试表Ud（V）0.40.590.660.680.690.70.71I（mA）（三）三极管的输出特性分析三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构，根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。这种内部有两个具有单向导电性的PN结结构的特点，是三极管能够起放大作用、能够充当开关元件的内部条件。 三极管的输出特性是指当基极电流IB一定时，集电极电流IC与集-射极电压UCE之间的关系曲线。在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以三极管的输

11、出特性是一组曲线。通常把输出特性曲线分为三个工作区：放大区：三级管要工作在放大区，发射结必须处于正向偏置，集电结则应处于反向偏置，对硅管而言应使UBE0，UBC0。在放大区，IC IB ,由于在不同IB下电流放大系数近似相等，所以放大区也称为线性区。截止区：对NPN硅管而言，当UBE0.5V时即已开始截止，但是为了使三极管可靠截止，常使UBE0V，此时发射结和集电结均处于反向偏置。饱和区：UCEUBE，发射结和集电结均处于正向偏置。此时IB的变化对 IC的影响较小，放大区的放大倍数不再适用于饱和区 。在proteus软件平台下，搭接图1-15电路，测试三极管的输出特性，填写表1-5，并回答思考

12、题。图1-15 三极管输出特性测试2、选取元件元件名称或关键字所属类所属子类/元件号NPN（三极管）TransistorsGenericRES (电阻)ResistorsGeneric / RESBATTERY(电池)Simulator PrimitivesSources 图1-16 选取NPN型三极管3、添加直流探针和直流电压表、直流电流表。 图 1-17 直流探针和直流电压表4、 调节探针的电压即Ui的电压，观察三极管各管脚的电压及IB、IC的值，注意图中电压表、电流表的参考方向。如果显示的值为负数，说明其值与参考方向相反。填写表1-5。表1-5 三极管输出特性测试Ui（V）IB（mA）I

13、C（mA）UBEUBCUCE状 态11.21.41.620.5五、实验报告1、简单总结测量二极管、三极管的方法。2、小结二极管的伏安特性。实验五 集成运算放大电路一、实验目的1、掌握用集成运算放大电路组成比例、求和电路的特点及性能。2、学会上述电路的测试和分析方法。二、实验内容1、电压跟随电路图5.1 电压跟随电路（1）电压跟随电路特点：输入信号从同相输入端引入。反馈加到反相输入端，反相输入电阻R1断开或者反馈电阻RF=0。闭环电压放大倍数（2）元件清单表5.1 电压跟随电路元件清单元件名称所属库属性值OP07（运算放大器）LINTECRES(电阻)DEVICE10K (3)修改输入电压Ui值

14、，执行电路，观察结果。填写下表。表5.2 电压跟随电路结果Ui（V）-2-0.50+0.51Uo(V)RL=RL=10K2.反相比例放大电路图5.2 反相比例放大电路反相比例放大电路特点输入信号从反相输入端输入。反馈电阻跨接在输出端与反相输入端之间。闭环电压放大倍数（2）修改输入电压Ui值，执行电路，观察结果。填写下表5.3。表5.3 反相比例放大电路结果直流输入电压Ui(V)-1.2-0.50.030.10.311.22输出电压Uo（V）（3）思考题：说明图5.2反相比例放大电路的反馈类型。说明图5.2，运算放大器饱和时最大的输出电压是多少？3.同相比例放大电路图5.3 同相比例放大电路（1

15、）修改输入电压Ui值，执行电路，观察结果。填写下表5.4。表5.4 同相比例放大电路结果直流输入电压Ui(V)0.030.10.313输出电压Uo（V）（2）思考题：计算图5.3 同相比例放大电路的闭环电压放大倍数。说明图5.3同相比例放大电路的反馈类型。4.反相求和放大电路图5.4 反相求和放大电路电路特点：在反相输入端增加若干输入电路。修改输入电压Ui值，执行电路，观察结果。填写下表5.5表5.5 反相求和放大电路结果Ui1(V)0.3-0.3Ui2(V)0.20.2Uo(V)5.双端输入求和放大电路图5.5 双端输入求和电路）电路特点：两个输入端都有信号输入，为差分输入。（2）修改输入电

16、压Ui值，执行电路，观察结果。填写下表5.6表56 双端输入求和电路结果Ui1(V)11.80.2Ui2(V)0.52-0.2Uo(V)三、实验报告1、搭接电路，测量并填写表26，回答思考题。2、总结本实验中5种运算电路的特点及性能。能进行理论分析与计算。实验六 组合逻辑电路设计一、实验目的掌握组合逻辑电路的设计方法、设计步骤 二、实验内容设计并实现一逻辑电路供三人（A、B、C）表决使用。每人有一按钮，如果他赞同，就按下按钮，表示“1”；如果不赞同，不按按钮，表示“0”。表决结果用指示灯来表示，如果多数人赞同（2人及以上）就通过，此时灯亮；相反，少数人同意就不通过，此时灯不亮。设计步骤：列出逻

17、辑状态表。 表6-1 三人表决器逻辑状态表ABCY00000010010001111000101111011111（2）由逻辑状态表画出卡诺图，写出逻辑表达式。 表6-2 卡诺图Y = AB+BC+AC（3）选取元件，画电路图。 表6-3 proteus软件所需元件的名称元件名称或关键字所属类所属子类/元件号AND（与门）Modelling PrimitivesAND_2OR (或门)Modelling PrimitivesOR_3RES (电阻)ResistorsGeneric / RESSWITCHSwitches &RelaysSWITCHLED(发光二极管)Optoelectronic

18、sLED-RED图6-1 三人表决器电路图（4）按照表6-1所示逻辑状态，验证电路。思考题：如果使用2片74LS00（四二输入与非门），如何实现以上电路。画出电路、并写出状态表。提示：（1）对逻辑表达式使用摩根定理。 （2）74LS00是最常用的二输入与非门，芯片中集成了四个与非门。2、参考实验内容1的步骤，使用二输入与非门（74LS00）设计并实现4人表决电路。电路功能：A同意就通过；B、C、D都同意也通过。报告要求：列出逻辑状态表、写出表达式、电路图、运行电路的结果图。三、实验报告1、回答思考题。2、按设计顺序写出实验内容2的逻辑表达式、以及将逻辑表达式转换成所需要的形式，画逻辑电路图。实

19、验七 译码器和数据选择器实验目的1、掌握集成芯片的测试方法。2、熟悉74LS38译码器和74LS151数据选择器的工作原理、管脚分布、逻辑功能。3、学会使用译码器、数据选择器构成组合电路的方法。实验原理1、集成译码器74LS138译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，输出通道中相应的一路有信号输出。74LS138是集成3线-8线译码器，在数字系统中应用比较广泛。图7-1是其引脚排列。其中A2、A1、A0为地址输入端，Y0Y7为译码输出端，S1、S2、S3为使能端。表7-1为74LS138 的真值表。 74LS138工作原理：当S1=1、S2+

20、S3=0时，电路完成译码功能，输出低电平有效。其逻辑表达式为：图7-1 74LS138引脚排列图表7-1 74LS138集成3-8译码器真值表2、8选1数据选择器74LS15174LS151为互补输出的8选1数据选择器，引脚排列如图7-2所示，功能见表7-2。图7-2 74ALS151引脚排列图选择控制端（地址端）为CA，按二进制译码，从8个输入数据X0X7中，选择一个需要的数据送到输出端Y，E为使能端，低电平有效。（1）使能端E1时，不论CA状态如何，均无输出（Y0，Y1），多路开关被禁止。（2）使能端G0时，多路开关正常工作，根据地址码C、B、A的状态选择X0X7中某一个通道的数据输送到输

21、出端Y。如：CBA000，则选择X0数据到输出端，即YX0。如：CBA001，则选择X1数据到输出端,即YX1，其余类推。表7-2 74LS151真值表实验内容1、74LS138逻辑功能测试图7-3 74LS138逻辑功能仿真测试图（1）选取元件，画电路图。 表7-3 所需元件的名称元件名称或关键字所属类所属子类/元件号74LS138RES (电阻)ResistorsGeneric / RESSWITCHSwitches &RelaysSWITCHLED(发光二极管)OptoelectronicsLED-RED（2）编辑元件的属性，修改其值为所需要的值。（3）连接电路，并运行电路。按表7-4所

22、示，改变输入开关状态,记录译码器输出状态。LED灯亮为0、灯不亮为1。 表7-4 74LS138真值表测试输入输出E1E2+E3CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y710000100011001010011101001010110110101110*1*2、用一个74LS138译码器实现函数。 （1）将函数F转换成最小项表达式 利用摩根定理进行变换，并将输入变量X、Y、Z转换为C、B、A端。（3）将74LS138译码器的输出端接一个四输入与非门（74LS40），即可实现F函数。电路如图7-4所示。 图7-4 利用74LS138实现函数F（4）运行电路，拨动输入开关，填写真值表，验证电路。 表7

23、-5 函数F的真值表CBAF0000010100111001011101113、8选1数据选择器74LS151应用数据选择器除了有数据选择的功能，如果将3个地址输入作为3个输入变量，数据输入端Di作为控制信号，则输出，可实现3变量最小项构成的逻辑函数。思考题：使用8选1数据选择器74HC151产生逻辑函数：，写出具体步骤、画电路图、真值表。（proteus软件没有提供74LS151模型，使用74HC151。74LS151是TTL器件，工作电源电压是5V，74HC151是CMOS器件，工作电源电压是2V- 6V。两种器件的逻辑关系是相同的。）四、实验报告1、搭接电路，填写表7-4、表7-5。2、

24、按要求回答思考题。实验八 时序电路测试及分析一、实验目的1、熟悉J-K触发器的构成，工作原理和功能测试方法。2、掌握常用时序电路分析，设计及测试方法。二、实验内容1、负边沿J-K触发器功能测试负边沿J-K触发器的逻辑符号如图8-1所示。图8-1 负边沿J-K触发器逻辑符号（1）74LS112芯片是双J-K负边沿触发器。按图8-2测试其功能。图8-2 74LS112功能测试图选取时钟信号和逻辑电平探针，见图8-3。放置后，必须对其属性修改。时钟的频率值为1Hz；逻辑电平探针属性选为需要的高电平（Strong High）或低电平（Strong Low）。运行电路，并将结果填入表8.1中。图8-3 逻辑电平探针和时钟信号的选取及属性修改表8-1 74LS112双J-K负边沿触发器功能表 CP J K QnQn+1功能0 1X X XX1 0X X XX1 1 0 0011 1 0 1011 1 1 0011 1 1 101（2）使能端Sd=1，Rd=1。令J=K=1时，CP端加1KHz连续脉冲，用双踪示波器观察Q-CP波形。图8-4 J=K=1时，示波器观察波形图 8-5 选取示波器2、异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器电路图如图8-6所示。图中，每个触发器的J、K端悬空，相