電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書(機械電子工程專業(yè)終版)

1、電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書編寫：郭振軍學(xué)生姓名 學(xué)號 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院機電工程系2011年5月學(xué)生實驗守則1 學(xué)生必須在規(guī)定時間內(nèi)參加實驗，不得遲到、早退；學(xué)生穿拖鞋者不得進入實驗室。2 學(xué)生進入實驗室后，不準隨地吐痰、抽煙和亂拋雜物，保持室內(nèi)清潔和安靜。3 實驗前應(yīng)認真閱讀實驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)有關(guān)理論，一切準備工作就緒后，須經(jīng)指導(dǎo)教師同意后方可動用儀器設(shè)備進行實驗。4 實驗中，認真執(zhí)行操作規(guī)程，注意人身和設(shè)備安全。學(xué)生要以科學(xué)的態(tài)度進行實驗，細心觀察實驗現(xiàn)象、認真記錄各種實驗數(shù)據(jù)，不得馬虎從事，不得抄襲他人實驗數(shù)據(jù)。5 如儀器發(fā)生故障，應(yīng)立即報告教師進行處理，不得自行拆修。不得動用和觸摸與本

2、次實驗無關(guān)的儀器與設(shè)備。6 凡損壞儀器設(shè)備、器皿、工具者，應(yīng)主動說明原因，書寫損壞情況報告，根據(jù)具體情節(jié)進行處理。7 實驗完畢后，將計量器具和被測工件整理好，認真填寫實驗報告（包括數(shù)據(jù)記錄、電路設(shè)計圖形等相關(guān)內(nèi)容）。目 錄一 共發(fā)射極放大電路. .3二 集成運算放大器的應(yīng)用.7三 負反饋放大器速.9四 數(shù)據(jù)選擇器及其應(yīng)用12五 譯碼器及其應(yīng)用15六 時序邏輯電路設(shè)計（設(shè)計性實驗）18實驗一 共發(fā)射極放大電路一實驗?zāi)康?熟練掌握放大電路的工作原理，靜態(tài)工作點的設(shè)置，了解工作點對放大器性能的影響；2掌握放大器基本性能指標的測試方法；3熟悉常用電子儀器的使用和電子元器件和模擬電路實驗箱。二實驗儀器1

3、RXDS-1B模擬電子線路實驗箱2SS-7802A雙蹤示波器3DF2172B交流毫伏表4EE1642B1函數(shù)信號發(fā)生器5SS1792F直流穩(wěn)壓電源6數(shù)字萬用表三預(yù)習(xí)要求了解三極管單級放大電路的工作原理了解放大器動態(tài)和靜態(tài)的設(shè)置和測量方法四實驗原理圖1.1是一個阻容耦合共發(fā)射極放大器。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE（RE=RE1+RE2），以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點。當(dāng)在放大器的輸入端加輸入信號Ui后，在輸出端就可以得到一個與Ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號U0，從而實現(xiàn)了放大。圖1.1 是一個阻容耦合共發(fā)射極放大器1靜態(tài)工作點UBQ=VCCRB2/（R

4、B1+RB2）ICQ=IEQ=（UBQ-UBE）/RE=UEQ/RE對于小信號放大器，一般取ICQ=1mA左右UCEQVCC-ICQ（RC+RE）為使三極管工作在放大區(qū)，一般應(yīng)滿足：硅管：UBE0.7VVCCUCEQ1V2電壓放大倍數(shù)AV=-RL/rbe（注：RL=RL/RC）3輸入輸出電阻rbe =300+（1+）26mV/IEQmA Ri=RB1RB2rbe R0=r0RCRC五實驗內(nèi)容及步驟1. 線路連接按圖1.1連接電路，把基極偏置電阻RP調(diào)到最大值，避免工作電流過大。2. 靜態(tài)工作點設(shè)置接通12V直流電源，調(diào)節(jié)基極偏置電阻Rp，使IEQ=1mA，也就是使UEQ=1.9V。然后測試各工

5、作點電壓，填入表1-1。表1-1RP（K）UBQ（V）UEQ（V）UCQ（V）UBEQ（V）UCEQ（V）3. 電壓放大倍數(shù)測量調(diào)節(jié)信號源，使之輸出一個頻率為1KHz，峰峰值為30mV的正弦信號（用示波器測量）。然后將輸入信號加到放大器的輸入端，完成表1-2內(nèi)容。表1-2Uipp（V）U0pp（V）AV=U0pp/Uipp表中的Uipp、U0pp分別用示波器測量，并觀察其輸出波形，電壓放大倍數(shù)應(yīng)該在波形不失真的情況下測量。4. 輸入、輸出電阻測量放大器的輸入電阻反映了放大器本身消耗輸入信號源功率的大小。采用串聯(lián)電阻法測量放大器的輸入電阻Ri，即在信號源輸出端與放大器的輸入端之間串聯(lián)一個已知的電

6、阻R（一般選擇R的值接近Ri，以減小測量誤差）。測試電路如圖1.2所示。用示波器觀察輸出波形在不失真的情況下測出USpp、Uipp的值，并填入表1-3中。（Uspp建議取60mV）Ri=RUipp/（USpp-Uipp）表1-3USpp（V）Uipp（V）Ri放大器的輸出電阻的大小反映了它帶負載的能力，R0愈小則帶負載的能力愈強。放大器輸出電阻的測量方法如圖1.3所示。負載電阻RL的取值應(yīng)接近放大器的輸出電阻R0，以減小測量誤差。用示波器觀察輸出波形，在輸出波形不失真的情況下測量其幅度。首先測量RL未接入放大器時的輸出電壓U0pp，接入RL后再測量放大器負載上的電壓U0Lpp，完成表1-4內(nèi)容

7、。R0=（U0pp/U0Lpp-1）RL表1-4U0pp（V）U0Lpp（V）R05. 觀察靜態(tài)工作點Q的變化對放大器性能的影響逐漸增大輸入信號的幅度，用示波器觀察放大器的輸出波形，在輸出波形達到最大不失真的情況下，記下RP的值，然后完成表1-5內(nèi)容，并觀察飽和、截止失真情況下的波形。表1-5RP（K）UBE(V)UE(V)UC(V)輸出波形適合增大減小六實驗報告內(nèi)容1.整理實驗數(shù)據(jù)；2.將理論值與測量值進行比較，分析誤差；3.實驗體會。七思考題1.加大輸入信號的幅度，輸出波形可能出現(xiàn)哪幾種失真？分別是由什么原因引起的？2.放大器的電壓放大倍數(shù)受到哪些因素的限制？3如何用示波器測量放大電路的放

8、大倍數(shù)？實驗二 集成運算放大器的應(yīng)用一實驗?zāi)康?掌握集成運算放大器的正確使用方法2熟悉集成運算放大器的基本線性應(yīng)用二實驗儀器1RXDS-1B模擬電子線路實驗箱2SS-7802A雙蹤示波器3DF2172B交流毫伏表4EE1642B1函數(shù)信號發(fā)生器5SS1792F直流穩(wěn)壓電源6數(shù)字萬用表三實驗原理在集成運放的輸入、輸出端之間加上反饋網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)各種不同的電路功能。本實驗主要研究集成運放的基本線性應(yīng)用電路，研究的前提是基于運放理想化，即電路的Ri，Ii0，UpUN。四、實驗內(nèi)容（注意：實驗過程中都要加上12V電源）1反向比例放大器反向比例放大器是最基本的應(yīng)用電路，如圖2.1所示，其閉環(huán)電壓增益Auf=

9、-RF/R1，平衡電阻RP=R1RF。調(diào)節(jié)信號源，使f=1kHz，UiPP=200mV，根據(jù)電路測量結(jié)果填下表2-1：表2-1Uipp（mV）U0pp（mV）Auf=-RF/R1輸入波形輸出波形200理論值實測值2同相比例放大器同相比例放大器如圖2.2所示，RP=R1RF，其閉環(huán)電壓增益Auf=1+RF/R1。保持輸入信號為f=1kHz，Uipp=200mV，根據(jù)電路測量結(jié)果填下表2-2：表2-2Uipp（mV）U0pp（mV）AVF=1+RF/R1輸入波形輸出波形200理論值實測值3反向加法器基本的加法電路如圖2.3所示：U0=-（Ui1RF/R1+Ui2RF/R2）RP=R1R2RF。（R

10、P可選用電路板上的22K電位器調(diào)節(jié)后獲得）。輸入信號從實驗箱上電位器分壓獲取，電路連接如圖：調(diào)節(jié)信號源，使得Ui1=Ui2=200mV。 4減法器減法器電路如圖2.4所示：U0=RF（Ui2-Ui1）/R1注意：上式應(yīng)滿足R1RF=R2RP 的條件調(diào)節(jié)信號源，使得Ui1pp=Ui2pp=200mV。五實驗報告內(nèi)容1整理實驗數(shù)據(jù)；2將理論值與測量值進行比較，分析誤差。實驗三 負反饋放大器一實驗?zāi)康?研究負反饋對放大器性能的影響；2掌握負反饋放大器性能的測試方法。二實驗儀器1RXDS-1B模擬電子線路實驗箱2SS-7802A雙蹤示波器3DF2172B交流毫伏表4EE1642B1函數(shù)信號發(fā)生器5SS

11、1792F直流穩(wěn)壓電源6數(shù)字萬用表三實驗原理如圖3.2，把如圖3.1所示的基本放大器看成是一個集成運放，用A表示；由電阻Rf和R1組成的分壓器形成反饋網(wǎng)絡(luò)，用F表示。1.用瞬時極性法可判斷出該電路是負反饋；2.由于Uf與Ui在輸入回路中串聯(lián)在一起，所以該電路是串聯(lián)負反饋電路；3.反饋電壓與輸出電壓成比例，故是電壓反饋電路。四實驗內(nèi)容及步驟1.負反饋對放大倍數(shù)穩(wěn)定性的影響負反饋放大器的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)AVf與開環(huán)電壓放大倍數(shù)AV之間的關(guān)系為AvfAV /（1+AvFv）當(dāng)環(huán)境或者元件參數(shù)變化時，會引起放大器放大倍數(shù)的變化，可以用放大倍數(shù)的相對變化量來評價放大器放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，通過對上式中的AV

12、f取導(dǎo)數(shù)，得上式表明：電路引入負反饋后，Avf的相對變化量減小為無反饋時1/（1+AvFv） 按圖3.3接線，注意區(qū)分基本放大器與負反饋放大器，基本放大器是指斷開Rf，并把Rf與RL并聯(lián)（實驗中可接可不接）如圖3.3所示的電路。 靜態(tài)工作點的調(diào)整：用萬用表測T1和T2的發(fā)射極電壓，通過調(diào)整RP1和RP2使。 從Ui端接入一個正弦輸入信號，調(diào)整信號源，使Uipp=10mV（以輸出波形不失真為準），f=1kHz,然后測量負反饋放大器的放大倍數(shù)，填入表3-1中；接著斷開反饋回路，如圖3.3所示，測量基本放大器的放大倍數(shù)填入表3-1中。表3-1負反饋放大器基本放大器驗證UippU0ppAvf=U0pp

13、/UippUippU0ppAv=U0pp/UippAvf=Av/(1+AvFV）2.電壓串聯(lián)負反饋對輸入輸出電阻的影響凡屬于串聯(lián)負反饋電路，其輸入電阻都增加，增加的程度與負反饋深度（1+AF）有關(guān)Rf（1+AF）Ri凡屬于電壓負反饋電路，其輸出電阻都減小，減小的程度與負反饋深度（1+AF）有關(guān)RfR0/（1+AF）注意：為了減小測量誤差，需要串入一個輔助電阻R1=5.1K，如圖3.4所示，測量輸入輸出阻抗的方法可參照實驗一，測量過程中要使得輸出波形不發(fā)生失真，完成表3-2和表3-3。(輸入信號建議取Uspp=10mV,f=1KHz)表3-2基本放大器負反饋放大器驗證USppUippRiUSpp

14、UippRifRif（1+AF）Ri（注：表中所測電壓都為峰峰值電壓）表3-3基本放大器負反饋放大器驗證U0pp空載ULpp有載R0U0pp空載ULpp有載R0fR0f=R0/（1+AF）（注：表中所測電壓都為峰峰值電壓）3.負反饋對非線性失真的改善先接成基本放大器電路，輸入UiPP=2mV，f=1kHz的正弦信號，用示波器觀察輸出波形，逐漸加大輸入信號，輸出波形將出現(xiàn)輕度的非線性失真。在電路中加入負反饋部分，逐漸增大輸入信號，使輸出電壓波形達到與剛才基本放大器輸出波形相同的幅度，觀察波形的改善程度，完成表3-4。表3-4基本放大器負反饋放大器UiU0波形UiU0波形五實驗報告內(nèi)容1整理實驗數(shù)

15、據(jù)，并與理論值比較，分析誤差原因；2總結(jié)負反饋對放大器性能的影響；3查閱有關(guān)資料，舉出負反饋放大器在實際電路中的應(yīng)用的例子。實驗四 數(shù)據(jù)選擇器及其應(yīng)用一、實驗?zāi)康?、掌握中規(guī)模集成數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能及使用方法。2、學(xué)用數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成組合邏輯電路的方法。二、實驗設(shè)備與器件1、+5V直流電源 2、邏輯電平開關(guān)3、邏輯電平顯示器 4、74LS151(或CC4511) 74LS153(或CC14539)三、實驗原理 1、概述數(shù)據(jù)選擇器是常用的組合邏輯電路之一。它有若干個數(shù)據(jù)輸入端D0、D1，若干個控制輸入端、A0、A1、和一個輸出端Y。在控制輸入端加上適當(dāng)?shù)男盘枺纯蓮亩鄠€數(shù)據(jù)輸入源中將所需的數(shù)據(jù)信

16、號選擇出來，送到輸出端。使用時也可以在控制輸入端上加上一組二進制編碼程序的信號，使電路按要求輸出一串信號，所以它也是一種可編程序邏輯部件，也可以用來構(gòu)成邏輯函數(shù)發(fā)生器，其方法簡便，線路簡單。4選1數(shù)據(jù)選擇器的邏輯表達式為所以對于任意給定的三輸入變量的邏輯函數(shù)均可用4選1數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)。同理，8選1數(shù)據(jù)選擇器的邏輯表達式為：所以對于任意給定的四輸入變量的邏輯函數(shù)均可用8選1數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)。采用比較法用數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)單輸出函數(shù)的設(shè)計步驟如下：（1）選擇接到數(shù)據(jù)選擇端的函數(shù)變量。（2）寫出數(shù)據(jù)選擇器輸出的邏輯表達式。（3）將要實現(xiàn)的邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)換為標準與或表達式。（4）對照數(shù)據(jù)選擇器輸出表達式和待

17、實現(xiàn)函數(shù)的表達式，確定數(shù)據(jù)輸入端的值。（5）連接電路。2、舉例（1）八選一數(shù)據(jù)選擇器74LS15174LS151為互補輸出的8選1數(shù)據(jù)選擇器，引腳如下圖所示，功能如表4-1。選擇控制器（地址端）為A2A0，按二進制譯碼，從八個輸入數(shù)據(jù)D0D7中，選擇一個需要的數(shù)據(jù)送到輸出端Q，為使能端，低電平有效。 使能端=1時，不論A2A0狀態(tài)如何，均無輸出(Q=0,=1)，選擇器被禁止。 使能端=0時，選擇器正常工作，根據(jù)地址碼A2A0的狀態(tài)選擇D0D7中某一個通道的數(shù)據(jù)輸送到輸出端。如：A2A1A0=000則選擇數(shù)據(jù)到輸出端，即Q=D0如：A2A1A0=001則選擇數(shù)據(jù)到輸出端，即Q=D1，其余類推。表

18、4-1輸 入輸 出A2 A1 A0QQ1 0100 0 0D0D000 0 1D1D100 1 0D2D200 1 1D3D301 0 0D4D401 0 1D5D501 1 0D6D601 1 1D7D7（2）雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153所謂雙四選一數(shù)據(jù)選擇器就是在一塊集成芯片上有兩個四選一數(shù)據(jù)選擇器。引腳排列如圖4-3，功能如表4-2。1、2為兩個獨立使能端；A1、A0為公用的地址輸入端；1D01D3和2D02D3分別為兩個4選1數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端。Q1、 Q2為兩個輸入端。 當(dāng)使能端1(2)=1時，多路開關(guān)被禁止，無輸出，Q=0。 當(dāng)使能端1(2)=0時,多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地

19、址碼A1、A0的狀態(tài)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)送到輸出端Q。如：A1A0=00 則選擇D0數(shù)據(jù)到輸出端，即Q=D0。A1A0=01 則選擇D1數(shù)據(jù)到輸出端，即Q=D1，其余類推。數(shù)據(jù)選擇器的用途很多，例如多通道傳輸，數(shù)碼比較，并行碼變串行碼，以及實現(xiàn)邏輯函數(shù)等。 表42輸入輸出A1 AQ1 000 0D000 1D101 0D201 1D3四、實驗內(nèi)容1、測試數(shù)據(jù)選擇器74LS151的邏輯功能接圖44，地址端A2、A1、A0，數(shù)據(jù)端D0D7，使能端接邏輯開關(guān)，輸出端Q接邏輯電平顯示器，按74LS151功能表逐項進行測試，記錄測試結(jié)果。2、測試數(shù)據(jù)選擇器74LS153的邏輯功能測試方法及步驟同上，記錄之。3

20、、用8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151設(shè)計三輸入多數(shù)表決電路。(1)寫出設(shè)計過程圖4-4 74LS151的邏輯功能測試；(2)畫驗證邏輯功能；(3)出接線圖。五、預(yù)習(xí)內(nèi)容1、復(fù)習(xí)數(shù)據(jù)選擇器的工作原理；2、用數(shù)據(jù)選擇器對實驗內(nèi)容中各函數(shù)式進行預(yù)設(shè)計。六、實驗報告用數(shù)據(jù)選擇器對實驗內(nèi)容進行設(shè)計、寫出設(shè)計全過程、畫出接線圖、進行邏輯功能測試；總結(jié)實驗收獲、體會。實驗五 譯碼器及其應(yīng)用一、實驗?zāi)康?、掌握中規(guī)模集成譯碼器的邏輯功能和使用方法2、了解數(shù)碼管的使用二、實驗設(shè)備與器件1、數(shù)電模電實驗箱（或多功能數(shù)字電路實驗學(xué)習(xí)機）2、74LS138 74LS20三、實驗原理1、譯碼器的功能和分類譯碼器是一個多輸

21、入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的代碼進行翻譯，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)據(jù)分配，存貯器尋址和組合控制信號等。不同的功能可選用不同種類的譯碼器。譯碼器可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。前者又分為變量譯碼器和代碼變換譯碼器。變量譯碼器（又稱二進制譯碼器），用以表示輸入變量的狀態(tài)，如2線4線、3線8線和4線16線譯碼器。若有n個輸入變量，則有2n個不同的組合狀態(tài)，就有2n個輸出端供其使用。而每一個輸出所代表的函數(shù)對應(yīng)于n個輸入變量的最小項。2、通用譯碼器74LS138以3線8線譯碼器74

22、LS138為例行分析，圖51(a)、(b)分別為其邏輯圖及引腳排列。其中A0、A1、A2，為地址輸入端，Y0Y7為譯碼輸出端，S1、S2、S3為使能端。當(dāng)S11，S2S30時，器件使能，地址碼所指定的輸出端有信號（為0）輸出，其它所有輸出端均無信號（全為1）輸出。當(dāng)S10，S2S3X時，或S1X，S2S31時，譯碼器被停止，所有輸出同時為1。圖5-1 38線譯碼器74LS138引腳排列3、數(shù)碼顯示譯碼器a、七段發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，圖52為共陰管和共陽管的電路。圖52 共陰連接（1電平驅(qū)動） 共陽連接（0電平驅(qū)動）一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位09十進

23、制數(shù)和一個小數(shù)點。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為1.82.2V，每個發(fā)光二極管的點亮電流在510mA。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數(shù)字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動能力。圖5-3 LED數(shù)碼管，圖5-4 CC4511引腳排列，此類譯碼器型號有74LS47（共陽），74LS48（共陰），CC4511（共陰）等，本實驗系采用CC4511BCD碼鎖存七段譯碼驅(qū)動器。驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。輸入BCD碼數(shù)據(jù)位從高到低依次是D、C、B、A。CC4511內(nèi)部有上拉

24、電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管筆段之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當(dāng)輸入碼超過1001時，輸出全為0，數(shù)碼管熄滅。本數(shù)字電路實驗裝置上已完成了譯碼器CC4511和數(shù)碼管BS202之間的連接。實驗時，只要接通+5V電源和十進制數(shù)的BCD碼至譯碼器的相應(yīng)輸入端A、B、C、D即可顯示09的數(shù)字。四位數(shù)碼管可接受四組BCD碼輸入。四、實驗內(nèi)容1、數(shù)據(jù)撥碼開關(guān)的使用。實驗裝置上的兩組撥碼開關(guān)的輸出Ai、Bi、Ci、Di分別接至6組中任2組的顯示譯碼驅(qū)動器CC4511的對應(yīng)輸入口，接上+5V顯示器的電源，撳動四個數(shù)碼的增減鍵（與鍵），觀測撥碼盤上的四位數(shù)與LED數(shù)碼管顯示的對應(yīng)數(shù)字是否一致，或DCBA的邏輯開關(guān)輸入二進制數(shù)觀測譯碼顯示是否正常。2、74LS138譯碼器邏輯功能測試表51表51輸入輸出S1S1+S2A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y710000100011001010011101001010110110101110XX1譯碼器使能端S1、S2、S3及地址端A2、A1、A0分別接至邏輯電平開關(guān)輸出口，八個輸出端Y7-Y0，依次連在邏輯電平顯示器的八個輸入口上，撥動邏輯電平開關(guān)，完成表5-1。五、實驗預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)有關(guān)譯碼器的原理。2、根據(jù)實驗任務(wù)，畫出所需的實驗線路及記錄表格。3、寫出實驗