电工电子学试验指导书

《电工电子学》实验指导书信息学院实验中心2012年2月目 录实验一电路基本定律.....................................................................................................-2-实验二RC一阶电路响应测试......................................................................................-6-实验三三相交流电路.....................................................................................................-9-实验四三相异步电动机的控制...................................................................................-12-实验五共射极单管放大电路.......................................................................................-15-实验六集成运算放大器...............................................................................................-19-实验七门电路与触发器...............................................................................................-22-实验八集成计数器与寄存器的应用...........................................................................-25-实验九555定时器及其应用........................................................................................-29-实验十直流稳压电源综合实验...................................................................................-31--1-实验一 电路基本定律一、实验目的1．验证基氏定律（ KCL、KVL）2．验证迭加定理3．验证戴维南定理4．加深对电流、电压参考方向的理解5．正确使用直流稳压电源和万用电表二、仪器设备1．TPE—DG2电路分析实验箱 1台2．MF－10型万用表及数字万用表 各1台三、预习内容1．认真阅读 TPE—DG2电路分析实验箱使用说明（见附录）2．预习实验内容步骤；写预习报告，设计测量表格并计算理论值3．根据TPE—DG2电路分析实验箱设计好连接线路四、实验原理1．基尔霍夫电流、电压定律及叠加定理（1）基尔霍夫电流定律（ KCL）在集总电路中，任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。AI1 I2R1 R2R3 I3E1 E2B图1-1 验证基尔霍夫电流、电压定律电路原理图电路原理图及电流的参考方向如图 1-1所示。根据 KCL，当E1、E2共同作用时，流入和流出结点A的电流应有： I1+I2-I3=0成立。-2-2）基尔霍夫电压定律（KVL）在集总电路中，任一瞬时，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。其电路原理图及电流的参考方向如图 1-1所示。根据 KVL 应有：E1-UR1-UR3=0；或E1-UR1+UR2-E2=0；或E2-UR1-UR2=0成立。3）叠加定理在线性电路中，任一支路中的电流（或电压）等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支路产生的电流（或电压）的代数和。所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源的作用都去掉，即理想电压源所在处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，且电路结构不作改变。由于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。电路原理图及电流的参考方向如图1-1所示。分别测量E1、E2共同作用下的电流I1、I2、I3；E1单独作用下的电流I1、I2、I3′和E2单独作用下的电流I1、I2、I3。根据叠加原理应有：I1=I1+I1；′+I3成立。I2=I2+I2；I3=I32．戴维南定理任何一个线性有源二端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替。理想电压源的电压等于原二端口网络的开路电压 UOC，其电阻（又称等效电阻）等于网络中所有电压源短路、电流源开路时的入端等效电阻 Req，见图1-2。a线性有a等效成+UOC源二端-网络bReqb图1-2 戴维南定理示意图（1）开路电压的测量方法a．直接测量法：当有源二端网络的等效电阻 Req与电压表的内阻相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。b．零示法：V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UOC稳Req压测量会造成较大误差。为了消除电压表内阻的影响，采用零示法。电即用一个低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压源-3-电源的输出电压与二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为 0。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为二端网络的开路电压 UOC。（2）等效电阻的测量方法a．短路电流法：用电压表测得开路电压 UOC后，将开路端短路，测其短路电流 ISC，则等效电阻 Req=UOC/ISC。此方法测量简便，但可能因短路电流过大会损坏电路内部的元件， 对于等效电阻较小的二端网络，一般不宜采用。b．两次电压测量法：先测开路电压UOC，再在开路端接一个已知负载电阻RL，测RL两端的电压UL，则等效电阻Req(UOC1)RL。ULc．半电压测量法：调电位器RL大小，当其两端的电压等于二端网络开路电压的一半UOCL时，RL的阻值即为等效电阻Req的值。ReqRd．直接测量法：当二端网络的等效电阻与万用表内阻相比可忽略不计时， 可用万用表欧姆档直接测量二端网络的等效电阻 Req。五、实验内容与步骤1、验证基尔霍夫电流（ KCL）、电压（KVL）定律实验线路中取的 E1=3V、E2=6V，R1=R2=R3=1kΩ，连接电路，测量各支路电流及各元件两端的电压值，验证结果，自拟表格。2、验证叠加定理测量E1、E2单独作用和共同作用时，各支路的电流值。数据填入表1-1。表1-1验证叠加定理I1（mA） I2（mA） I3（mA）计算 测量 误差 计算 测量 误差 计算 测量 误差E1作用E2作用E1、E2作用-4-3、验证戴维南定理用戴维南定理测量 R3支路的电流 I3。按实验原理，选择合适的测量方法测量开路电压 UOC和等效电阻 Req的值。然后用直流电压源和可变电位器分别调出 UOC和Req的值，再串上 R3支路，测量R3支路的电流 I3。注意：1．一定要接好线后再开电源，切勿带电接线。2．选定参考方向后，按参考方向插入指针式万用表表笔。 测量电压或电流时， 如果指针正偏，测量值为正，电压或电流的实际方向与参考方向一致；如指针反偏，则必须调换万用表表笔极性，重新测量，此时，测量值为负正，说明电压或电流的实际方向与参考方向相反。六、实验报告要求1．数据分析：用你所测得的实验数据如何验证定律及定理的？2．与计算值比较，分析误差原因。3．请回答问题：1）你是如何通过电流表的串入，测试并理解参考方向这一概念的？2）在验证戴维南定理的实验中， 如果线性二端网络的内阻和你所用的万用电表内阻接近时，应选用实验原理中讲述的哪种方法测量 Req值？-5-实验二 RC一阶电路响应测试一、实验目的掌握RC一阶动态电路零状态响应和零输入响应的概念。学习电路时间常数的测量方法。掌握有关微分电路和积分电路的概念。进一步学会用示波器观测波形。二、仪器设备1．TPE—A3模拟电路实验箱1台2．YB1602P系列功率函数信号发生器或EM1652系列数字信号源1台3．KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器1台三、实验原理1．RC电路的方波响应图2-1（a）所示为RC串联电路。为了用示波器观察电路的暂态过程，用方波来代替输入阶跃信号。在ui端加方波信号时，电容两端的响应波形如图2-1（c）所示。uiUmRui tpC0T/2 T

uCbUm0.632Umτct0aT/2Tt（a）RC一阶电路 （b）输入阶跃信号 （c）电容响应波形图2-1 方波激励下电容的响应波形图（c）中，ab段曲线是电容器的充电过程，即零状态响应过程。此过程维持时间的长短与时间常数τ有关，τ=RC。当t=τ时，电容电压 uC（τ）=0.632Um（Um为方波信号的峰值）；当t=5τ时，电容电压 uC（5τ）=0.993Um。通常认为 t=5τ时，电路暂态过程结束，进入新的稳定状态。 bc段是电容器的放电过程，即零输入响应过程。当 t=τ时，电容电压 uC（τ）=0.368Um；当t=5τ时，电容电压uC（5τ）=0.007Um，此时电路已接近稳定状态。ui uC+Umtp

+UmT/2 T0 t-Um

0-Um

t图2-2 输入正负对称方波时电容端的全响应波形-6-由于函数信号发生器输出的是正负对称的方波，因此，当此信号作为 RC电路的阶跃信号时，电路是一个输入阶跃和电容初始值均不为零的全响应过程，如图 2-2。2．用示波器测量时间常数 τ在电容充电响应波形上，沿波形在纵轴上找到 0.632Um值的点，通过该点做垂线与横轴相交，读出该点到充电波形起始端之间的格数 a，则时间常数 τ=a×扫描时间 s/div 。（注意扫描微调要放在CAL校准位置）。3．微分电路和积分电路微分电路和积分电路是电容器充放电现象的一种应用，电路如图2-3所示。微分电路中，当时间常数很小时，输出电压uR正比于输入电压ui的微分，即uRRCdui；积分电路中，当时间常数dt很大时，输出电压uC正比于输入电压ui的积分，即1uidt。uRRCuiCuRuiRuCRC(a)微分电路(b)积分电路图2-3微分电路与积分电路当输入电压ui的波形为正负对称的方波时，微、积分电路输入、输出电压波形如图2-4所示。如改变时间常数τ与方波脉冲宽度tP的比值，电容器充放电的快慢就不同，因此输出电压的波形就不同。ui,uRuRui,uCuiuiuC0tpt0ttp(a)微分电路uR波形(b)积分电路uC波形图2-4微分、积分电路输出波形在微分电路中，当τ>>tP时，电容器充电很慢，输出电压uR与输入电压ui的波形很相近。随着τ和tP比值的减小，电阻两端电压uR的波形逐渐变成正负尖脉冲，如图2-4（a）所示。τ越小，尖脉冲越陡。因此，构成微分电路的条件是： （1）τ<<tP（通常τ<0.2tP），（2）从电阻两端输出。在积分电路中，当 τ≤tP时，电容器充放电较快，电容两端的波形如图 2-1（c）所示。当 τ>>tP-7-时，电容器充电缓慢，后又经电阻缓慢放电，电容两端电压 uC的波形逐渐变成三角波， τ越大，充放电越缓慢，输出三角波的线性度越好， 如图2-4（b）所示。因此，构成积分电路的条件是：（1）τ>>tP（通常τ>5tP），（2）从电容两端输出。四、实验内容1．根据RC电路的全响应波形，观察零状态和零输入响应过程，并通过波形测量时间常数 τ由函数信号发生器输出 Upp＝3V、f＝1kHz（tP=T/2=0.5ms）的方波作为阶跃信号。设计实验电路，在元件参数满足要求时，通过示波器测量时间常数 τ，并与计算值比较误差。2．观察RC电路的微分响应按实验原理选择电阻、电容参数及方波信号的频率，观察 τ<<tP（一般τ<0.2 tP）时ui和uR的波形，并测量 uR峰峰值。改变电阻或电容的参数，使 τ值增大时，观察 uR波形的变化。3．观察RC电路的积分响应按实验原理选择电阻、电容参数及方波信号的频率，观察 τ>>tP时ui和uC的波形，并测量 uR峰峰值。改变电阻或电容的参数，使 τ值减小时，观察 uC波形的变化。五、实验注意事项1．实验前，掌握示波器各旋钮的功能。 观察双踪时，要特别注意相应开关、 旋钮的操作与调节。2．信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起 “共地”，以防外界干扰而影响测量的准确性。3．示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。六、思考题1．什么样的电信号可作为 RC一阶电路零输入响应、 零状态响应和完全响应的激励源？2．当输入方波信号频率升高或降低时， 如保持R、C值不变，其响应是否改变？通过实验验证。3．何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？七、实验报告1．根据实验观测结果，在方格纸上绘出 RC 一阶电路充放电时 uC 的变化曲线，由曲线测得 τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。2．根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。-8-实验三 三相交流电路一、实验目的1．验证三相电路中线量与相量的关系；2．学习三相负载的星形和三角形联接方法，观察中线的作用；3．学习用二瓦表测量有功功率。二、实验仪器电机与电力控制实验装置 一台数字万用表 一块A3380系列钳型表 一台三、预习要求1）复习三相交流电路的内容，熟悉实验步骤，写预习报告。2）预习A3380系列钳型表的使用（见附录Ⅱ） 。3）根据负载（灯泡 25w，230V）的参数估算电路中负载电流的大小。4）复习三功率表的使用。四、实验内容及步骤1 ．电灯负载作 Y形联接，如图 3-1：（负载为25w，230V灯泡）~380VIAAUV~380VIB B~380V I CW CIN图3-1 负载作Y形联接（1）每相开3盏灯构成对称负载，当电源电压为线电压 380V时，分别在有中线和无中线两种情况下测量各负载上的相电压、相电流及中线电流 I0、填入下表。2）每相分别开1、2、3盏灯构成不对称负载，分别在下面两种情况下测量各负载上的相电压、相电流及中线电流I0，填入下表，比较两种情况下，每相之间灯的亮度有无变化。-9-中各相电流及灯亮度相电压量线名灯亮度灯亮度灯亮度VAVBVCI0IBICIA比较数比较数比较数对 有中线380V称 无中线380V不 有中线380V对称 无中线220V2．电灯负载作△形联接，如图 3-2：（负载为 25w，230V灯泡）电源电压为线电压 220V，负载作三角形联接，分别在对称负载（每相 3盏灯）及不对称负载1．2．3盏灯）两种情况下，测量每相的线电流及相电流，并观察两种情况下，每相之间灯的亮度变化。~220VIA IABUA~220VIBIACVB~220VICICAWC图3-2 负载作△形联接I线 I相IA IB IC IAB IBC ICA对称不对称3．用二瓦表法测三相有功功率三相三线制供电系统中， 无论三相负载是否对称， 也无论负载是 Y接还是△接，都可用二瓦表法测量三相负载的总有功功率。实验电路如图 3-3所示。分别测量 Y接和△接对称负载时的功率，数据填入下表。连线时注意-10-功率表的电流线圈要串联在电路中，电压线圈要并联在电路中。*U1*W*三*相V1W负载W1图3-3测量数据负载情况P1（W）P2（W）P总（W）Y接对称负载 380V△接对称负载 220V测量时如功率表显示负值，应将功率表电流线圈两个端子对调（不能调换电压线圈端子） ，同时读数应记为负值。五、实验报告要求1．用实验数据说明在什么情况下电压、电流的线、相量间有 3关系？2．在什么情况下才能取消中线？3．如何用一瓦表测量负载对称及不对称时的三相有功功率。-11-实验四 三相异步电动机的控制一、实验目的1．看懂三相异步电动机铭牌数据和定子三相绕组六根引出线在接线盒中的排列方式；2．根据电动机铭牌要求和电源电压，能正确连接定子绕组 (Y形或 形)；3．了解按钮、交流接触器和热继电器等几种常用控制电器的结构，并熟悉它们的接用方法；4．通过实验操作加深对三相异步电动机直接起动和正反转控制线路工作原理及各环节作用的理解和掌握，明确自锁和互锁的的作用；5．学会检查线路故障的方法，培养分析和排除故障的能力。二、实验仪器与设备电动机控制综合实验台 一台导线若干 万用表一只三、预习要求1. 复习三相异步电动机直接启动和正反转控制线路的工作原理， 并理解自锁、互锁及点动的概念，以及短路保护、过载保护和零压保护的概念。2．复习交流接触器的工作原理。四、实验内容与步骤认识实验装置上复式按钮、交流接触器和热继电器等电器的结构、图形符号、接线方法；认真查看异步电动机铭牌上的数据，按铭牌要求将三相定子绕组接成△接。三相调压器输出端U、V、W调为线电压220V。UVWFRSB1KMKMFRM3~图4-1 三相鼠笼式异步电动机的点动控制点动控制开启电源控制屏总开关，按启动按钮，调节调压器输出线电压 220V后，按停止按钮，断开三相-12-电源。按图4-1点动控制线路接线，先接主电路，即从三相调压输出端 U、V、W开始，经接触器 KM的主触点，热继电器 FR的热元件到异步电机 M的三个定子绕组端，用导线按顺序串联起来。主电路检查无误后，再连接控制回路，即从三相调压输出端的某相 (如V)开始，经过热继电器 FR的常闭触点、接触器KM的线圈、常开按钮 SB1到三相调压输出的另一相 (如W)。接好线路，经指导教师检查后，方可进行通电操作。（1）按电源控制屏启动按钮，接通 220V三相交流电源。2）按下按钮SB1，对异步电机M进行点动操作，比较按下SB1与松开SB1时，电机和接触器的运行情况。3）实验完毕，按电源控制屏停止按钮，切断电源。自锁控制图4-2所示为自锁控制线路， 它与图4-1的不同点在于控制电路中多串联了一个常闭按钮 SB2，同时在SB1上并联一个接触器 KM的常开触点，它起自锁作用。UVWFRSB1SB2 KMKMKM图FRM3~4-2 三相鼠笼式异步电动机的自锁控制按图4-2接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。（1）按电源控制屏启动按钮，接通 220V三相交流电源。2）按起动按钮SB1，松手后观察电机M是否继续运转。3）按停止按钮SB2，松手后观察电机M是否停止运转。3．正反转控制图4-3为正反转控制线路，按图接线，经指导教师检查后，方可通电进行如下操作：（1）按电源控制屏启动按钮，接通220V三相交流电源。2）按正向起动按钮SB1，观察并记录电机的转向和接触器的运行情况。3）按停止按钮SB3，电机停止运行后，按反向起动按钮SB2，观察并记录电机和接触器的运行情况。-13-实验完毕，按电源控制屏停止按钮，切断三相交流电源，拆除导线。U V W FRSB1KM2SB3 KM1KM1KM2 KM1SB2KM1KM2KM2FRM3~图4-3 三相鼠笼式异步电动机的正反转控制五、实验报告：回答以下思考题：1．以星形连接的负载为例，主回路中如果只串联两个发热元件时，是否也能起到保护？2．热继电器是否也能起到短路保护？-14-实验五 共射极单管放大电路一、实验目的1．学习测量和调整放大器的静态工作点；2．学会电压放大倍数及其它动态参数的测量方法。3．学习用示波器观察输入信号、输出信号波形，了解静态工作点对非线性失真及电压放大倍数的影响。二、仪器设备1．MF－10型万用表或数字万用表1台2．TPE—A3模拟电路实验箱1台3．YB1602P系列功率函数信号发生器或EM1652系列数字信号源1台4．KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器1台5．NY4520型双通道交流毫伏表1台三、实验原理简述1．静态工作点的选取与调整图5-1所示，为具有自动稳定工作点的分压式偏置共发射极单管电压放大电路。UCCRb1RC+12V33K5.1KRbC2RP+680KUoUSRUiC110uF+5.1KR210uFRLRb25.1K51+Ce24KRe10uF100图5-1 共发射极单管放大电路放大器的静态工作点是指当放大器输入信号 Ui=0时，在直流电源的作用下， 晶体管基极和集电极回路的直流电压及电流值 UBE、UCE、IB、IC。-15-为了保证在放大器的输出端得到最大的不失真输出电压， 必须给放大器选择合适的静态工作点。静态工作点选择不当，或输入信号幅值太大都会使放大器输出电压波形产生失真。工作点偏高，晶体管工作在饱和区，输出会产生饱和失真；工作点偏低，晶体管工作在截止区，输出会产生截止失真；而当输入信号幅值过大时，则会产生双向失真。在电路结构及 UCC和RC都确定的情况下，静态工作点主要取决于 IB（或UCE）的数值。因此，通过调整偏置电路中 Rb的阻值，便可改变静态工作点的位置。2．放大器动态参数的测量1）电压放大倍数uO、AuLA电压放大倍数AuO是指放大器负载电阻RL=∞，且放大器输出信号无明显失真时，输出电压U0与输入电压Ui的峰峰值或有效值之比AuOU0。uL是指放大器带负载时，输出电压UL与输入电UiA压Ui的峰峰值或有效值之比AUL。uLUi2）输入电阻Ri的测量输入电阻Ri是放大器输入端看进去的等效电阻。其值反映了放大器从信号源或前一级电路获取电流的大小。电路如图5-2所示，其测量方法是：在放大器输出波形不失真的情况下，用示波器测出US与Ui的峰峰值，则输入电阻RiUiRUSUiR5k1R0USUiRiU0ULRL图5-2输入电阻和输出电阻测量电路3）输出电阻R0的测量输出电阻R0是放大器从输出端看进去的等效电阻。其值反映了放大器带负载的能力。根据等效电路，用示波器测出U0与U0L的峰峰值，则输出电阻R0U01)RL(UL四、预习要求．复习三极管及单管放大电路工作原理。掌握静态工作点对非线性失真的影响。弄清放大器产生截止失真和饱和失真时的输出电压波形。-16-．认真阅读TPE—A3模拟电路实验箱使用说明书。3．熟悉示波器、低频信号发生器的用法。4．实验所用的分立电路模块的面板如图 5-3所示。对照实验电路图，设计好连接线路。5．写预习报告，拟出详细的实验步骤及记录表格。图5-3 TPE-A3模拟电路实验箱分立电路模块局部面板五、实验内容和步骤1．调整和测量静态工作点（1）选择实验箱上固定输出的+12V直流稳压电源作为放大器的电源UCC。然后关掉电源再连线！（2）按图5-1接好实验电路，仔细检查，注意发射极的电路连线。确定无误后接通电源！（3）调节RP，使放大器的集电极对地电位为UCUCC6V。测量并计算表中各值。2UCUEUBEUCEIE6V2．测量电压放大倍数1）调节低频信号发生器，输出频率f=1kHz、峰峰值为1V的正弦波信号。2）将此信号接至放大器的输入US端，经过R1、R2衰减（100倍）后，在Ui端应得到Ui=10mV的小信号。注意：信号发生器、放大器及示波器的地线应皆连在一起。以减少干扰。1）用示波器观察放大器空载（ RL=∞）时，Ui、U0的波形及相位，并测量 Ui、U0的峰峰值，U0计算电压放大倍数 Au0 Ui，记录在你所设计的表中。）测量放大器加上负载电阻时，、U的波形及峰峰值，计算电压放大倍数AUL2RL=5K1UiLuLUi，-17-填入你所设计的表中。3）信号源输出信号的频率不变，逐渐增大输出信号的峰峰值，观察放大器带负载时的最大不失真输出电压值ULmax，并填入你所设计的表中。3．观察静态工作点对非线性失真的影响在电源电压 UCC与输入信号 Ui=10mV不变的情况下，调整以下参数，观察这些参数变化对放大器工作点的影响，判断有无失真并指出是什么失真（注意在你的实验报告中要注明是饱和还是截止失真。截止失真在此实验中可能看不到缩顶的现象，但可以通过适当增大输入信号峰峰值，或通过测量三极管的工作点来判断） 。（1）Rb合适的情况下：1）取RC=5K1、RL=2K2观察输出波形，说明有无失真？画出输出波形并测量峰峰值。2）取RC=2K、RL=2K2观察输出波形，说明有无失真？画出输出波形并测量峰峰值。2）取RC=5K1、RL=5K11）调节RP，使Rb的阻值逐渐增大，观察输出波形有无失真？什么失真？画出输出波形图。2）调节RP，使Rb的阻值逐渐减小，观察输出波形有无失真？什么失真？画出输出波形图。4．测量放大器输入、输出电阻调整RP，将放大器的工作点调回原来位置。去掉 100倍衰减电路中的电阻 R2,保留R=5K1的电阻，按实验原理中的方法，测量 US、Ui、U0、UL的值,计算出Ri和R0的值。测算输入电阻（ R=5K1） 测算输出电阻（ RL=5K1）实测 测算 估算 实测 测算 估算US（mV） Ui（mV） Ri Ri U0（V） UL（V） R0(K ） R0（K）六、实验报告．整理实验数据，填写好实验所需的表格。2．说明那些因素影响静态工作点 ?工作点偏高会出现什么失真？工作点偏低会出现什么失真？-18-实验六 集成运算放大器一、实验目的掌握集成运算放大器在线性和非线性应用中的特点及性能。学会线性电路和非线性电路的组成及参数测量方法。二、实验仪器数字万用表CS-4125示波器3.YB1620P信号发生器三、预习要求1.熟悉集成运算放大器芯片 uA741的管脚功能估算测量表格中的理论值复习示波器和信号发生器的使用四、实验原理集成运算放大器是具有高增益、高输入阻抗的直接耦合放大器。当其外部引入深度负反馈网络时，集成运算放大器工作在线性区域，输出电压 Uo与输入电压 Ui的运算关系仅取决于外接反馈网络与输入的外接阻抗，而与运算放大器本身无关，可以实现比例、加法、减法等各种运算电路。当其外部为开环或引入正反馈网络时，集成运算放大器工作在非线性区域，输出电压处于正饱和或负饱和值，如比较器、信号产生电路等。+UCC实验采用uA741芯片，右图为芯片管8765-Ui-脚图及符号，各管脚功能如下：uA741U0Ui++12342--反相输入端Ui-；3--同相输入端Ui+；-UCC7--正电源端+UCC；4--负电源端-UCC；6--输出端U0；1、5—外接调零电位器端； 8—空脚五、实验内容RFR1100kA．基本内容10kUi-R2Uo1.反相比例放大电路A10k+实验电路如图6.1所示。1)按表6.1内容测试，并记录数据。图6.1反相比例放大器-19-注意：当输入电压过大，超出线性区域时，比较输出电压的实际值与理论估算值的差别。表6.1直流输入电压Ui（mV）3010030010003000理论估算（mV）输出电压实际值（mV）Uo误差2）反相输入端加入频率为 1kHz、峰峰值为 200mV的正弦交流信号，用示波器观察输入、输出信号的波形及相位，并测量Uo的峰峰值，记入表6.2。表6.2交流输入电压输出电压Uo输入、输出波形及相位Ui（mV）200mV频率1kHz2．同相比例放大电路电路如图 6.2所示

RFR1 100k10k-按表6.3内容测量，并记录。R2AUo10k+Ui图6.2同相比例放大器表6.3直流输入电压Ui（mV）3010030010003000理论估算（mV）输出电压实际值（mV）Uo误差3．反相求和放大电路实验电路如图6.3所示按表6.4内容进行实验测试，并与预习计算比较。表6.4R1RF10kUi1100kR210kUi1（V）0.3-0.30.7Ui2-R3AUoUi2（V）0.20.20.510k+UO（V）图6.3反相求和放大器-20-4．双端输入求和（减法）放大电路实验电路如图6.4所示。按表6.5要求测量，并记录。表6.5RFR110k100kUi1（V）120.2Ui1-UoUi2AUi2（V）0.51.8-0.2+R210kUO（V）R310k图6.4双端输入求和电路5．反相积分运算电路RF100k实验电路如图6.5所示。电容两端并联电阻RF，是用C0.1uF来补偿偏置电流所产生的失调，减小直流漂移，起稳定直UiR120k-Uo流工作点的作用。R210kA+1）输入Ui加入频率1kHz、峰峰值1V的方波信号，图6.5反相积分电路用示波器观察输入输出波形，并测量Uo的峰峰值。2）除去电阻RF，观察输出波形的变化。将方波信号的峰峰值增加到2V时，再观察输出波形的变化情况。3）方波信号的峰峰值1V不变，改变R、C参数或改变方波信号频率，使R1C<tp（tp为方波半个周期时间），观察RF接入与除去时，输出波形的变化。6．过零比较器实验电路如图6.6所示。-1）输入Ui加频率1kHz、峰峰值为2V的正弦波UiRUoA信号，用示波器观察输入、输出波形及相位关系，并+±UZ测量输出电压 Uo的峰峰值。图6.6反相过零比较器2）改变输入电压的峰峰值， 观察输出电压的变化，说明UZ的作用。B．设计性内容设计一运算电路，实现 UO=-5Ui1-2Ui2，要求：画出电路图，标出电阻参数，并取值测量。五、实验报告总结本实验中5种运算电路的特点及性能。分析理论计算与实验结果误差的原因。-21-实验七 门电路与触发器一、实验目的1．熟悉与非门的逻辑功能。2．学习简单的组合逻辑电路的分析与设计方法，并连接电路验证结果。3．了解D触发器和 JK触发器的逻辑功能。二、仪器设备1．THD—4数字电路实验箱1台2．MF－10型万用表或数字万用表1台3．KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器1台三、实验原理简述实验所用的与非门集成电路逻辑器件主要有两种：1）74LS00（74HC00）：四2输入与非门；2）74LS20（74HC20）：双四输入与非门。这两种逻辑器件的管脚及内部结构如下图所示。141312111098141312111098UCCUCC74LS00 74LS20GND GND1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7实验所用D触发器为 74LS74型双D触发器，它是在 CP时钟脉冲前沿翻转的。 JK触发器为74LS112型双JK触发器，它是在 CP时钟脉冲后沿翻转。这两种触发器的管脚排列见下图所示。141312111098161514131211109UCC2RD2D2CP2SD2Q2QUCC1RD2RD2CP2K2J2SD2Q74LS7474LS1121RD1D1CP1SD1Q1QGND1CP1K1J1SD1Q1Q2QGND123456712345678四、预习要求1．复习有关教材，掌握常用基本门电路的逻辑关系及逻辑代数基本运算法则。-22-2．设计并画出实验所需的逻辑电路。3．复习D触发器和 JK触发器的逻辑功能。4．熟悉THD—4数字电路实验箱的使用。五、实验内容和步骤1．测试与非门的逻辑功能，验证“ 0”电平对与非门的封锁控制作用将与非门集成芯片连接 +5V直流电源。选择芯片中的一个与非门， 在其中一个输入端加入 1kHz的脉冲信号，用示波器观察，当另一输入端分别接高电平和低电平时，输出端波形的变化。从而验证“0”电平对与非门的封锁作用。2．组合逻辑电路设计用与非门实现下面框图中的组合逻辑电路，使之满足输出等于输入的平方关系。要求列出真值表、写出逻辑表达式、画出逻辑电路，并在实验箱上搭接逻辑电路，验证设计结果。图中 A1、A2是输入，Q3Q2Q1Q0是输出。A1组合逻辑Q3Q2电路接发光二极管Q1A0Q03．测试触发器逻辑功能1）JK触发器（74LS112）逻辑功能测试测试异步复位端RD和异步置位端SD的功能。将J，K，RD，SD端分别接逻辑电平输出，CP接单脉冲源，Q端接逻辑电平显示，按下表要求，在RD或SD作用期间改变J、K和CP的状态，测试并记录RD和SD对输出状态的控制作用。161514131211109CPJKSDRDQQUCC1RD2RD2CP2K2J2SD2Q× × × 0 1× × × 1 0

74LS1121CP1K1J1SD1Q1Q2QGND12345678改变J、K状态，测试其相应的Qn+1状态，并记录下表中。（说明：用RD和SD端对触发器进行异步复位或置位，以设置现态Qn）。J K CP Qn1-23-Qn0Qn10↑0↓0↑1Qn1↓↑DCPQn0Qn110↓↑00→1111→0↓0→111→02）双D触发器（74LS74）的逻辑功能测试：测试异步复位端RD和异步置位端SD的功能，测试方法同前。141312111098UCC2RD2D2CP2SD2Q2QCP D RD SD Q Q74LS74× × 0 1××101RD1D1CP1SD1Q1QGND1234567改变D状态，测试其相应的Qn+1状态，并记录下表中。（说明：用RD和SD端对触发器进行异步复位或置位，以设置现态Qn）。六、实验报告要求1、根据实验结果总结与非门的用法和特点。2、整理实验数据和图形。3、总结两种触发器的特点。-24-实验八 集成计数器与寄存器的应用一、实验目的1．掌握中规模 4位双向移位寄存器的逻辑功能及使用方法。2．掌握中规模集成计数器的功能及使用及方法。3．了解译码器和显示器的功能。二、仪器设备1．THD—4数字电路实验箱1台2．MF－10型万用表或数字万用表1台3．KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器1台三、实验原理简述1．中规模四位二进制计数器（十六进制计数器）74LS16174LS161具有预置数、异步置零和保持等功能，其功能表及管脚如图8-1所示。图中：LD为置数端；D0~D3为数据输入端；C为进位输出端；RD为异步清零（复位）端；EP和ET为工作状态控制端（使能端）；QA~QD为数据输出端；CP为计数脉冲。CPRDLDEPET161514131211109工作状态UCCCQAQBQCQDETLD×0×××置零74LS16110↑××预置数×1101保持RDCPD0D1D2D3EPGND×11×0保持(但=0)12345678C↑1111计数图8-174LS161的功能表及管脚根据RD和LD的功能，可用清零法和置数法实现小于十六进制的任意进制计数器。2．中规模 4位双向移位寄存器 74LS194移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器。是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器。只需要改变左、右移的控制信号便可实现双向移位要求。根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。-25-本实验选用的4位双向通用移位寄存器，型号为74LS194，其功能表及管脚如图8-2所示。其中D0、D1、D2、D3为并行输入端；Q0、Q1、Q2、Q3为并行输出端；DIR为右移串行输入端，DIL为左移串行输入端；S1、S0为操作模式控制端；RD为直接无条件清零端；CP为计数脉冲输入端。74LS194有5种不同操作模式：即并行送数寄存，右移(方向由Q0→Q3)，左移（方向由Q3→Q0），保持及清零。S1、S0和RD端的控制作用见下表。161514131211109UCCQ0Q1Q2Q3CPS1S074LS194RDDIRD0D1D2D3DILGND12345678输入输出功能CPRDS1S0DIRDILDOD1D2D3Q0Q1Q2Q3清除×0××××××××0000送数↑111××abcdabcd右移↑101DIR×××××DIRQ0Q1Q2左移↑110×DIL××××Q1Q2Q3DIL保持↑100××××××Q0Q1Q2Q3保持↓1××××××××Q0Q1Q2Q3图8－274LS194的功能表及管脚四、预习要求1．复习74LS161和74LS194芯片的管脚和功能。2．根据实验要求设计电路。3．熟悉THD—4数字电路实验箱的使用，设计好实验步骤。五、内容和步骤1．测试74LS161的逻辑功能按图8-1管脚图，接通+5V直流电源。将复位端RD、置数端LD、数据输入端D3、D2、D1、D0分别接逻辑电平输出插孔，输出端Q、Q、Q、Q接LED译码显示器的输入插孔D、C、B、DCBAA；进位端C接逻辑电平显示插孔，计数脉冲由单次脉冲源提供。按图8-1中功能表的内容逐项测-26-试并判断该芯片的功能是否正常。结果记入自拟表格中。2．利用74LS161芯片连接成十进制计数器将输出端 QA、QB、QC、QD接至逻辑电平显示插孔，在 CP端加入计数脉冲，显示输出状态正确后，将输出接至译码显示器的输入端 D、C、B、A，即可译出相应的数码并显示出来。3．测试74LS194的逻辑功能按图8-2管脚图，接通+5V直流电源。将 RD、S1、S0、DIL、DIR、D0、D1、D2、D3分别接至逻辑电平输出插孔；Q0、Q1、Q2、Q3接逻辑电平显示插孔，CP端接单次脉冲源。按图8-2中功能表的内容逐项进行测试。（1）清除：令RD=0，其它输入均为任意态，这时寄存器输出Q0、Q1、Q2、Q3应全为0。测试完毕后，置RD=1。（2）送数：令10=1，送入任意4位二进制数，如D0123=abcd，加CP脉冲，观察RD=S=SDDDCP=0、CP由0→1、CP由1→0三种情况下寄存器输出状态变化是否发生在CP脉冲的上升沿。（3）右移：清零后，令RD=1，S1=0，S0=1，依次由右移输入端DIR送入二进制数码如0100，由CP端连续加4个脉冲，观察输出情况，记入下表中。（4）左移：先清零或予置，再令RD=1，S1=1，S0=0，依次由左移输入端DIL送入二进制数码如1111，连续加四个CP脉冲，观察输出端情况，记入下表中。（5）保持：寄存器予置任意4位二进制数码××××，令RD=1，S1=S0=0，加CP脉冲，观察寄存器输出状态，记入下表中。清除模式时钟串行输入输出RDS1S0CPDILDIRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30×××××××××111↑××101↑×0××××101↑×1××××101↑×0××××101↑×0××××110↑1×××××110↑1×××××110↑1×××××110↑1×××××100↑××××××4．利用74LS194中规模双向移位寄存器使八个灯从左至右依次变亮,再从左至右依次熄灭，应-27-如何连线？在实验箱上搭接逻辑电路并验证设计结果。选做内容：综合性实验——四人抢答电路的实现利用D触发器设计四人抢答电路，画出电路原理图及芯片实现图，并在实验箱上搭接逻辑电路验证设计结果。六、实验报告要求画出逻辑电路，总结各芯片的功能。-28-实验九 555定时器及其应用一、实验目的．熟悉555定时器的电路结构、工作原理及其特点。2．掌握555定时器的基本应用。二、仪器设备1．THD—4数字电路实验箱1台2．MF－10型万用表或数字万用表1台3．KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器1台三、实验原理及参考电路555定时器是一种数字和模拟混合的集成电路，其内部结构和管脚见图9-1。UCCRD84UCO5K5+uC1Q’UCCuODu1UCOuI1UR1C1G1-6(TH)87655KuOuI22G3G4+G23(TR')C2UR2Q-uC21234uOD5KGNDuI2uORD(DISC)7TD1图9-1555定时器内部结构及管脚1．555定时器的工作原理555定时器含有两个电压比较器，一个SR锁存器，一个放电管比较器的参考电压由三只5kΩTD。的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器C1的同相输入端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2UCC和1UCC。C1与C2的输出端控制SR锁存器状态和放电管状态。其功能33表见表9-1。RD是复位端（4脚），当RD=0时，555输出低电平。平时RD端开路或接UCC。UCO是控制电压端（5脚），平时输出2UCC作为比较器C1的参考电平，当5脚外接一个输入3-29-电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。在不接外加电压时，通常接一个0.01μf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。表9-1输入输出阈值端6触发端2复位端4输出端3放电端7××00导通＜2UCC＜1UCC11截止33＞2UCC＞1UCC10导通33＜2UCC＞1UCC1不变不变332．555定时器的典型应用用555定时器外接电容、电阻元件时，实现单稳、双稳、多谐振荡器、施密特触发器等基本电路。还可以接成各种应用电路，如变音信号发生器、电子门铃等。四、预习要求1．复习有关 555定时器的工作原理及其应用。2．拟定实验中所需的数据、表格，准备方格纸。五、实验内容及步骤用555定时器设计一多谐振荡器，要求输出频率为1kHz，占空比为50%，画出设计电路，计算元件参数，记录输出波形。（输出信号的时间参数是：充电时间：TW1=0.7(R1＋R2)C1放电时间：TW2=0.7R2C1振荡周期：T=TW1+TW2=0.7(R1＋2R2)C1；振荡频率：f=11.44≈(R1+2R2)C1TTW1=R1+R2，当R2>R1时，占空比约为50%。占空比D=R1+2R2T振荡周期、占空比仅与R1、R2和C1有关，不受电源电压变化的影响。改变R1、R2，即可改变占空比。改变C1时，只单独改变周期，而不影响占空比。同时要求R1与R2均应大于或等于1kΩ，但R1＋R2应小于或等于3.3MΩ。）六、实验报告要求1．绘出观测到的波形。分析、总结实验结果。3．在多谐振荡器电路中，是否能输出锯齿波电压？应怎样连接？-30-实验十 直流稳压电源综合实验一、实验目的．熟悉单相半波整流、全波整流及桥式整流电路的特点和区别。2．观察电容器的滤波作用。掌握分立元器件稳压电路与集成稳压电路的原理及测量方法。二、仪器设备1．TPE—A3模拟电路实验箱1台2．YB1602P系列功率函数信号发生器或EM1652系列数字信号源1台3．KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器1台4．NY4520型双通道交流毫伏表1台三、实验原理及参考电路直流稳压电源组成框图如图所示。U1 220V U2 整流电路 滤波电路 稳压电路 U0220V交流电压 U1经过电源变压器降压后为交流电压 U2，再经过整流电路、滤波电路及稳压电路，在输出端得到需要的、稳定的直流电压。整流电路整流电流是利用二极管的单相导电性，将交流电压变为单向的脉动的直流电压。有以下三种：1)单相半波整流电路D1电路如图10-1（a）所示。RPU0=0.45U2100Ω整流输出电压平均值U1220V15VU2U0R通过负载的直流电流U0U251ΩI00.45图10-1(a)RLRL单相半波整流电路二极管截止时所承受的最大反向电压UDmax2U01.41U02)单相全波整流电路电路如图10-1（b）所示。整流输出电压平均值U0=0.9U2通过负载的直流电流U00.9U2I0RLRL-31-二极管截止时，每个二极管承受的最大反向电压 UDmax 2 2U0 2.82U0D1D1D2RPRP100Ω100ΩU1220V15VUD22U0U1220V15VU0RU2RD3D451Ω51Ω图10-1(b)单相全波整流电路图10-1(c)单相桥式全波整流电路单相桥式全波整流电路电路如图10-1（c）所示。整流输出电压平均值U0=0.9U2通过负载的直流电流I0U00.9U2RLRL二极管截止时，每个二极管承受的最大反向电压 UDmax 2U0 1.41U0在单相桥式整流电路的变压器中，只有交流电流流过；而在半波和全波整流电路中，均有直流分量流过。因此，单相桥式整流电路的变压器效率较高，总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源中。滤波电路经过整流电路得到的输出电压，因为脉动较大，因此需要利用电感或电容等储能元件，滤去输出电压中的纹波。小功率稳压电源中常使用电容滤波电路，其电路如图10-2所示。AD1D2U1220V15VU2+C1U0RL+C210uF470uFD3D4图10-2电容滤波电路B在整流电路的内阻不太大，时间常数τ=RLC≥(3~5)T/2时，电容滤波电路的负载平均电压U0=1.2U2，流经二极管的平均电流ID1IL1.2U2，二极管承受的最大反向电压UDmax2U0。22RL因此，电容滤波电路的优点是：电路简单，输出电压纹波较小，负载平均电压较高；其缺点是：输出电压受电网电压和负载变化的影响较大，输出不稳定，因此，仅适用于负载电压较高，且负载变动不大的场合。3．稳压电路-32-1）稳压管稳压电路是利用稳压二极管的稳压特性，达到稳定输出电压的目的。电路如图10-3所示。电阻R为限流电阻，起保护稳压管的作用。输出电压U0等于稳压管的稳定电压UZ。RIRILD1D2330ΩIDZRPDZ+22kU1220V15VU26VU0UICRL470uFR1D3D4330Ω图10-3 稳压管稳压电路稳压电路的工作原理：负载不变，当电网电压升高使电压 UI增大时，输出电压 U0也随之增大。根据稳压管反相特性，IDZ的急剧增加，使得IR增大，电阻R上的压降增大，抵消了UI的升高，从而保证了输出电压U0基本不变。电网电压降低时，其变化与上述过程相反。同理，如果电网电压不变而负载发生变化时，也将起到稳定输出电压的目的。2）分立元件串联型稳压电路分立元件构成的串联型稳压电路如图 10-4所示。它由基准电压源、比较放大电路、调整电路和采样电路四部分组成。VT1R2U01.5ΩR4D1D21VLRV31kR1kR+U1220V15VU2UI+PC31330ΩC+C2VT3100uFRL470uFR5D3D4DZ2.7V100Ω47uF220Ω图10-4 串联稳压电路其工作原理是：当电源或负载变动而使 U0降低时，由于取样电阻 R5的分压作用使 VT3基极电压降低，则VT3集电极电位升高，因VT3集电极与VT2基极相连，从而导致VT1管压降减小，使输出电压有所回升，使U0得到补偿。反之U0升高时，降VT1管压降增大，使U0减小，从而保证输出电压基本稳定。输出电压U0R4RPR5(UZUBE)R5输出电压最大值 U输出电压最小值 U

R4RPmaxR5(UBE)0maxR5UZR4R5(UBE)0mixZR54．三端集成稳压器-33-1）三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器的输出电压是固定的，使用时不能调节电压大小。其外形与管脚如图10-5（a）所示。常用的有W7800和W7900系列。W7800系列输出正极性电压，一般有5、6、9、12、