电工电子技术实验指导书.doc

(完整版)电工电子技术实验指导书

电工电子技术实验指导书

10级机制专业适用

张武坤编

班级：

姓名：

学号：

2011年9月

实验一 常用电子仪器的使用
一、 实验目的
1． 学会使用示波器、函数信号发生器，
2． 利用示波器观察信号波形，测量振幅和周期(频率).
二、 常用电子仪器的介绍
1．函数信号发生器（FUNCTION GENERATOR)
本实验室采用的函数信号发生器.能直接产生正弦波，三角波，方波。函数信号发生器使用并不复杂，下面对面板上的一些符号作如下介绍：
电源开关键 / POWER，按下电源接通(ON),弹起关断电源(OFF)
量程选择键 / RANGE（Hz）,
功能键 / FUNCTION，有三个键,即方波 （占空比为50%）三角波 （正、负斜率相等)和正弦波。
频率调节旋钮 / FREQUENCY,与量程选择键配合使用。
输出 / OUTPUT,为被测电路提供信号,输出阻抗约50Ω。
输出幅度调节旋钮 / AMPLITUDE，用于调节输出信号的幅度大小。
2．示波器（OSCILLOSCOPE）
示波器是一种能在示波管屏幕上显示出电信号变化曲线的仪器,它不但能读出被测信号的幅度,还能测试信号的周期（频率）和相位，而且还能用来观察信号的失真，脉冲波形的各种参数等。
本实验室采用的示波器均为双踪示波器，可同时测试两路从直流（DC）到交流（AC）20MHz的电信号。示波器的基本组成部分都有：电源系统，垂直系统(Y轴)，水平系统（X轴）和触发系统（TRIGGER)组成。
下面列出面板上的一些旋钮(或按钮）的中英、文名称及作用，这些都有其通用性：
(1)电源部分
①电源开关(POWER）②辉度（INTENSITY）③聚焦(FOCUS）④校正信号（CAL），1KHz非过零方波，0.5VP（或0.3VP)。
（2）示波器使用举例
①交流电压测量
1) 将输入置AC（或DC）
2) 利用垂直移位旋钮，将波形移至屏幕中心位置，按波形所占垂直方向的格数，即可测出电压波形的峰—峰值。例如，VOLTS/DIV置0。2V/DIV，被测波形占5.2格，则被测电压为：UP-P=0。2V/DIV×5.2DIV=1。4V（置DC时，将被测信号中的直流分量也考虑在内，置AC时，则直流分量无法测出）。
②时间测量
扫描开关的微调置于校正位置(CAL）.
1) 测间隔时间（周期）。
例如，TIME/DIV置于0.2ms/DIV,间隔在水平方向占6格，则其间隔时间为：T=0。2ms/DIV×9DIV=1.2ms。
2） 测量周期性信号的频率，有两种方法。
第一种方法测一个周期的时间，例如,波形周期为8格，扫描开关置于1μs，则，T=1×8=8μs，f=1/T=125KHz。
第二种方法,使被测信号在屏幕上显示较多周期,则可以减小测量误差，精度可接近于扫描速度时间的精度（±2％)，此时按X轴方向10格内占有多少个周期的方法来计算,公式为：

式中，：被测信号的频率（Hz）
：10格内占有的周期数
TIME/DIV:面板上扫描开关指示的数值
三、实验设备
1．函数信号发生器一台
2．双踪示波器一台
四、实验内容
1．用示波器方波信号测量
用CH1（或CH2）观测示波器本身的校准信号（CAL)，测量数据填入下表,画出波形图，在图上标出UP和周期T。
校正信号
标称值
示波器测得的原始数据
测量值
幅度UP－P
V
div
v／div
V
频率f
Hz
div
ms／div
Hz
2．交流电压的测量
信号源选定为正弦波输出，频率分别为下表各值时，完成下表。
正弦波频率
信号幅度
UP—P
有效值
T
f
1KHz
1V

div
ms/div
ms
KHz
10KHz
4V

div
ms/div
ms
KHz
100KHZ
5V

div
ms/div
ms
KHz
五、实验报告
1．实验报告要按规定格式书写。
2．整理实验数据并作分析,得出相应结论。

实验二 电路定理的研究
一、实验目的
1、进一步熟悉万用表和直流电源的使用方法及有关常识
2、掌握基尔霍夫定律，加深对参考方向和实际方向以及电压、电流正负的认识
3、加深对戴维宁定理何叠加定理得的理解
二、实验原理
1、基尔霍夫定律是电路中最基本的定律，也是最重要的定律.它概括了电路中电流和电压分别应遵循的基本规律.定律的内容包括基尔霍夫电流定律和电压定律.①电流定律(KCL）指出：电路中，任意时刻，通过任一节点的电流的代数和为零.即:∑i=0。上式表明：基尔霍夫电流定律规定了节点上支路电流的约束关系，而与支路上元件的性质无关，不论元件是线性的还是非线性的、含源的或无源的、时变的还是非时变的等等都是适用的。 ②电压定律(KVL）指出：电路中，任意时刻，沿任何一个闭合回路的电压的代数和恒等于零。即∑u=0。上式表明任一回路中各支路电压所必须遵循的规律，它是电压与路径无关的反映。同样这一 结论只与电路的结构有关，而与支路中元件的性质无关，适用于任何情况.
2、叠加定理指出：在线性电路中,当存在多个独立电源同时作用时,任一支路产生的响应等于各个电源单独作用时在该支路形成的响应的代数和.各电源单独作用时，不作用的电压源视为“短路”，不作用的电流源视为“断路".
3、戴维南定理指出：任意一个有源二端网络对外电路而言，总可以用一个理想电压源和一个电阻串联来代替，其中电压源的电压等于二端网络的开路电压UOC，等效电阻等于对应无源网络的等效电阻R0 。
三、实验器材
1、万用表 2、 电阻 3、直流稳压电源 4、插件板
四、实验内容
⒈　验证基尔霍夫电流定律
在插件板上，按图2—1接好线，检查无误后，开启电源，调节稳压源输出使UＳ１=5V，UＳ２＝4Ｖ，然后用万用表表（自选适当的量程）先后分别串入电路中,依次按图上所标的参考方向测得各支路电流（注意电流的正负）,记录于表2-1中。（、、）。

图2-1基尔霍夫定律实验电路图
表2—1验证KCL定律表

测量值
理论计算值
误差
I1/mA

I2/mA

I3/mA

∑I/mA

2、验证叠加定理
测量电流、、 和上的电压.数据记入表2-2中。
将Us2去除，用导线代替。测量单独作用时的电流、、和上的电压.数据记入表2—2中。
将Us1去除,用导线代替.测量单独作用时的电流、、和上的电压。数据记入表2-2中.
表2-2 叠加定理测量值

测量值
理论计算值
I1/mA
I2/mA
I3/mA
U3/V
I1/mA
I2/mA
I3/mA
U3/V
US1单独作用

US2单独作用

共同作用

3．验证戴维南定理
断开R3，测得a、b之间的电压Uab即为开路电压Uoc，并记录之。
将Us1、Us2去除,用导线代替.用万用表测得电路中戴维南的等效电阻,并记录之。
五、实验报告
1．根据实验结果，整理相应的实验数据.
2．理论计算实验电路中的各支路电流、、 和电阻上的电压以及US1、US2单独作用时各个分量的值，并做误差分析。
3．依据实验数据讨论功率是否满足叠加定理?
实验三 集成运算放大器的应用
一、实验目的
1． 了解集成运算放大器的基本使用方法。
2． 熟悉集成运算放大器的基本运算关系。
3． 针对各种运算关系，设计电路，并对其进行测试和验证.
二、实验原理
本实验采用的是LM324型模拟集成电路,它是TTL电路的一个典型产品，属于通用型集成运算放大器.它是在同一块半导体基片上制作了四个完全相同的运放单元.
一）。反相比例运算电路:
提示： 接线时断开电源,接线完毕检查无误后再合电源。
1)。按4-1接线,将电源 V接入实验电路，将电源地线接入实验电路.

图3-1
2)。输入f=1000HZ,UiPP=100mV的正弦信号，用示波器测量输出信号UOPP填入表3—1.
提示： 输入与输出电压都用示波器测量，示波器采用双通道.
3).调节UiPP=200mV再测UOPP填入表3-1。
表3—1
UiPP (mV）
100
200
UOPP (V）

4）.用双线示波器观察输入、输出波形并将其画入图3—2中。

图3—2
二）。同相比例运算电路:
提示：接线时断开电源,接线完毕检查无误后再合电源。
1）。 按图3—3接线

图3-3
2）输入f=1000HZ,UiPP=100mV 的正弦信号，用示波器测量输出信号UOPP填入表3—2,再将UiPP调至200mV， 用示波器测量输出信号UOPP填入表3-2.
表3-2
UiPP （mV)
100
200
UOPP （V）

3)。用双线示波器观察输入、输出波形并将其画入图3-4中。

三）.反相求和运算电路：
提示: 接线时断开电源,接线完毕检查无误后再合电源.
1）按图3—4接线。

图3-4

图3—4
2） 输入Ui1PP=200mV,f=1000HZ的正弦信号,  Ui2=200mV的直流信号，用示波器观察和测量输入，输出电压填入表3-3。
表3-3
Ui1PP (mV)
200
Ui2 （mV）
200
UO (V)

五）.双端输入运算电路：
提示: 接线时断开电源,接线完毕检查无误后再合电源。
1).按图3-6接线。

提示： 同相端分压电阻接3R12=10K电阻,不要接成3R13=100K电阻.
2）。调节两个电位器ADJ1、ADJ2，按表3—4输入直流电压Ui1，Ui2,用万用表测量输出电压U0填入表3-4中。
图3—6

       表3—4
Ui1 （V）
1
1
Ui2 (V)
1
0.5
Uo (V）

六、思考题
1．通过电压跟随器的实验,你得到什么结论?
2．各种运算电路的输出与输入电压的数值与相位关系如何？用理论值与实测值进行比较,分析误差。
七、实验报告要求
完成实验数据及处理页内容
1．将所测数据填入对应表格,完成表3-1，表3-2，表3-3，表3-4的要求内容。
2．回答思考题中的1，2题。

实验四 集成译码器及其应用

一、实验目的
1、掌握二进制译码器和7段显示译码器的逻辑功能.
2、了解各种译码器之间的差异，能正确选择译码器。
3、熟悉掌握集成译码器的应用方法。
4、掌握集成译码器的扩展方法。
二、实验原理
集成译码器是一种具有特定逻辑功能的组合逻辑器件，本实验以3线—8线二进制译码器74LS138为主,通过实验进一步掌握集成译码器。
1．74LS138管脚及功能
EN1 EN2A EN2B A2 A1 A0 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0
0 X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1
X 1 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1
X X 1 X X X 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1
0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1
1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0
译码器74138真值表

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
74LS138
A0
A1
EN2B
GND
Y7
VCC
A2
15
16
EN2A
EN1
Y6
Y5
Y4
Y3
Y2
Y1
Y0
A0
A1
A2
Y1
Y0
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
EN1
EN2A
EN2B

图4—1
双排直立式集成3-8译码器74LS138各引脚功能及原理图中惯用画法如图4—1所示。由功能表可知:
（1） 三个使能端(=0）任何一个无效时,八个译码输出都是无效电平，即输出全为高电平“1”；
（2） 三个使能端（=1）均有效时，译码器八个输出中仅与地址输入对应的一个输出端为有效低电平“0”,其余输出无效电平“1”;
（3） 在使能条件下，每个输出都是地址变量的最小项，考虑到输出低电平有效，输出函数可写成最小项的反，即：
。
2．用74LS138和门电路实现组合电路
给定逻辑函数L可写成最小项之和的标准式，对标准式两次取非即为最小项非的与非,即
。
逻辑变量作为译码器地址变量，即可用74LS138和与非门实现逻辑函数L.
3．用译码器实现数据分配
将需要传输的数据作为译码器的使能信号，地址变量作为数据输出通道的选择信号，译码器就能实现有选择的输出数据。
三、实验内容
1．74LS138功能测试
将74LS138输出Y7～Y0接LED0/1指示器，地址A2A1A0输入接0/1开关变量，使能端接固定电平(VCC或地）。
EN1EN2AEN2B≠100时,任意扳动0/1开关，观察LED显示状态，记录之。
EN1EN2AEN2B=100时，按二进制顺序扳动0/1开关，观察LED显示状态,并与功能表对照,记录之。
A0
A1
A2
Y1
Y0
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
EN1
EN2A
EN2B
&
接0/1开关
1
接LED
F
74LS138
1/274LS20
2．按图4-2连接电路，测试电路逻辑功能，列出逻辑函数F的真值表。

图4—2
3．按图4-3连接电路，使能端EN1接方波输入数据，频率以眼睛分辨得出LED闪动为准.改变地址开关量，观察LED闪动位置变化情况。方波输入和输出F接双踪示波器，调节方波频率使示波器稳定显示，比较输入输出波形。EN1接高电平，方波输入数据接到EN2A（或EN2B）另一低电平有效的使能端接地，用示波器比较输入数据和输出数据之相位关系，并与前一接法进行比较。
A0
A1
A2
Y1
Y0
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
EN1
EN2A
EN2B
接0/1开关
接LED显示器
0V
5V
74LS138

图4-3
4．用74LS138和74LS20实现下述逻辑函数（任选一）
L（A，B，C）=AB+AC+BC；
L（A，B，C）=；
L（A，B，C）=；
实现全加器。
四、预习要求
预习教材相关章节内容，完成任选题的设计工作，画出原理图和接线图。
五、实验仪器
数字逻辑实验箱，示波器，74LS20，74LS138.
六、实验报告要求
1． 74LS138功能验证结论。
2． 逻辑函数F的真值表和相关结论.
3． 设计原理图和验证结果。
七、思考题
1． 如何用74LS138实现4线—16线数据分配；
2． 如何用74LS138实现四变量逻辑函数。
实验五 触发器及其功能转换

一、实验目的
1、掌握基本RS、JK、D、T、T’触发器的逻辑功能。
2、熟悉各种触发器之间的相互转换方法。
3、熟悉不同结构形式触发器工作特性的差异.
4、熟悉触发器应用.
二、实验原理
触发器是一种具有记忆功能的二进制存贮器件，是组成各种时序逻辑电路的基本器件之一。就触发器功能而言，有RS、JK、D、T、T’触发器。就触发器结构而言,一般有主从、边沿之分。边沿型触发器有较好的抗干扰性能。D触发器和JK触发器都有TTL和CMOS集成产品。
1、基本RS触发器可由二个与非门所组成，如图5-1所示，没有单独的集成产品。在相应的置位（S）或复位（R）加有效电平（信号）,基本RS触发器置位（Q=1）或复位（Q=0）.图示与非门组成的基本RS触发器，有效触发电平为低电平“0”,其功能见附表。
RS触发器真值表

&
&
Q
Q
SD
RD
G1
G2

RD SD Q
1 0 1
0 1 0
1 1 不变
0 0 不定

图5-1

2、JK触发器
本试验用74LS113是主从型双JK集成触发器,其外引线排列及功能见图5—2和附表.
J K Qn+1
1 0 1
0 1 0
1 1 Qn
0 0 Qn
JK触发器简化真值表
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
74LS113
1CP
1K
1S
1Q
1Q
GND
2Q
2Q
2S
2K
2CP
VCC
1J
2J

图5—2
JK触发器具有保持、置数和计数三种功能。由CP=1期间J、K的状态（按真值表)决定CP脉冲下跳后触发器状态Qn+1。表中Qn是CP下跳前触发器状态，称为原状态;Qn+1称为次状态。74LS113的S端是低电平有效的直接置位端，该引脚信号不受CP控制,74LS113没有直接复位R引脚。主从型JK触发器的逻辑符号如图5-3所示。
C1
1D
S
R
Q
Q
C1
1J
1K
S
R
Q
Q
CP

图5-3
3。D触发器
74LS74是边沿型双D触发器，时钟CP上跳沿有效，即触发器原状态和次状按CP的上升沿划分。74LS74的引脚如图5-4分布，D触发器功能见附表,逻辑符号见图5-3。

D Qn+1
0 0
1 1
D触发器真值表
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
74LS64
1R
1D
1S
1Q
1Q
GND
2Q
2Q
2S
2D
2R
VCC
1CP
2CP

图5-4
4．触发器功能转换
不同逻辑功能的触发器可以互相转换,只要在触发器输入端加组合转换电路即可。各触发器的特征方程如下：
JK触发器:；
D触发器:；
T触发器：；
T′触发器：。
三、实验内容
1． 测试触发器功能
a．与非门（74LS20或74LS00)按图5-1连接,置位端和复位端接0/1开关，输出端Q和接LED.改变开关组合，与RS触发器真值表比较。
b． 74LS113一个触发器的S、J、K接0/1开关,输出端Q和接LED，CP接A/B手动脉冲.改变开关组合,按动A/B按钮，观察LED显示状态，与JK触发器真值表比较.
2． 触发器功能转换
74LS113按图5-5连接，改变开关组合,按动A/B按钮,观察LED显示状态，与D触发器真值表比较.
C1
1J
1K
S
R
Q
Q
接A/B开关（CP）
1
接“1”
接0/1开关（D）
接LED

图5—5
3．触发器计数（分频）功能
74LS113接成T′触发器（如图5-6），分别在T=0和T=1情况下，用示波器观察、比较输入、输出波形，得出可控计数结论。

接方波信号
C1
1D
S
R
Q
Q
C1
1J
1K
S
R
Q
Q
接方波脉冲（CP）
接“1”
接0/1开关（T）

图5-6

74LS74按图5—6接成T触发器，用示波器观察、比较输入、输出波形，得出二进制计数(二分频)结论，并与以上T=1输出波形比较，可见输出状态变化时间的不同。
74LS74按图5-7连接，示波器观察、比较方波输入、输出Q1和Q2波形，得出二位二进制计数（四分频)结论。

接方波信号
C1
1D
S
R
Q1
C1
1D
S
R
Q2

图5—7

四、预习要求
1、预习教材相关内容，了解触发器功能及时钟边沿。
2、确定实验线路连接，画出接线图，拟定实验必要的表格。
五、实验仪器
数字逻辑实验箱，示波器,74LS20,74LS113，74LS74.
六、实验报告要求
1．RS、JK、D、T、T′触发器功能验证结论。
2．触发器状态翻转的时钟边沿和相关结论。
3． 计数器的分频作用.
12