1、电工电子学实验指导书信息学院实验中心2014 年 3 月- 1 -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 组合逻辑电路设计 - 22 -实验八 时序逻辑电路的设计与应用 - 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 - 2 -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
2、解5正确使用直流稳压电源和万用电表二、仪器设备1TPEDG2 电路分析实验箱 1 台2SA5051 台式万用表 1 台三、预习内容1认真阅读 TPEDG2 电路分析实验箱使用说明（见 PPT）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 TPEDG2 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。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、E 2 共同作用时，流入和流出结
3、点 A 的电流应有：I 1+I2-I3=0 成立。R1 R2R3E1 E2ABI1 I2I3- 3 -（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：E 1-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
4、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、E 2 共同作用下的电流I1、I 2、I 3；E 1 单独作用下的电流 I1、I 2、I 3 和 E2 单独作用下的电流 I1、I 2、I 3。根据叠加原理应有：I 1=I1+ I1； I 2= I2+ I2； I 3=I3 + I3成立。2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
5、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。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：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。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，当稳压线性有源二端网络ab等效成 +-abUOCReqVUOCReq 稳压电源- 4 -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
6、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 。LOCeqR)1(c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时，R L 的阻值即为等效电阻 Req 的值。d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
7、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、E 2=6V，R 1=R2=R3=1k，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、E 2 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UOCReqVRL- 5 -3、验证戴维南定理用戴维南定理测量 R3 支路的电流 I3。
8、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
9、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？ - 6 -实验二 RC 一阶电路响应测试一、实验目的1. 掌握 RC 暂态电路零状态响应、零输入响应及全响应的概念。2. 了解 RC 暂态电路构成微分电路和积分电路的条件，电路的特点及响应波形。3. 学习电路时间常数的测量方法。4. 学习用示波器观测波形，并掌握用示波器测量电压、时间等参数。二、仪器设备1TPEDG2 电路分析实验箱 1 台2TFG6040 DDS 函数信号发生器 1 台3RIGOL 数字示波器
10、 1 台三、实验原理1 RC 电路的方波响应为了用示波器观察 RC 一阶电路的暂态响应过程，通常用方波信号来代替输入阶跃信号。图 2-1（a）所示为 RC 一阶电路，如在 ui 端加入如图 2-1（b）所示的方波信号，当方波信号的脉宽 tp 满足 tp(45) 时，电容两端的响应波形如图 2-1（c）所示。图 2-1 方波激励下电容两端的响应波形图 2-1（c）中，从 t=0 开始到 t= 时间段，u i 对电容器进行充电（ab 段曲线） 。因为方波信号2T的脉宽 tp 足够宽，则 uC 两端的充电电压能够达到稳态值 Um。这样在 0 范围内 uC（t）即为零状2T态响应；从 t= 开始到 t
11、=T 时间段， ui=0，电容器两端电压 uC 由稳态值 Um 开始通过 R 放电（bc 段2T曲线） ， ui uC+Um-Um +Um-Umt t0 T0tp 2T2T Tui CR ui uCUm Umt0 T T0tp a b c(a) (b) (c) t2T 2T- 7 -图 2-2 输入正负对称方波时电容端的全响应波形在足够宽的 tp 范围内，电容器上的电荷基本全部放完，此过程即为零输入响应。若 ui 为正负对称的方波信号，此时因输入阶跃和电容初始值均不为零，则电路为全响应过程，如图 2-2 所示。2用示波器测量时间常数 在方波信号脉宽 tp 足够宽时，例如 t=5 时， 电容器充
12、电电压 uC（5 ）0.993U m，放电电压 uC（5 ）0.007U m，此时认为暂态过程已结束，电路进入到新的稳定状态，此时可用示波器测量时间常数 的值。如图 2-3 所示，在示波器显示的电容充电段波形上（ab 段） ，从t=0 开始到电容充电电压上升到 uC=0.632Um 点所对应的时间范围即是时间常数 。或者在电容放电段波形上（bc 段） ，从 t= 点电容电压从稳态值 Um 开始，下降到 uC=0.368Um 点所对应的时间范围2T即是时间常数 。3RC 电路的应用在 RC 电路中，如果改变输入方波信号的脉宽 tp 与电路时间常数 （即改变 R 和 C 的参数）的比值，可以实现微
13、分电路和积分电路。（1）微分电路电路如图 2-4（a）所示。当 tP 时，电容器充电很慢，电阻两端电压 uR 与输入电压 ui 的波形很相近， 如图 2-4（b）是所示；随着 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， 越小，尖脉冲越陡，如图 2-4（c ）所示。由此看出，当 RC 电路的时间常数 很小时，电阻两端的电压 uR 正比于输入电压 ui 的微分，即 ，因此称为微分电路。构成微分电路dtuRCi的条件是：（1） tP 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， 越大，充放电越缓慢，三角波的线性度越好，如图 2-4（c）
14、所示。由此看出，当 RC电路时间常数 很大时，电容两端的电压 uC 正比于输入电压 ui 的积分，即 ，因此dtRi1称为积分电路。构成积分电路的条件是：（1）t P（通常 5 tP） ， （2）从电容两端输出。积分电路的特点是：可以把输入的方波转换成三角波。uiCRuCui, uCt0tpuiuCtT0T / 2ui, uC图 2 - 5 （ a ） 积分电路图 2 - 5 （ b ） tP时 uC的波形 图 2 - 5 （ c ） tP时 uC的波形四、实验内容由函数信号发生器输出峰峰值 Upp3V 、频率 f1kHz （t P= =0.5ms）的方波作为 RC 电路的T输入信号。固定输入
15、方波信号的频率不变（即固定 tP= =0.5ms） ，改变电阻 R 或电容 C 的参数值，2即改变时间常数 与方波脉宽 tP 间的比值，完成以下测量。1取 R=1k，C=0.01 F，即 =RC=0.01ms，以满足 tP时 uR的 波 形 图 2-4（ c） tP 的比值，重复步骤 1 的测量过程。4根据以上测量的波形总结：在输入方波频率不变的情况下，当 RC 电路的时间常数 由小逐渐增大的过程中，电阻 uR 和电容 uC 两端波形的变化趋势？是否满足微分电路和积分电路的特点？五、实验注意事项1实验前，仔细阅读函数信号发生器和示波器的使用方法，熟练掌握示波器的测量功能。2信号源的接地端与示波
16、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。六、思考题1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。2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、实验报告根据实验观测结果，在方格纸上绘出各种参数下测量的波形曲线并标出幅值。- 10 -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
17、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） 。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）UVWN380V380380VABCIAIBICIN- 11 -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
18、 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。 相电压 中线 各相电流及灯亮度量 名 AVBC0I灯数 AI亮度比较灯数 BI亮度比较灯数 CI亮度比较有中线 380V对称 无中线 380V有中线 380V不对称 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（123 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。图 3-2 负载作形联接
19、UVW20V20V20VABCIAIBICIBICICA- 12 -线I相IIA 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。WV1U1W1三相负载W*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（
20、不能调换电压线圈端子） ，同时读数应记为负值。五、思考题1用实验数据说明在什么情况下电压、电流的线、相量间有 关系？32在什么情况下才能取消中线？- 13 -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
21、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。M3U V WKMFR KMSB1FR- 14 -三相调压器输出端U、V、W调为线电压220V。图4-1 三相鼠笼式异步电动机的点动控制1. 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
22、后，按停止按钮，断开三相电源。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SB 1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SB 1，对异步电机M进行点动操作，比较按下SB 1与松开SB 1时，电机和接触器的运行情况。（3）实验完毕，按电源控制
23、屏停止按钮，切断电源。2. 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SB 2，同时在SB 1上并联一个接触器KM的常开触点，它起自锁作用。图M3U V WKMFR KMSB1FRKMSB2- 15 -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SB 1，松手后观察电机M是否继续运转。 （3）按停止按钮SB 2，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
24、：（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。(4) 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。M3 K M1F RK M2U V WK M1S B1F RS B3K M2K M1K M2S B2K M1K M2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？-
25、16 -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1SA5051 台式万用表 1 台2TPEA3 模拟电路实验箱 1 台3TFG6040 DDS 函数信号发生器 1 台4RIGOL 数字示波器 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。UC C+ 1 2 VRP6 8 0 KRb 13 3 KRCRb 2ReRLRR2C1C2Ce
26、RbUiUo5 . 1 K5 12 4 K1 0 05 . 1 K5 . 1 K1 0 u F1 0 u F1 0 u FUS+图 5 - 1 共发射极单管放大电路- 17 -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、U CE、I B、I C。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
27、值过大时，则会产生双向失真。在电路结构及 UCC 和 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，CR通过调整偏置电路中 的阻值，便可改变静态工作点的位置。b2放大器动态参数的测量1）电压放大倍数 AuO、 AuL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 。A uL 是指放大器带负载时，输出电压 UL 与输入电iuOU0压 Ui 的峰峰值或有效值之比 。iLuA2）输入电阻 R i 的测量输入电阻 R i 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
28、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RUiSi- 18 -图 5-2 输入电阻和输出电阻测量电路3）输出电阻 R 0 的测量输出电阻 R 0 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 电阻四、预习要求1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。2认真阅读 TPEA3 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
29、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！L0RU)1(5k1RUSVS UiVi Ri RLULVLU0V0R0r0- 19 -（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 。测量并计算表中各值。VUC62UC UE UBE UCE IE
30、6V2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、R 2 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（R L=）时，U i、U 0 的波形及相位，并测量 Ui、U 0 的峰峰值，计算电压放大倍数 ，记录在你所设计的表中。iuA02）测量放大器加上负载电阻 RL=5K1 时，U i、U L 的波形及峰峰值，计算电压放大倍数， 填入你所设计的表中。iLuUA（3）信号源输出信号
31、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测量放大器输入、输出电阻去掉输入端用于构成 100 倍衰减的电阻 R2,保留 R=5K1 的电阻，按实验原理中的方法，测量US、U i、 U0、U L 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）4观察静态工作点对非线性失真的影响重新连接电阻 R2 恢复 100 倍衰减电路。在电源电压 UCC 与输入信号 Ui
32、=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失真类型（注意在你的实验报告中要注明是饱和还是截止失真。实验中可能观察不到截止失真缩顶的波形特点，但可- 20 -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）R b 合适的情况下（即不改变工作点的位置）：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、R L =5K11）调节 RP，使 Rb 的阻值逐渐增大，观察输出
33、波形有无失真？失真类型及波形图？2）调节 RP，使 Rb 的阻值逐渐减小，观察输出波形有无失真？失真类型及波形图？六、实验报告1整理实验数据，填写实验所需的表格。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？实验六 集成运算放大器一、实验目的1. 掌握集成运算放大器在线性电路和非线性电路应用中的特点及性能。2. 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1SA5051 台式万用表 1 台2TPEA3 模拟电路实验箱 1 台3TFG6040 DDS 函数信号发生器 1 台4RIGOL 数字示波器 1 台三、预习要求1. 熟悉集成运算放大器芯片
34、uA741 的管脚功能2. 估算测量表格中的理论值3. 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+ UC C- UC CU0Ui +Ui -+u A 7 4 112 3 45678- 21 -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。实验采用 uA741 芯
35、片，右图为芯片管脚图及符号，各管脚功能如下：2-反相输入端 Ui-； 3-同相输入端 Ui+；7-正电源端+U CC；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A基本内容1. 反相比例放大电路实验电路如图 6.1 所示。1) 按表 6.1 内容测试，并记录数据。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） 30 100 300 1000 3000理论估算（mV）实际值（mV）输出电压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
36、、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Ui（mV） 输出电压 Uo 输入、输出波形及相位200mV 频率 1kHz2同相比例放大电路电路如图 6.2 所示按表 6.3 内容测量，并记录。表 6.3-+AUi UoR1R2 RF0k10k10k图 6.1 反 相 比 例 放 大 器-+AUi UoR1R2 RF0k10k10k图 6.2 同 相 比 例 放 大 器- 22 -直流输入电压 Ui（mV） 30 100 300 1000 3000理论估算（mV）实际值（mV）输出电压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
37、进行实验测试，并与预习计算比较。表 6.44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 6.55反相积分运算电路实验电路如图 6.5 所示。电阻 RF 的作用是用来补偿偏置电流所产生的失调，减小直流漂移，起稳定直流工作点的作用。1）输入 Ui 加入频率 1kHz、峰峰值 1V 的方波信号，用示波器观察输入输出波形，并测量 Uo的峰峰值。2）断开电阻 RF，观察输出波形的变化。6过零比较器实验电路如图 6.6 所示。Ui1（V）0.3 -0.3 0.7Ui2（V）0.2 0.2 0.5UO（V）Ui1（V） 1 2 0.2Ui2（V） 0.5 1.
38、8 -0.2UO（V）-+AUi2 UoR2R3 RF10k10k10k图 6.3 反 相 求 和 放 大 器i110k-+AUi2 UoR23 RF10k10k10ki1R10k图 6.4 双 端 输 入 求 和 电 路-+AUi UoR12 C20k 0.1uF10k图 6.5 反 相 积 分 电 路RFk-+AUi Uo图 6. 反 相 过 零 比 较 器RUZ- 23 -1）输入 Ui 加频率 1kHz、峰峰值为 2V 的正弦波信号，用示波器观察输入、输出波形及相位关系，并测量输出电压 Uo 的峰峰值。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
39、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1. 总结本实验中 5 种运算电路的特点及性能。2. 分析理论计算与实验结果误差的原因。实验七 组合逻辑电路设计一、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。二、仪器设备1 THD 4 数字电路实验箱 1 台2TFG6040 DDS 函数信号发生器 1 台3RIGOL 数字示波器 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（74HC 00）：四 2 输入与非门；2）74LS20（74HC 20）：双四输
40、入与非门。这两种逻辑器件的管脚及内部结构如下图所示。四、预习要求1234567GNDUC 8910213474LS0 1234567GNDUC 8910213474LS20- 24 -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。2设计并画出实验所需的逻辑电路。3熟悉 THD4 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，观测输出端波形的变化，从而验证“0”电平对与
41、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、A 2是输入，Q 3Q2Q1Q0 是输出。*3设计 1 位全加器（1）用异或门 74LS86 和与非门实现（2）用 3 线-8 线二进制译码器 74LS138 和与非门实现要求：列出真值表，写出表达式，化出最简表达式，画出逻辑电路图并连接验证结果。实验所用异或门为 74LS86， 3 线-8 线译码器为 74LS138，其管脚及内部结构见下图所示。六、实验报告要求1、根据实验结果总结与非门的用法
42、和特点。2、整理实验数据和图形。组合逻辑电 路 接发光二极管A1A0 Q1Q0Q2Q31 2 34567G N DUC C891 1 1 01 21 31 41 6 1 57 4 L S 1 3 8Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A0A1A2S1S2S31234567GNDUC 89101231474LS86- 25 -实验八 时序逻辑电路的设计与应用一、实验目的1学习触发器逻辑功能的测试。2掌握时序电路的设计方法。3了解集成计数器和寄存器的功能及应用。4了解译码器和显示器的功能。二、仪器设备1THD 4 数字电路实验箱 1 台2TFG6040 DDS 函数信号发生器 1 台3RIGOL 数字
43、示波器 1 台三、实验原理简述1D 触发器实验采用的 D 触发器为 74LS74 型双 D 触发器，它是在 CP 时钟脉冲的上升沿翻转。其管脚如图 8-1（ a）所示。2集成计数器 74LS161 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 1 10 9 CP EPGNDDLETCUC 74LS16 QA QB QC QD D0 D1 D2 D3 DR1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 1 10 9 CP GND S0 S1 UC 74LS194 Q0 1 Q2 3 DR D0 1 D2 3 IR DIL 1234567GNDUC8911012131
44、474LS74CP2Q1CP1Q1DDDR1 1DR2DS1DS22图 8-1（ a） 图 8-1（ b） 图 8-1（ c）- 26 -74LS161 是 4 位二进制同步计数器，也称为十六进制计数器。它具有同步预置数、异步清零和保持等功能，其管脚图 及功能表分别如图 8-1（b）和表 8-2 所示。 其中： 为同步置数DL端； 为数据输0D3 入端；C 为进位输出端；为异步清零（复位）R 端；EP 和 ET 为工作状态控制端（使能端） ； 为数据输出端；AQDCP 为计数脉冲。利用 和 的功能，可RL用清零法和置数法实现小于十六进制的任意进制计数器。表 8-2 74LS161 的功能表3集
45、成寄存器 74LS19474LS194 是一个 4 位双向移位寄存器，其中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。根据移位寄存器存取信息的方式不同，通常寄存器可分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种类型。74LS194 的管脚图及功能表分别如图 8-1（c）和表 8-3 所示。其中 D0、D 1 、D 2 、D 3 为并行输入端；Q 0、Q 1、Q 2、Q 3 为并行输出端；D IR 为右移串行输入端，D IL 为左移串行输入端；S 1、S 0 为操作模式控制端； 为异步清零端 ； CP 为计数脉冲输入端。R74LS194 共有 5 种不同操作模式，即并行送数寄存，右移(方向
46、由 Q0Q 3)，左移（方向由Q3Q 0） ，保持及清零，分别由 S1、S 0 和 控制实现。DR表 83 74LS194 的功能表功能 输 入 输 出CP DRLEP ET 工作状态 0 置零 1 0 预置数 1 1 0 1 保持 1 1 0 保持(但 C=0) 1 1 1 1 计数- 27 -CP DRS1 S0 DIR DIL DO D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3清除 0 0 0 0 0送数 1 1 1 a b c d a b c d右移 1 0 1 DIR DIR Q0 Q1 Q2左移 1 1 0 DIL Q1 Q2 Q3 DIL保持 1 0 0 Q0 Q1 Q2 Q3保持
47、1 Q0 Q1 Q2 Q3四、预习要求1复习 74LS74、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 THD4 数字电路实验箱的使用，设计好实验步骤。五、内容和步骤1测试触发器 74LS74 的逻辑功能将 D， ， 端分别接逻辑电平输出， CP 接单次脉冲源，Q 端接逻辑电平显示，按下表要RDS求，在 或 作用期间改变 D 和 CP 的状态，测试 端的异步复位作用和 端的异步置位作DRDS用。1nQD RDSCP 0 0 1 1 0 0 1 11 1 11234567GNDUC8911012131474LS742CP2Q1CP1Q1D2DDR1 1D
48、R2DS1DS22- 28 -改变 D 的状态，测试触发器 Qn+1 的状态，并记录表中。 （说明：可以使用 和 端的异步复DRS位或置位功能，对触发器原始状态 Qn 进行设置） 。2用 74LS74 双 D 触发器，设计一个异步八进制加法计数器。根据要求设计出逻辑电路，在实验箱上连接电路并验证结果。注意：（1）时钟脉冲 CP 接实验箱的单次脉冲源，输出接逻辑电平显示插孔。为使输出状态稳定，和 应接高电平端。DSR（2）输出状态显示正确后，将三个输出端接译码器的 C、B、A（译码器的 D 端接低电平）端，加脉冲信号后，观察数码管显示的数字范围。3利用 74LS161 集成芯片实现十进制计数器选择清零法或置数法，用 74LS161 十六进制计数器实现十进制计数器。画出设计电路，并连线测试结果。输出结果
