电子技术基础实验指导书.doc

电子技术基础实验指导书电子技术课组编信息与通信工程学院实验一常用电子仪器的使用一、实验类型-操作型二、实验目的 1、学习电子电路实验中常用的电子仪器示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表、频率计等的主要技术指标、性能及正确使用方法。 2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。三、实验原理在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。它们和万用电表一起，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图11所示。接线时应注意，为防止外界干扰，各仪器的共公接地端应连接在一起，称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。图11 模拟电子电路中常用电子仪器布局图 1、 示波器示波器是一种用途很广的电子测量仪器，它既能直接显示电信号的波形，又能对电信号进行各种参数的测量。现着重指出下列几点：1）、寻找扫描光迹将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”，输入耦合方式置“GND”，开机预热后，若在显示屏上不出现光点和扫描基线，可按下列操作去找到扫描线：适当调节亮度旋钮。触发方式开关置“自动”。适当调节垂直（）、水平（）“位移”旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央。（若示波器设有“寻迹”按键，可按下“寻迹”按键，判断光迹偏移基线的方向。） 2）、双踪示波器一般有五种显示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1Y2”三种单踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。“断续”显示一般适宜于输入信号频率较低时使用。3）、为了显示稳定的被测信号波形，“触发源选择”开关一般选为“内”触发，使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。4）、触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后，若被显示的波形不稳定，可置触发方式开关于“常态”，通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。有时，由于选择了较慢的扫描速率，显示屏上将会出现闪烁的光迹，但被测信号的波形不在X轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。5）、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示一二个周期的被测信号波形。在测量幅值时，应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。在测量周期时，应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置，即顺时针旋到底，且听到关的声音。还要注意“扩展”旋钮的位置。根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数（div或cm）与“Y轴灵敏度”开关指示值（v/div）的乘积，即可算得信号幅值的实测值。根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数（div或cm）与“扫速”开关指示值（t/div）的乘积，即可算得信号频率的实测值。 2、函数信号发生器函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20VPP。通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。3、 交流毫伏表交流毫伏表只能在其工作频率范围之内，用来测量正弦交流电压的有效值。为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上，然后在测量中逐档减小量程。 四、实验设备与器件 1、 函数信号发生器 2、 双踪示波器3、 交流毫伏表五、实验内容 1、用机内校正信号对示波器进行自检。 1) 扫描基线调节将示波器的显示方式开关置于“单踪”显示（Y1或Y2），输入耦合方式开关置“GND”，触发方式开关置于“自动”。开启电源开关后，调节“辉度”、“聚焦”、“辅助聚焦”等旋钮，使荧光屏上显示一条细而且亮度适中的扫描基线。然后调节“X轴位移”（）和“Y轴位移”( )旋钮，使扫描线位于屏幕中央，并且能上下左右移动自如。2）测试“校正信号”波形的幅度、频率将示波器的“校正信号”通过专用电缆线引入选定的Y通道（Y1或Y2），将Y轴输入耦合方式开关置于“AC”或“DC”，触发源选择开关置“内”，内触发源选择开关置“Y1”或“Y2”。调节X轴“扫描速率”开关（t/div）和Y轴“输入灵敏度”开关（V/div），使示波器显示屏上显示出一个或数个周期稳定的方波波形。a. 校准“校正信号”幅度将“y轴灵敏度微调”旋钮置“校准”位置，“y轴灵敏度”开关置适当位置，观查校正信号幅度。 b. 校准“校正信号”频率 将“扫速微调”旋钮置“校准”位置，“扫速”开关置适当位置，读取校正信号周期。 2、用示波器和交流毫伏表测量信号参数 调节函数信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为100Hz、1KHz、10KHz、100KHz，有效值均为1V（交流毫伏表测量值）的正弦波信号。改变示波器“扫速”开关及“Y轴灵敏度”开关等位置，测量信号源输出电压频率及峰峰值，记入表11。表11信号电压频率示波器测量值信号电压毫伏表读数（V）示波器测量值周期（ms）频率（Hz）峰峰值（V）有效值（V）100Hz1KHz10KHz100KHz3、测量两波形间相位差1) 观察双踪显示波形“交替”与“断续”两种显示方式的特点Y1、Y2均不加输入信号，输入耦合方式置“GND”，扫速开关置扫速较低挡位（如0.5sdiv挡）和扫速较高挡位（如5Sdiv挡），把显示方式开关分别置“交替”和“断续”位置，观察两条扫描基线的显示特点，记录之。2) 用双踪显示测量两波形间相位差按图12连接实验电路， 将函数信号发生器的输出电压调至频率为1KHz，幅值为1V的正弦波，经RC移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号ui和uR，分别加到双踪示波器的Y1和Y2输入端。为便于稳定波形，比较两波形相位差，应使内触发信号取自被设定作为测量基准的一路信号。图 12 两波形间相位差测量电路 把显示方式开关置“交替”挡位，将Y1和Y2输入耦合方式开关置“”挡位，调节Y1、Y2的（ ）移位旋钮，使两条扫描基线重合。将Y1、Y2 输入耦合方式开关置“AC”挡位，调节触发电平、扫速开关及 Y1、Y2 灵敏度开关位置，使在荧屏上显示出易于观察的两个相位不同的正弦波形ui及uR，如图13所示。根据两波形在水平方向差距X，及信号周期XT，则可求得两波形相位差。图 13 双踪示波器显示两相位不同的正弦波 式中： XT 一周期所占格数 X 两波形在X轴方向差距格数记录两波形相位差于表12。 表12一周期格数两波形X轴差距格数相 位 差实 测 值计 算 值XTX为数读和计算方便，可适当调节扫速开关及微调旋钮，使波形一周期占整数格。 六、实验总结1、 整理实验数据，并进行分析。2、 问题讨论1）如何操纵示波器有关旋钮，以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形？2)用双踪显示波形，并要求比较相位时，为在显示屏上得到稳定波形，应怎样选择下列开关的位置？a) 显示方式选择（Y1；Y2；Y1Y2；交替；断续）b)触发方式（常态；自动）c)触发源选择（内；外）d) 内触发源选择（Y1、Y2、交替）3、函数信号发生器有哪几种输出波形？它的输出端能否短接，如用屏蔽线作为输出引线，则屏蔽层一端应该接在哪个接线柱上?4、交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压？它的表头指示值是被测信号的什么数值？它是否可以用来测量直流电压的大小？七、预习要求1、 阅读实验附录中有关示波器部分内容。 2、 已知C0.01f、R10K，计算图12 RC移相网络的阻抗角。实验二集成运算放大器的基本应用(I)一、实验类型-验证型二、实验目的1、研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。三、实验原理集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。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=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）输出电压UO与输入电压之间满足关系式UOAud（U+U）由于Aud=，而UO为有限值，因此，U+U0。即U+U，称为“虚短”。（2）由于ri=，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即IIB0，称为“虚断”。这说明运放对其前级吸取电流极小。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。基本运算电路1) 反相比例运算电路电路如图1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1 反相比例运算电路 图2 反相加法运算电路2)反相加法电路电路如图82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3(a)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3(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3 同相比例运算电路 4) 差动放大电路（减法器）对于图4所示的减法运算电路，当R1R2，R3RF时， 有如下关系式 图4 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A7411 电阻器、电容器若干。五、实验内容实验前要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1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f100Hz，Ui0.5V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1。表1Ui0.5V，f100HzUi（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3(a)连接实验电路。实验步骤同内容1，将结果记入表2。 2) 将图3(a)中的R1断开，得图3(b)电路重复内容1)。表2Ui0.5Vf100HzUi（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2连接实验电路。调零和消振。2) 输入信号采用直流信号，图6所示电路为简易直流信号源，由实验者自行完成。实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压UO，记入表3。图6 简易可调直流信号源表3Ui1(V)0.80.40.60.20Ui2(V)00.20.40.60.8UO(V)测量值计算值4、减法运算电路1) 按图4连接实验电路。调零和消振。2) 采用直流输入信号，实验步骤同内容3，记入表4。 表4Ui1(V)0.80.40.60.20Ui2(V)00.20.40.60.8UO(V)测量值计算值六、实验总结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。七、预习要求1、 复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压的理论值。2、 在反相加法器中，如Ui1 和Ui2 均采用直流信号，并选定Ui21V，当考虑到运算放大器的最大输出幅度(12V)时，Ui1的大小不应超过多少伏？3、 在积分电路中，如R1100K， C4.7F，求时间常数。假设Ui0.5V，问要使输出电压UO达到5V，需多长时间（设uC(o)0）？4、 为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？实验三 基本门电路逻辑功能的测试一.实验类型验证性+设计二.实验目的1.熟悉主要门电路的逻辑功能；2.掌握基本门电路逻辑功能的测试方法；3.会用小规模集成电路设计组合逻辑电路。三.实验原理1.集成电路芯片介绍数字电路实验中所用到的集成芯片多为双列直插式，其引脚排列规则如图1-1。其识别方法是：正对集成电路型号或看标记（左边的缺口或小圆点标记），从左下角开始按逆时针方向以1，2，3依次排列到最后一脚。在标准形TTL集成电路中，电源端Vcc一般排在左上端，接地端（GND）一般排在右下端，如74LS00。若集成芯片引脚上的功能标号为NC，则表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。本实验采用的芯片是74LS00二输入四与非门、74LS20四输入二与非门、74LS02二输入四或非门、74LS04六非门，逻辑图及外引线排列图见图1-1。 图1-1 逻辑图及外引线排列 2.逻辑表达式: 非门 1-1 2输入端与非门 1-2 4输入端与非门 1-3 或非门 1-4对于与非门,其输入中任一个为低电平“0”时，输出便为高电平“1”。只有当所有输入都为高电平“1”时，输出才为低电平“0”。对于TTL逻辑电路，输入端如果悬空可看做；逻辑1，但为防止干扰信号引入，一般不悬空，可将多余的输入端接高电平或者和一个有用输入端连在一起。对MOS电路输入端不允许悬空。对于或非门，闲置输入端应接地或低电平。 四.实验内容及步骤1.逻辑功能测试与非门逻辑功能的测试：* 将74LS20插入实验台14P插座，注意集成块上的标记，不要插错。* 将集成块Vcc端与电源+5V相连，GND与电源“地”相连。ABCDY11110111001100010000表1-1* 选择其中一个与非门，将其4个输入端A、B、C、D分别与四个逻辑开关相连，输出端Y与逻辑笔或逻辑电平显示器相连，如图1-2。根据表1-1中输入端的不同状态组合，分别测出输出端的相应状态，并将结果填入其中。表1-1接逻辑电平接逻辑笔 或非门逻辑功能的测试：将74LS02集成芯片按照上述方法插入实验台的14P插座，选择其中一个或非门，将其输入端与逻辑电平相连，输出端与逻辑笔相连，如图1-3。根据表1-2中输入端的不同状态组合，分别测出输出端的相应状态，并将结果填入其中。表1-2ABY00011011接逻辑电平接逻辑笔图1-3用上述同样的方法测试74LS00、74JS04的逻辑功能。表1-32.传输性能和控制功能的测试ABY10逻辑电平示波器参照图1-4，从74LS00芯片中选取一个2输入与非门，A输入端接频率为1KHz的脉冲信号，B输入端接逻辑电平开关，输出端Y接示波器。用双踪示波器同时观察A输入端的脉冲波形和输出端Y的波形，并注意两者之间的相位关系。按表1-3的要求测试，并将结果填入表中。3.用4个与非门设计一个异或门。五.实验报告及要求1.画出规范的测试电路图及各个表格。2.记录测试所得数据，并对结果进行分析。3.简述与非门、或非门闲置脚的和处理办法。实验四 译码器及其应用实验类型：设计一、实验目的1、掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法2、熟悉数码管的使用二、实验原理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，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器。1、变量译码器（又称二进制译码器），用以表示输入变量的状态，如2线4线、3线8线和4线16线译码器。若有n个输入变量，则有2n个不同的组合状态，就有2n 个输出端供其使用。而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。 以3线8线译码器74LS138为例进行分析，图1(a)、(b)分别为其逻辑图及引脚排列。其中 A2 、A1 、A0 为地址输入端，为译码输出端，S1、为使能端。表61为74LS138功能表当S11，0时，器件使能，地址码所指定的输出端有信号（为0）输出，其它所有输出端均无信号（全为1）输出。当S10， X时，或 S1X，1时，译码器被禁止，所有输出同时为1。 (a) (b)图1 38线译码器74LS138逻辑图及引脚排列 表1输 入输 出S1+A2A1A010000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110011111111111111111 二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息，器件就成为一个数据分配器(又称多路分配器)，如图62所示。若在S1输入端输入数据信息，0，地址码所对应的输出是S1数据信息的反码；若从端输入数据信息，令S11、0，地址码所对应的输出就是端数据信息的原码。若数据信息是时钟脉冲，则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。根据输入地址的不同组合译出唯一地址，故可用作地址译码器。接成多路分配器，可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点。二进制译码器还能方便地实现逻辑函数，如图63所示，实现的逻辑函数是 ZABC 图2 作数据分配器 图3 实现逻辑函数利用使能端能方便地将两个 3/8译码器组合成一个4/16译码器，如图64所示。 图4 用两片74LS138组合成4/16译码器 2、数码显示译码器 a、七段发光二极管(LED)数码管 LED数码管是目前最常用的数字显示器，图5(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。一个LED数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5V，每个发光二极管的点亮电流在510mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 (a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 共阳连接（“0”电平驱动）(c) 符号及引脚功能图 5 LED数码管 b、BCD码七段译码驱动器 此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用CC4511 BCD码锁存七段译码驱动器。驱动共阴极LED数码管。三、实验设备与器件 1、5V直流电源 2、双踪示波器 3、连续脉冲源 4、逻辑电平开关 5、逻辑电平显示器 6、拨码开关组 8、译码显示器9、 74LS1382 CC4511四、实验内容 1、用74LS138构成时序脉冲分配器 参照图2和实验原理说明，时钟脉冲CP频率约为1Hz，要求分配器输出端的信号与CP输入信号同相。 画出分配器的实验电路，观察和记录在地址端A2、A1、A0分别取000111 8种不同状态时端的输出波形，注意输出波形与CP输入波形之间的相位关系。2、用74LS138设计并验证全加器的功能。写出设计过程，画出逻辑电路图，并实验验证。 五、实验预习要求 1、复习有关译码器和分配器的原理。 2、根据实验任务，画出所需的实验线路及记录表格。 六、实验报告 1、画出实验线路，把观察到的波形画在坐标纸上，并标上对应的地址码。2、 对实验结果进行分析、讨论。实验五 计数器电路的设计一 实验类型设计性二 实验目的1 熟悉中规模集成电路计数器的逻辑功能、使用方法及应用2 掌握用中规模集成电路计数器设计任意进制计数器的设计方法。三实验内容设计1：用74161设计下图所示的计数器（CBA-000-001-010-100-000-），画出电路设计原理图，写出功能真值表。图6-1 电路输出波形图设计1：用74LS90、74LS48及七段显示器设计一个电子钟的24进制计数器，要求当十位数字为0时，十位显示器灭灯。设计2：用74LS90和74LS138构成一个可以产生5个节拍脉冲的时序脉冲发生器。四实验要求1根据所提供的器件和设计的电路图进行安装、调试及测试。2排除实验过程中的故障。3记录实验数据。4分析总结实验结果五参考器件 74161，74LS90，门电路（也可用译码器74138或139），数码管。六预习要求1复习有关译码器、计数器、数码管等电路的逻辑功能。2根据任务要求写出设计步骤，选定相应器件，查找引脚图。3根据所选器件画出设计电路图。4写出实验步骤和测试方法，设计实验记录表格。七实验报告要求1绘制实验接线图和整理实验数据、表格。2记录调试过程。3总结设计方法八思考题74LS161有无进位输出端？它是如何实现两级计数器的级联的？