目
一 第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 第六部分 二
录
电子技术基础实验指导书 2 电子实验常用仪器的使用 7 模拟电路实验(3A 型实验箱) 21 集成模拟电路(运算放大器)实验(3B 型实验箱) 50 数字电路实验(3C 型实验箱) 77 模数与数模电路实验(TPE—DA 型实验箱) 102 常用集成器件外形管脚示意图 116
电路原理实验指导书 117 实验一,基尔霍夫定律的验证 118 实验二,叠加原理的验证 119 实验三,戴维南定理——有源二端网络等效参数的测定 120 实验四,受控源 VCVS,VCCS,CCVS,CCCS 的实验研究 122 实验五 RC一阶电路的响应测试 126
实验六,二阶动态电路响应的研究 128 实验七,R,L,C元件阻抗特性的测定 130 实验八,用三表测量电路等效参数 132 实验九,正弦稳态交流电路相量的研究 134 实验十,RC选频网络特性测试 136 实验十一,R,L,C串联谐振电路的研究 139 实验十二,互感电路观测 141 实验十三,单相铁芯变压器特性的测试 143 实验十四,三相交流电路电压,电流的测量 145 实验十五,三相电路功率的测量 147 实验十六,功率因数及相序的测量 149 实验十七,双口网络测试 151 三 电工技术实验指导书 154 实验一,叠加原理的验证 155 实验二,用三表测量电路等效参数 157
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实验三,正弦稳态交流电路相量的研究 160 实验四,三相交流电路电压,电流的测量 164 实验五 三相电路功率的测量 168
实验六,RC一阶电路的响应测试 172 实验七,单相铁芯变压器特性的测试 176 实验八,三相异步电动机的正反转控制 179 四 微机原理及应用实验指导书 182 实验一,P1 口实验 189 实验二,I/O 口扩展实验 191 实验三,中断实验 193 实验四,定时器实验 195 实验五,数码显示实验 197 五 微机原理及接口实验指导书 198 实验一,分支程序,循环程序与运算程序的设计 155 实验二,主程序与子程序的设计 200 实验三,RAM 实验 201 实验四,8253 定时器/计数器接口实验 206 实验五,8259 中断控制实验 210 实验六,8255 并行口实验 213 实验七,综合性,设计性实验—A/D 转换器实验 216 实验八,综合性,设计性实验—巡回检测系统的设计 219
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电子技术基础
实 验 指 导 书
电学基础教研室
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目
第一部分
录
说明 1 电子实验常用仪器的使用 3
一,万用表的使用 3 二,信号发生器的使用 5 三,示波器的使用 9 四,毫伏表的使用 17 第二部分 模拟电路实验(3A 型实验箱) 19
实验一,单管交流放大电路 19 实验二,两级交流放大电路 24 实验三,反馈放大电路 28 实验四,RC 正弦波振荡电路 31 实验五,直流差动放大电路 34 实验六,整流,滤波及串联型稳压电源 37 实验七,LC 选频放大与 LC 正弦波振荡器 43 实验八,射极跟随器 46 第三部分 集成模拟电路(运算放大器)实验(3B 型实验箱) 48
一,比例,求和运算电路 49 二,积分,微分电路 55 三,有源滤波电路 59 四,比较器 60 五,波形发生电路 63 六,三端集成稳压器 69 第四部分 数字电路实验(3C 型实验箱) 75 实验一,门电路 75 实验二,组合逻辑电路 81 实验三,触发器 86 实验四,计数器 89 实验五,多谐振荡及单稳态触发器 92
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实验六,555 定时器 95 第五部分 模数与数模电路实验(TPE—DA 型实验箱) 100 实验一,倒 T 型电阻网络 D/A 转换器 100 实验二,集成芯片 D/A 转换器 102 实验三,集成 D/A 转换器应用(三角波形形成) 105 实验四,取样——保持电路 107 实验五,输出为一位的 A/D 转换器 109 实验六,集成芯片 A/D 转换器 110 第六部分 常用集成器件外形管脚示意图 114
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说
明
本实验指导书是为配合 SXJ-3 型模拟,数字电路学习机和 A/D,D/A 转换电路 学习机的使用编写的,根据课程特点,现将有关实验的目的,要求和注意事项分别 说明如下. 一,实验目的 模拟电子技术基础是工程技术专业的一门专业基础课,主要研究基本电子元器 件,基本模拟电子线路及简单功能器件,是一门实践性很强的课程,实验课对帮助 和加深理论理解有着非常重要的作用,在整个课程教学中占有重要位置.本实验的 作用是使学生进一步理解和验证课本的理论知识,提高学生识别元件,搭接电路, 分析电路,设计电路的实际水平,为后续课程的实验打下良好的基础. 本实验教学大纲主要依据相关专业学生的培养目标以及教材内容安排,以提高 学生的动手操作能力,适应后续课的学习以及将来的工作需要为目的,是本课教学 任务中一个不可缺少的环节. 二,实验要求 准备好所需元器件,仪器设备和工具等.分好实验小组并安排好各组实验时间. 为使每人都有充分动手的机会每组以 2 人为宜. 凡参加实验的学生,每次实验前必须阅读本次实验指导书全部内容,明确实验 目的和要求;理解实验步骤和需要测试,记录的数据之意义;做好预习要求中提出 的事项;复习与实验内容有关的理论和知识和仪器设备的使用方法. 学会处理实验数据,分析实验结果,编写实验报告;培养严谨,实事求是的科 学作风和爱护 2 公共财务的优良品质. 三,实验中应注意的事项 1.检查仪器设备是否齐全,是否完好,使之满足实验要求. 2.熟悉实验装置,检查所用元器件.接线方式,熟悉测试点及元器件位置. 3.按实验要求接好线,须经指导教师检查无误后方可接通电源. 4.实验过程中遇有异常气味和危险现象时,应立即切断电源并通知指导教师. 只有在找出故障后方可继续实验. 5.测量数据和调整仪器要认真仔细,注意设备安全和人身安全. 6.实验内容完成后,测量数据,资料等须经指导教师审查签字后才能拆线.拆 线前必须切断电源,最后应将全部仪器设备和器材复归原位,清理好导线等方可离 去. 四,对实验报告的一般要求. 每次实验后都必须编写实验报告.报告除包括每个实验的具体要求外应有下列
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内容: 1.实验名称,日期,同组人姓名和使用的仪器设备规格(或编号) . 2.根据实验记录整理成数据表或绘制出曲线,波形图等. 3.对实验结果进行分析讨论. 4.实验报告和实验课学习总结必须交指导教师审阅批改.
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第一部分
电子实验常用仪器的使用
一,万用表的使用
一,表盘示意图如下:
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二,使用说明:
⑴万用表电源开关; ⑵数值显示表盘; ⑶表盘显示锁定按键; ⑷不同参数测量档位选择表盘(转不动为防止错误操作自动锁定状态,不要强 迫转动,否则会损坏万用表) ; ⑸黑表笔(测量带极性的参数时接负极端或地端) ; ⑹红表笔(测量带极性的参数时接正极端或高电平端) ; ⑺测毫安级电流红表笔插座(红表笔从电压,电阻红表笔插座先拔除,然后转
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动档位表盘到相应位置,该表笔插座自动锁定状态才能打开,实测时注意表笔在电 路中的连接) ; ⑻测安培级电流红表笔插座(红表笔从电压,电阻红表笔插座先拔除,然后转 动档位表盘到相应位置,该表笔插座自动锁定状态才能打开,实测时注意表笔在电 路中的连接) ; ⑼三极管极性和三极管电流放大系数测量插座(注意区别三极管的三个不同管 脚) ; ⑽电容参数测量插座(被测电容受表盘所标电容最大容量的限制) ;
三,练习
1.学习用万用表辨别二极管极性,三极管管脚的方法以及判断它们的好坏. 2.学习识别各种类型的元件.
二,信号发生器的使用
一,EE1641B1 前面板布局参见下图.
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①频率显示窗口 显示输出信号的频率或外测频信号的频率,单位分 KHz 和 Hz 两种,以对应的 指示灯亮为区分. ②幅度显示窗口 显示函数输出信号的幅度(对输入阻抗大于 600 欧姆的情况,显示峰值;对输
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入阻抗为 50 欧姆的情况,显示峰—峰值;通常情况下,不作特殊说明输入阻抗都看 作大于 600 欧姆) ,单位分 VP—P 和 mVP—P 两种,以对应的指示灯亮为区分. ③扫描宽度调节旋钮 在外测频率时,调节此电位器可以改变内扫描的时间长短(在外测信号频率很 高时,不能跟随进行测量,应打开此开关使外测信号通过带通开关进入测量系统) , 一般情况下,逆时针旋到底(绿灯亮) ,使外输入测量信号经过低通开关进入测量系 统. ④速率调节旋钮 在外测频率时,调节此电位器可调节扫频输入的扫频幅度范围(调节外测信号 的衰减幅度) .一般情况下,逆时针旋到底(绿灯亮) ,为外输入待测量信号经过衰 减"20 dB"进入测量系统. ⑤外部输入插座 当"扫描/计数键"功能选择在外扫描状态或外测频率功能时,外扫描控制信号 或外测频率信号由此输入. ⑥TTL 信号输出端 输出标准的 TTL 幅度的脉冲信号,输出阻抗为 600Ω,作为给数字电路加脉冲 信号. ⑦函数信号输出端 10 (50Ω负载) . 输出多种波形受控的函数信号, 输出幅度 20Vp-p(1MΩ负载), Vp-p ⑧函数信号输出幅度调节旋钮 调节范围 20dB,与函数信号输出幅度衰减开关协调使用. ⑨函数信号输出信号直流电平预置调节旋钮 调节范围:-5V~+5V(50 负载) ,当电位器处在中心位置时,则为 0 电平.通 常为"OFF"位置关闭状态. ⑩输出波形,对称性调节旋钮 当电位器处在中心位置或 "OFF" 位置时, 调节此旋钮可改变输出信号的对称性. 则输出对称信号.通常为"OFF"位置关闭状态. ⑾函数信号输出幅度衰减开关 "20dB" , "40dB" 键均不按下, 输出信号不经衰减, 直接输出到插座口. "20dB" , "40dB"键分别按下,则可选择 20dB 或 40dB 衰减.与函数信号输出幅度调节旋钮 协调使用. ⑿函数输出波形选择按钮 可选择正弦波,三角波,脉冲波输出,每按一次,连续循环选择. ⒀"扫描/计数"按钮 可选择多种扫描方式和外测频方式,每按一次,连续循环选择.
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⒁频段选择按钮 每按一次,改变输出频率的一个频段,与函数信号输出幅度调节旋钮协调使用. ⒂频率调节旋钮 调节此旋钮可微调输出频率的一个频程,与函数信号输出幅度调节旋钮协调使 用. ⒃整机电源开关 此按键按下时,机内电源接通,整机工作.此键释放为关掉整机电源.
二,后面板说明
①电源插座(AC～220V) :交流市电 220V 输入插座. ②电源插座(FUSE0.5A) :交流市电 220V 进线保险丝管座,座内保险容量为 0.5A. ③测量,试验的准备工作 请先检查市电电压,确认市电电压在 220V±10%范围内,方可将电源线插头插 入本仪器后面板电源线插座内,供仪器随时开启工作. ④自校检查 在使用本仪器进行测试工作之前,可对其进行自校检查,以确定仪器工作正常 与否. ⑤函数信号输出 50Ω主函数信号输出:以终端连接 50Ω匹配器的测试电缆,由前面板插座(7) 输出函数信号; 由频率选择按钮(14)选定输出函数信号的频段,由频率调节旋钮(15)调整 输出信号频率,直到所需的工作频率值; 由波形选择按钮(12)选定输出函数的波形分别获得正弦波,三角波,脉冲波; 由信号幅度选择器(11)和(8)选定和调节输出信号的幅度; 由信号电平设定器(9)选定输出信号所携带的直流电平; 输出波形对称调节器(10)可改变输出脉冲信号空度比,与此类似,输出波形 为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿波,正弦波调变为正与负半周分别为不同角 频率的正弦波形,且可移相 180°. ⑥TTL 脉冲信号输出(6) 除信号电平为标准 TTL 电平外,其重复频率,调控操作均与函数输出信号一致: 以测试电缆(终端不加 50Ω匹配器)由输出插座(6)输出 TTL 脉冲信号. ⑦内扫描/扫频信号输出 a."扫描/ 计数"按钮(13)选定为"外扫描方式" (4) 获得所需的扫描信号输出; b.分别调节扫描宽度调节(3)和扫描速率调节器
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c.函数输出插座(7) ,TTL 脉冲输出插座(6)均输出相应的内扫描的扫频信号. ⑧外扫描/扫频信号输出 a."扫描/计数"按钮(13)选定为"外扫描方式" ; b.由外部输入插座(5)输入相应的控制信号,即可得到相应的受控扫描信号. ⑨外测频功能检查 a."扫描/计数"按钮(13)选定为"外计数方式" ; b.用本机提供的测试电缆,将函数信号引入外部输入插座(5) ,观察显示频率应 与"内"测量时相同. ⑩打开速率调节旋钮和扫描宽度调节旋钮, 扫描计数选择 "INT LINEAR" 位置, 可以输出在某一频率段内频率连续变化且幅度不变的输出信号,频率段的范围选择 可以由频段选择按钮和频率调节旋钮来调整.
三,示波器的使用
一,控制面板参考图如下
28 27 29 26 25 24 23 22
1 2 3 4 5 6 7 8
17 15 13 11 19 10 16 18 20 21
9 14 12
①亮度调节旋钮(INTEN SITY) :调节光迹的亮度; ②辅助聚焦(ASTIG) :与聚焦配合,调节光迹的清晰度;
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③聚焦(FOCUS) :调节光迹的清晰度; ④迹线旋转(ROTATION) :调节光迹与水平刻度线平行; ⑤校正信号(CAL) :提供幅度为 0.5V,频率为 1KH 的方波信号,用于校正 10: 1 探极的补偿电容器和检测示波器垂直与水平的偏转移因数. ⑥电源指示(POWER INDICATOR) :电源接通时灯亮. ⑦电源开关(POWER) :电源接通或关闭 ⑧CH1 位移(POSITION) :调节通道 1 光迹在屏幕上的垂直位置; PULL CH1-X,CH2-Y:用作 X-Y 显示. ⑨CH2 位移(POSITION) ,PULL INVERT:调节通道 2 光迹在屏幕上的垂直位置; PULL INVERT:在 ADD 方式时使 CH1+CH2 或 CH1-CH2 . ⑩垂直方式(VERT MODE): CH1 或 CH2:通道 1 或通道 2 单独显示; ALT:两个通道交替显示; CHOP:两个通道断续显示,用于扫速较慢时的双踪显示; ADD:用于两个通道的代数和或差. ⑾CH1 垂直衰减器(VOLTS/DIV):调整 CH1 垂直偏转灵敏度. ⑿CH2 垂直衰减器(VOLTS/DIV):调整 CH1 垂直偏转灵敏度. ⒀CH1 微调(VARIABLE) :用于 CH1 通道连接调整垂直偏转灵敏度,顺时针旋足 为校正位置. ⒁CH2 微调(VARIABLE) :用于 CH2 通道连接调整垂直偏转灵敏度,顺时针旋足 为校正位置. ⒂CH1 耦合方式(AC-DC-GND) :用于 CH1 通道选择被测信号馈入垂直通道的耦 合方式. :用于 CH2 通道选择被测信号馈入垂直通道 ⒃CH2 通道耦合方式(AC-DC-GND) 的耦合方式. ⒄CH1 OR X:CH1 通道被测信号输入插座. ⒅CH2 OR X:CH2 通道被测信号输入插座. ⒆接地(GND) :与机壳相连的接地端. :外触发输入插座. ⒇外触发输入(EXT INPUT)
(21)内触发源(INT (22)
TRIG SOURCE) :用于选择 CH1,CH2 或交替触发.
触发源选择 (TRIG SOURCE) 用于选择触发源为 INT 内) EXT(外)或 LINE(电 : ( ,
源).
(23)触发极性(SLOPE) :用于选择信号的上升或下降沿触发扫描. (24)电平(VEOVEL) :用于调节被测信号在某一电平触发扫描.
:用于连续调节扫描速度,顺时针旋足为校正位置. (25)微调(VARIABLE)
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(26)扫描速率(SEC/DIV) :用于调节扫描速度. (27)触发方式(TRIG
MODE):
常态(NORM) :无信号时,屏幕上无显示;有信号时,无电平控制配合显示 稳定波形; 自动(AUTO) :无信号时,屏幕上显示光迹;有信号时,无电平控制配合显 示稳定波形; 电视场(TV) :用于显示电视场信号; 峰值自动(P-P AUTO) :无信号时,屏幕上显示光迹;有信号时,无需调节 电平既能获得稳定波形显示.
(28)触发指示(TRIG'D):在触发扫描时,指示灯亮. (29)水平位移(POSITION) :调节迹线在屏幕上的水平位置.
PULL×10:拉出时扫描速度被扩展十倍.
(30)机壳背后的外监频输出:监视示波器显示某一通道波形的频率.
二,基本操作方法
1.电源检查 本示波器电源电压为 220V±10%.接通电源前,检查当地电源电压,如果不相 符合,则严格禁止使用! 2.面板一般功能检查 ①将有关控制开关,旋钮按下表要求置位
控制开关,旋钮名称 亮度(INTEN) 聚焦(FOCUS) 位移(CH1,CH2,X) 垂直方式(MODE) VOLTS/DIV 微调(VARIABLE) 作用位置 居中 居中 居中 CH1 10mV 校正位置 控制开关,旋钮名称 触发方式 扫描速率(SEC/DIV) 极性(SLOPE) 触发源 内触发源 输入耦合 作用位置 峰值自动 0.5ms 正 INT CH1 AC
②接通电源,电源指示灯亮,稍侯预热,屏幕上出现光迹,分别调节亮度,聚 焦,辅助聚集,迹线旋转,使光迹清晰并与水平刻度平行. ③用 10:1 探极将校正信号(示波器内部自产生的 0.5VP-P 方波信号)输入至 CH1 输入插座. ④调节 CH1 移位(波形 Y 方向)与 X 方向移位,使波形与下图相符合.
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⑤将探极换至 CH2 输入插座, 垂直方式置于 "CH2" 常态, 内触发源置于 "CH2" 探极,重复(4)操作,得到与上图相符合的波形. 3.亮度控制 调节亮度电位器,使屏幕预示的光迹亮度适中.一般观察不宜太亮,以免荧光 屏老化,高亮度的显示一般用于观察低频率的快速扫描信号. 4.垂直系统的操作 ①垂直方式的选择 当只需观察一路信号时,将"MODE"开关置"CH1"或"CH2" ,此时被选中 的通道有效,被测信号可从通道端口输入.需要同时观察两路信号时,将"MODE" 开关置交替"ALT" ,该方式使两个通道的信号被交替显示,交替显示的频率受扫描 周期控制.当扫速低于一定频率时,交替方式显示会出现闪烁,此时应将开关置于 断续 "CHOP" 位置. 当需要观察两路信号的代数和时, "MODE" 将 开关置于 "ADD" 位置,在选择这种方式时,两个通道的衰减设置必须一致,CH2 移位处于常态时为 CH1+CH2,CH2 移位拉出时(PULL INVERT)为 CH1-CH2. ②输入耦合的选择 直流(DC)耦合:适用于观察包含直流成份的被测信号,如信号的逻辑电平和静 态信号的直流电平,当被测信号的频率很低时,也必须采用这种方式. 交流(AC)耦合:信号中的直流分量被隔断,用于观察信号的交流份量,如观察 较高直流电平上的小信号. 接地(GND):通道输入端接地(输入信号断开),用于确定输入为零时光迹所处位 置. 5.触发源的选择
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①触发源的选择 当触发源开关置于电源触发"LINE" ,机内 50Hz 信号输入到触发电路.当触发 源开关置于常态触发"NORM" ,有两种选择,一种是外触发"EXT" ,由面板上触发 输入插座触发信号;另一种是内触发"INT"由内触发源选择开关控制. ②内触发源选择 CH1 触发:触发源取自通道 1. CH2 触发:触发源取自通道 2. VERT MODE 触发:触发源受垂直方式开关控制,当垂直方式开关置于"CH1" , 触发源自动切换到通道 1;当垂直方式开关置于"CH2" ,触发源自动切换到通道 2; 当垂直方式开关置于"ALT" ,触发源与通道 1,通道 2 同步切换,在这种状态使用 时,两个不相关的信号其频率不应相差很大,同时垂直输入耦合应置于"AC" ,触发 方式应置于"AUTO"或"NORM" .当垂直方式开关置于"CHOP"和"ADD"时, 内触发源选择应置于"CH1"或"CH2" . 6.水平系统的操作 ①扫描速度的设定 扫描范围从 0.2μS/ DIV-0.5S/DIV 按 1,2,5 进位分 20 档,微调提供至少 2.5 倍的连续调节,根据被测信号频率的高低,选择合适档级,在微调顺时针旋足至校 正位置时,可根据开关的示值和波形在水平轴方向上的距离读出被测信号的时间参 数,当需要观察波形某一个细节时,可进行水平扩展×10,此时原波形在水平轴方 向上被扩展 10 倍. ②触发方式的选择 常态(NORM):无信号输入时,屏幕上无光迹显示;有信号输入时,触发电平调 节在合适位置上,电路被触发扫描.当被测信号频率低于 20HZ 时,必须选择这种方 式. 自动(AUTO):无信号输入时,屏幕上有光迹显示;有信号输入时,触发电平调 节在合适位置上,电路自动转换到触发扫描状态,显示稳定的波形.当被测信号频 率高于 20HZ 时,最常用这一种方式. 电视场(TV):对电视信号中的场信号进行同步,在这种方式下,被测信号是同 步信号为负极性的电视信号,如果是正极性,则可以由 CH2 输入,借助于 CH2 移位 拉出(PULL INVERT)把正极性转变为负极性. 峰镇自动(P-P AUTO):这种方式同自动方式,但无须调节电平即能同步.它一 般适用于正弦波,对称方波或占空比相差不大的脉冲波.对于频率较高的测试信号, 有时也要借助于电平调节,它的触发同步灵敏度要比"常态"或"自动"稍低一些. ③极性的选择(SLOPE) 用于选择被测试信号的上升沿或下降沿去触发扫描.
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④电平的位置(LEVEL) 用于调节被测信号在某一合适的电平上启动扫描,当产生触发扫描后, "TRIG' D"指示灯亮. 7.信号连接 ①探极操作 本示波器附件中有两根衰减比为 10:1 和 1:1 可转换的探极,为减少探极对被 测电路的影响,一般使用 10:1 探极,此时探极的输入阻抗为 10MΩ,16pF.衰减 比为 1: 的探极用于观测小信号, 1 但此时输入阻抗已降为 1MΩ, 输入电容约为 70pF, 因此在测量时要考虑探极对被测电路的影响和测试的准确性. 为了提高测量精度,探极上的接地和被测电路应尽量采用最短的连接,在频率 较低,测量精度不高的情况下,可用前面板上接地端和被测电路地连接,以方便测 试. ②探极的调整 由于示波器输入特性的差异,在使用 10:1 探极测试以前,必须对探极进行检 查和补偿调节,调整方法见说明书.
三,测量
1.测量前的检查和调整 为了得到较高的测量精度,减少测量误差,在测量前应对如下项目进行检查和 调整. ①光迹旋转(TRACE ROTATION) 在正常情况下,屏幕上显示的水平光迹应与水平刻度线平行,但由于地球磁场 与其它因素的影响,会使水平迹线产生倾斜,给测量造成误差,因此在使用前可按 下列步骤检查或调整: a.预置示波器面板上的控制件,使屏幕上获得一根水平扫描基线. b.调节垂直移位使扫描线处于垂直中心的水平刻度线上. c.检查扫描基线与水平刻度线是否平行,如不平行,用镙丝刀调整前面板 "ROTATION"控制器. ②探极补偿 探极的调整用于补偿由于示波器输入特性的差异而产生的误差,调整方法详见 说明书. 2.幅值的测量 ①峰-峰值电压的测量 对被测信号波形峰-峰值电压的测量,步骤如下: a.将信号输入至 CH1 或 CH2 插座,将垂直方式置于被选用的通道.
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b.设置电压衰减器并观察波形,使被显示的波形在 5 格左右,将微调顺时 针旋足(校正位置) . c.调整电平使波形稳定(如果是峰值自动,无须调节电平) . d.调节扫速控制器,使屏幕显示至少一个波形周期. e.调节垂直移位,使波形底部在屏幕中某一水平坐标上 A 点. f.调整水平移位,使波形顶部在屏幕中央的垂直座标上 B 点. g.读出垂直方向 A-B 两点之间的格数. h.按下面公式计算被测信号的峰-峰电压数(Vp-p) . Vp-p=垂直方向的格×垂直偏转因数. 例如: 测出 A-B 两点垂直格数为 4.1 格, 10: 探极的垂直偏转因数为 2V/DIV, 用 1 则:Vp-p=2×4.1=8.2(V) ②直流电圧的测量 直流电压的测量步骤如下: a.设置面板控制器,使屏幕显示一扫描基线. b.设置被选用通道的耦合方式为"GND" . c.调节垂直移位,使扫描基线在某一水平座上,定义此时电压零值. d.将被测电压馈入被选用的通道插座. e.将输入耦合置于"DC" ,调节电压衰减器,使扫描基线偏移在屏幕中一个合 适的位置上,微调顺时针旋足(校正位置) . f.读出扫描基线在垂直方向上偏移的格数. g.按下列公式计算被测直流电压值: V=垂直方向格数×垂直偏转因数×偏转方向(+或-) 例如:测出扫描基线比原基线上移 4 格,垂直偏转因数 2V/DIV.则 V=2×4× (+)=8(V) ③幅值比较 在某些应用中,需对两个信号之间的幅值偏差(百分比)进行测量,其步骤详 见说明书. ④代数迭加 当需要测量两个信号的代数和或差时,可根据下列步骤操作: a. 设置垂直方式为"ALT"或"CHOP" (根据信号频率) ,CH2 移位移值不要拉 出,即 CH2 正极性. b. 将两个信号分别馈入 CH1 和 CH2 输入插座. c. 调节电压衰减器使用两个信号的显示幅度适中,调节垂直移位,使两个信号 波形处于屏幕中央. d. 将垂直方式置于"ADD" ,即得两个信号的代数和显示;若需观察两个信号
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的代数差,则将 CH2 移位拉出(INVERT) . 3.时间测量 ①时间间隔的测量 对于一个波形中两点间时间间隔的测量,可按下列步骤进行: a. 将信号馈入 CH1 或 CH2 输入插座,设置垂直方式为被选通道. b. 调整电平使波形稳定显示(如峰值自动,则无须调节电平) . c. 将扫速微调顺时针旋足(校正位置) ,调整扫速控制器,使屏幕上显示 1-2 个信号周期. d. 分别调整垂直移位和水平移位,使波形中需测量的两点位于屏幕中央水平刻 度线上. e. 测量两点之间的水平刻度,按下列公式计算出时间间隔:
时间间隔(S)=
两点之间水平距离(格) 扫描时间因数(时间 / 格) × 水平扩展倍数
例:测量 A,B 两点的水平距离为 8 格,扫描时间因数为 2μS/DIV,水平扩展 ×1,则:
时间间隔=
②周期和频率的测量
2μS / DIV × 8DIV = 16μS 1
在上面的例子中, 所测得的时间间隔即为该信号的周期 T, 该信号的频率为 1/T, 例如 T=16μS,则频率为:
f = 1/ T =
③上升或下降时间的位置 (详见说明书) ④时间差的测量 (详见说明书) ⑤相位差的测量 (详见说明书) 4.电视场信号测量
1 = 62.5KHz 16 × 10 6
本示波器具有显示电视场信号的功能(详见说明书) 5.X-Y 方式的应用 在某些场合,X 轴偏转需外来信号控制,如接外扫描信号,阶梯信号及李沙育 图形的观察,或作其它设备的显示装置,都要用到这种方式. X-Y 方式的操作,将 CH1 移位控制器拉出(PULL CH1-X) ,由 CH1 OR X 端输入 X 信号,其偏转因数直接由 CH1 通道的 VOLTS/DIV 开关示值读取.
19
6.Z 轴调制的应用 由本示波器后面板的 Z 轴输入插座可输入对波形亮度的调制信号,调制极性为 正电平消隐,负电平加亮.如与 X-Y 方式配合使用,可实现 X,Y,Z 三个方向上 的控制,用于图形或字符显示.
四,毫伏表的使用
一,前面板
示意图及使用说明如下:
1
2
3
6
5 4 6
①指针刻度表盘:根据量程档位转动开关,来选择不同的量程刻度线进行读数. ②机械零刻度调节螺丝:在关闭电源开关的情况下进行调节. ③电源指示灯:打开电源后,电源指示灯同时被点亮. ④被测信号输入插座:用来输入被测量的电压. ⑤量程旋钮:用来选择满刻度值,在每一档位上,都有满刻度的电压值(读数 均为有效值) .
二,使用注意事项
①电源电压允许 220 伏的额定值±10%;
20
②避免过高的信号输入电压:最大输入电压为 AC 峰值+DC 值=600 伏,超过最 大输入电压,部分电路可能被损坏. ③输入电压波形失真,会引起读数不准确. ④当被测电压很小,或者被测电压源输出阻抗很高时,可能引起感应噪声,表 盘指示不正常,可以利用屏蔽电缆减少或消除噪声干扰. ⑤当不能预估被测信号的幅度时,接通信号之前应尽量选择较大的量程,以免 指针摆力过大而损坏部件. ⑥接通电源 5 秒钟之内指针有不规则的摆动属正常现象, 秒钟之后仪器将稳定. 5 ⑦如果读数小于满刻度的 30%,应减小量程使读数大于满刻度的 30%,小于满刻 度值,这是读出的读数较准确. ⑧读读数时,注意量程指示"1""3"与"两条刻度线"的一一对应关系. ,
三,怎样利用分贝的量程
指针有两个如下的 dB 标准: 0dB—0.775V(1Mw600)dBm 0dB—1VdBV 下表给出了每一个 dB 量程的 dBm,dBV 范围值. 量程设备 +50 +40 +30 +20 +10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -610 dBm +30～+52 +20～+42 +10～+32 0～+22 -10～+12 -20～+2 -30～-8 -40～-18 -50～-28 -60～-38 -70～-48 -80～+58 dBV +30～+50 +20～+40 +10～+30 0～+20 -10～+10 -20～+0 -30～-10 -40～-20 -50～-30 -60～-40 -70～-50 -80～+60
dB 值可以用量程的 dB 值和指针的指示值相加读出.
四,输出端的利用
21
当指针在满刻度上指示"1.0"时,无论量程开关在什么位置,没有负载时在输 出端都能得到 1V 的输出.
第二部分
模拟电路实验(3A 型实验箱) 单管交流放大电路
实验一
一,实验目的
(一)观察并测定电路参数的变化对放大电路静态工作点(Q),电压放大倍数(Aυ) 及输出波形的影响. (二)进一步掌握用万用表测定三极管好坏及辨别电极的方法. (三)进一步练习万用表,示波器,信号发生器和直流稳压电源的正确使用方法.
二,实验原理图及主要参数 原理图:
+12
EC RW1 RC C1
C2
RB1 T1 Vo1
RL
Vi1
RW3
图 2.1 共发射极基本放大电路
电路参数: 电路供电电源 EC=12V;基极可调偏置电阻 RW1=1MΩ,基极固定偏置电阻 RB1=100kΩ,基极总偏置电阻 RB=Rw1+RB1;集电极电阻 RC1=2KΩ.
22
固定负载电阻 RL=510Ω, 可变负载电阻 RW3=2.2 kΩ, 负载总电阻 RL= RL+ RW3; 输入输出耦合电容 C1=C2=10μF/15V. 三极管 T1 为 3DG 型管,电流放大系数β=30～50.
三,实验内容及步骤
(一) 先将直流稳压电源的输出电压调至+12V,用万用表测量该电压值,然后关 掉直流稳压电源开关.用导线将电源输出两端分别接入模拟学习机面板上的"单级 与两级交流放大"单元电路的+12V 接线端和接地端,将 RB1 下端插口与三极管 T1 的基极插口用一短线相连,集电极电阻 RC1 与三极管 T1 的集电极插口相连,检查无 误后接通电源. 电压放大倍数 Aυ及输出波形的影响. (二) 观察 RB 对放大电路的静态工作点 Q, 1.测算 RB 对放大电路的静态工作点 Q 的影响 将交流输入端对地短路,输出端不接负载,调节 RW1 为某一合适数值(VC=4～ 6V),测量静态工作点,即分别测出晶体三极管各点对地电压 VC,VB,VE 的值,然 后按下列步骤计算静态工作点. ⑴ 计算基极静态电流 IB 断开电源及 RB 与晶体三极管基极的连线,用万用表测出 RB(=Rw1+RB1)的值, 按下面公式计算基极静态电流 IB 的值
IB =
⑵ 计算基极静态电流 IC
E c VB RB
E c Vc Rc1
Ic =
⑶ 计算晶体三极管电流电流放大系数
β≈
⑷ 计算晶体三极管的管压降 VCE = ⑸ 测量晶体三极管的发射结压降
IC IB
VC
VBE ≈ 0.7V ⑹ 晶体三极管的基极可调偏置电阻 RW1,观察,计算以上参数的变化情况,并 填入下表,分析变化的原因.
23
VB 调整 RW1 使 VC = 4～6V 调整 RW1 使 VC 发生变化
VC
VE
VBE
VCE
β
注:测量 Rb 阻值时,务必断开电源.同时还应断开 RB1 与 T1 基极的连线. 2.估算并实测放大电路的电压放大倍数 Aυ ⑴ 调整 RW1 使 VC=4～6V,去掉晶体三极管 T1 基极的对地连线; ⑵ 将信号发生器的频率调至 f =1kHz,输出信号幅度为 5mV(以毫伏表测量的有 效值为准) .随后接入单级放大电路的输入端,即 Vi1=5 mV. ⑶ 用示波器观察输出端信号 Vo1 的波形,若无失真(若有失真,调整 RW1 直到 使输出端信号 Vo1 的波形正常为止) ,去掉示波器换上豪伏表测量输出电压 Vo1 的值. ⑷ 计算电压放大倍数
Aυ =
V o1 V i1
c1
⑸ 估算电压放大倍数,估算值按下式计算:
Aυ =
βR
r be
其中: rbe = 300 + (1 + β )
⑹ 将以上相关参数填入下表 Vi1 调整 RW1 使 VC=4～6V Vo1 rbe
26 V VC I E ≈ I C = E IE RC 1
β RC1 实测 Aυ 估算 Aυ
3.观察 RB 对放大电路的静态工作点 Q,电压放大倍数 Aυ及输出波形的影响. ⑴ 放大电路的输入端仍接入 f =1kHz,幅度为 5Mv 的输入信号.逐渐减小 Rw1, ,输出波形如何 测量此时的静 观察输出波形的变化.当 Rw1 为最小时(即 Rw1=0) 态工作点. 若输出波形仍为不失真的正弦波时,测出 Vi 和 Vo 并计算 Aυ. ,输出 ⑵ 逐渐增大 Rw1,观察输出波形的变化.当 Rw1 为最大时(即 Rw1=1M) 波形如何 测量此时的静态工作点. 若输出波形仍为不失真的正弦波,测出 Vi 和 Vo 并计算 Aυ.
24
(三)观察 RC1 对放大电路静态工作点,电压放大倍数及输出波形的影响. ⑴ 调节 Rw1 使 VC = 4～6V. ⑵ 放大电路的输入端仍接入 f =1kHz,幅度为 5mV 的输入信号. ⑶ 改变 RC1 使其为 5kΩ(学习机上用 R ′′ 1 = 5kΩ ) ,观察输出波形,测量 Vo1, C 计算 Aυ与 RC1=2 kΩ时测得的结果相比较,并填入下表. Vi RC=2kΩ时 RC=5kΩ时 5mV 5mV Vo Aυ
(四)观察 RL 对放大电路静态工作点,电压放大倍数及输出波形的影响. ⑴ Rb 同上(Rw1 不变) C1=2 kΩ,接入 RL(2.7 kΩ左右) ,R . ⑵ 放大电路的输入端仍接入 f =1kHz,幅度为 5mV 的输入信号. ⑶ 观察输出波形,测量 Vi1 和 Vo1,计算 Aυ,与空载时的结果相比较.⑷ 测量 静态工作点,并填入下表. Vi RL=∞时(空载) RL=2.7 kΩ时 5mV 5mV Vo Aυ IB IC VCE
(五)调整放大电路和最大放大倍数及最大输出幅度 ⑴ 取 RC1=5 kΩ,RL=2.7 kΩ ⑵ 输入端仍接入 f =1kHz,幅度为 5mV 的输入信号. . ⑶ 调整 RW1 使输出波形不失真(所指不失真,系波形基本上为正弦,无明显 削波现象)且幅度为最大(这时放大倍数也最大) ,测量此时静态工作点. ⑷ 调整 Rw1 及 Vi1 两个参数,使不失真(所指不失真,系波形基本上为正弦, 无明显削波现象)的输出电压 Vo1 不失真且幅度为最大(这时有最大的输出幅度) , 测量此时的静态工作点. ⑸ 比较两次静态工作点,并填入下表. Vi 仅调整 RW1 调整 RW1 及 Vi1 5mV 5mV Vom Aυ VB VC VCE IB IC
25
四,报告要求
(一)整理数据列出表格; (二)总结 RB,RC1 和 RL 变化以后对静态工作点,放大倍数及输出波形的影 响; (三)将电压放大倍数的估算值与实测值进行比较并讨论; (四)为了要提高放大倍数 Aυ应采取哪些措施; (五)分析输出波形失真的原因,并提出解决办法.
五,预习要求及思考题
(一)预习共射基本放大电路的工作原理及电路各元件的作用. (二)如何测量 Rb 的数值 不断开与其极的连接线行吗 为什么 (三)如何利用测出的静态工作点来估算半导体三极管的电流放大系数 β 值 (四)分析下列各种波形是什么类型的失真 是什么原因造成的 如何解决
(a
(b)
(c
26
实验二
一,实验目的
两级交流放大电路
(一)学习两级交流放大电路静态工作点的调整方法; (二)学习两级交流放大电路电压放大倍数的测量方法; (三)学习放大电路频率特性的测量方法.
二,实验电路原理图
+12
RW1
RC1 Vo1 C2
R'C1
RB21
RC2
R'C2 Vo2 RL
RB1 Vi1 T1 C1
Vi2
RW2 C3
C4
T2 RW3 RB22 Re Ce
图 2.2 电路参数: 电源电压 E
C
两级共射放大电路
=12V,第一级基极偏置可调电阻 RW1=1M,基极固定偏置电阻
RB1=100k,基极偏置总电阻 Rb=RW1+RB1;第一级集电极电阻 RC1=2k,R'C1=2k. 第二级基极偏置电阻 RB21=10 k,RB22=2 k,可调电阻 RW2=10k;集电极电阻 RC2=2k,R'C2=2k,发射极电阻 Re=2k.耦合电容 C1=C2=C3=10μF,旁路电容 Ce=470μF,C4=1μF.三极管 T1,T2 为 3DG 型管.
三,实验内容及步骤
(一)按电源理图检查实验电路及外部接线无误后方可合上电源. (二)调整静态工作点 接通稳压电源,调节 Rw1 使 VC1=10V 左右,确定第一级静态工作点 Q1;调节
27
Rw2 使第二级静态工作点 Q2 大致在交流负载线的中点(按电路参数,实验前用图解 法求出 VCE2 的数值) ,并填如下表. VB 调整 RW1 使 VC1=10V 左右的静态点 调整 RW2 使 Q2 在交流 负载线中点左右的静 态点 (三)测两级放大电路的放大倍数. 1.调整信号发生器,使输出信号的幅度为 1mv(以毫伏表的监测值为准) ,频 率 f=1kHz. 2.关闭实验箱电源,连接好两级电路,将调整好的信号发生器输出信号(Vi1 =dmv,f=1kHz)加入放大电路的第一级输入端. 3.打开实验箱电源,用示波器分别观察第一级和第二级的输出电压波形有无失 真 若有失真现象,则应调整静态工作点(调 Rw1,Rw2 时应微量调节) ,或减少第 一级输入信号 Vi1 的幅度,使波形不失真为止. 4.若加输入信号之后,用示波器观察输出波形有寄生振荡(正常波形之外的杂 波信号)时,首先采取措施消振荡.可以将信号发生器,稳压电源等仪器的接线重 新整理一下,应使这些导线尽可能短些,这样一般可以消除寄生振荡.仍不能消除 .具 时,可在适当位置(如 T2 的 b,c 极之间)加一个容量电容(几个到几千皮法) 体接入位置和电容数量可由实验具体确定,此法消振的效果较为显著.另外由信号 发生器至两级放大器输入端的接线要使用屏蔽线,以防止干扰信号进入放大器. 5.在输出不失真且不接负载电阻 RL 的情况下,测量并记录第一级,第二级的 输出电压 VO1 和 VO2,分别计算第一级,第二级的电压放大倍数AV1,AV2 和两级放 大电路的电压放大倍数AV. 测量并记录第一, 二级的静态工作点 Q1 的相关参数 VB1 和 VC1,Q2 的相关参数 VB2,VC2 和 VE2(注意量值单位) . 输入,输出电压
第一级 输入 第一级 输出 第二级 输出
VC
VE
IB
IC
VCE
电压放大倍数
第一级 第二级 两级 第一级
静态工作点
第二级
Vi1
VO1
VO2
AV1
AV2
AV
VB1
VC1
VB2
VC2
VE2
28
无负载 电阻 接负载 电阻 RL
6.在上述静态条件等不变的情况下,接入负载电阻 RL,测量并记录(上表) 第一级,第二级的输出电压 VO1 和 VO2,计算电压放大倍数AV1,AV2 和AV, 与不接负载电阻 RL 情况下的结果相比较. (四)独立的单级放大电路特性分析 1.将放大电路第一级的输出与第二级的输入断开,使两级放大电路变成两个彼 此独立的单级放大电路; 2.静态工作点同前,输出端皆为空载,取与上述相同的信号发生器输出信号, 先后接入两个独立的单级放大电路,测量输入,输出电压,并计算每级的放大倍数.
第一级
第二级
输入电 压
输出电 压
放大倍 数
输入 电压
输出 电压
放大倍 数
Av=Av1×Av2 Av
Vi1
Vo1
Av1
Vi2
Vo2
Av2
(五)测量两级交流放大电路的频率特性 在静态工作点同前,两级放大电路输入信号幅度相同的情况下,改变信号发生 器输出信号的频率(以信号发生器的指示数值为准,由低到高调整) ,先大致观察在 哪一个上限频率和下限频率时输出幅度有上升转为下降,然后保持 Vi1=1mV,测量 Vo2 值,记入下表. 特性平直部分,只测几个频率点就可以了,而在特性弯曲部分应多测几个频率 点. f (Hz) Vo (V)
四,报告要求
(一)总结两级放大电路静态工作点对放大倍数及输出波形的影响; (二)总结两级放大电路级与级之间的相互影响;
29
(三)列表整理实验数据,画出两级放大电路的幅频特性曲线.
五,预习要求
(一)复习多级放大器有关计算 AV 的方法,级与级之间的相互影响,放大器频 率特性等理论知识. (二)按实验要求估算第一级静态工作点,用图解法确定第二级静态工作点在 交流负载中点的有关数据.
六,思考题
(一)各级静态工作点应如何选择 每一级的静态工作点在连接成两级放大电 路时,是否会发生变化 (二)要求增大输出幅度应该怎么办 (三)要想提高放大倍数应采取什么措施 (四)如何提高上限频率 影响上限频率的主要环节是哪个 如何降低下限频 率 影响下限频率的主要环节是哪个
30
实验三
一,实验目的
反馈放大电路
(一)加深理解反馈放大电路的工作原理及反馈对放大电路性能的影响. (二)学习反馈放大电路性能的测量与测试方法.
二,实验电原理图
+12
RF1 RW RC1 RB21 RC2
RF2 I C1
C2 RB1 T1 B A Re1 D C Re2 RB22
C3 E T2
RS
Re3
VC Ce2
RL
VS Ce1
Re4
图 1.3 负反馈放大电路
电路参数: EC=12V,RF1=0～10K,RF2=2K,RF= RF1+RF2=2K～12K; RW=0～1M,RB1=100K,Rb= RW+RB1=100K～1100 K; RS=4.7K,RB21=10K,RB22=3～5K; Re1=100,Re2=2K,Re3=100,Re4=100,RC1= RC2=2K; C1=10μF,C1= C2=0.47μF,RL=4.7K,Ce1= Ce2=47μF; 三极管 T1,T2 为 3DG 型管,β=40～60.
三,实验内容及步骤
31
(一)按照电路原理图选用学习机上的"反馈与振荡"单元,熟悉元件安装位 置,连接线及外部电路正确无误后方可闭合电源开关,并将 B 端接地(相当于无反 . 馈,反馈电阻 RF 相当于负载) (二)测定静态工作点 将输入端短路(即 I 端接地) ,接通稳压电源,并调整 RW 使 VC1=7.5V 左右,测 量相应的直流电位(对地)并填如下表. 测量项目 测量数据 (三)测量基本放大电路的性能 A,B 反馈支路断开,C 与 D 相连,B 端接地. 1.测量基本放大电路的放大倍数 AV. 静态工作点保持不变,打开并调节信号发生器使输出 Vi = 5mV(以毫伏表测量 值为准) = 1kHz,测量 Vo 算出 AV. ,f 2.测量基本放大电路的输入电阻 ri 静态工作点保持不变,接入 Rs=4.7 k,加大信号源输出幅度(相当于信号源内 阻的 Rs 有信号损耗) ,使放大电路 I 端的输入信号仍为 Vi =5mV,测量此时信号源电 压 VS,则 VB1 VE1 VC1 VB2 VE2 VC2
ri =
Vi RS Vs Vi
思考:输入电阻 ri 与负载电阻 RL 是否接入有无关系 3.测量基本放大电路的输出电 r o ,f 仍然调节信号发生器使输出 Vi = 5mV(以毫伏表测量值为准) = 1kHz,接入 负载电阻 RL = 4.7k,测输出电压 V′o 则
ro =
′ Vo VO V RL = ( O 1)RL ′ ′ VO VO
式中 Vo 是未接负载电阻 RL 时的输出电压,V′o 是接负载电阻 RL 后的输出电压. 思考:输出电阻 r o 与电阻 Rs 是否接入有无关系 4.测量基本放大电路的上限频率(fH)及下限频率(fL) 调节信号发生器,使放大电路输入适当幅值的信号,在 f =1kHz 时使放大电路输 出电压(为 1V 左右)在示波器上显示出适度(接近最大)而基本不失真的正弦波. 改换示波器监视为毫伏表监视,保持输入信号幅值不变,提高输入信号频率,
32
直至示毫伏表上显示的幅度缩小到原来幅值的 70%,此时输入信号频率即为 fH. 同样保持输入信号幅度不变,降低信号频率,直至毫伏表上显示的输出电压幅 度下降到原来幅值的 70%,此时输入信号的频率即为 fL. (四) 测定反馈放大电路的性能(A,B 及 D,C 相连). 1.测量反馈放大电路的放大倍数 AVf (不接负载,不接 RS) 调节信号发生器, Vi=5mV, 使 f=1kHz, 将放大电路接成两级电压串联负反馈(A, B 及 D,C 相连)电路.测量 Vo,算出 AVf. 2.测量反馈放大电路的输入电阻 r′if (不接负载) 接入 Rs=4.7k,要保持放大电路的输入幅度 Vi=5mV,需要增大信号发生器的输 ,测出 出电压,仍使放大电路的输入电压与未接入 Rs 前的输入电压相同(Vi=5mV) 此时信号源的电压 Vs 则
′ r if =
′ ′ 根据 rif = R b ‖ rif 算出 r′if.
Vi R VS Vi
S
3.测量反馈放大电路的输出电阻 rof (不接 RS) 保持放大电路的输入幅度 Vi=5mV,f=1kHz.放大器输出开路时测量 Vo 并记录, 接入负载电阻 RL=4.7k 后,测量输出电压 Vo′并记录,由下式计算 rof.
r of = (
Vo 1) R V o′
L
4.测定上,下限频率的方法同前. 思考:电阻 RL 是否接入与测定上,下限频率有无大的关系
四,报告要求
(一) 总结电压串联负反馈对放大电路性能的影响,包括对输入电阻,输出电阻, 放大倍数及频带宽度的影响. (二) 估算基本放大电路的放大倍数,与实测值进行比较,讨论产生误差的原因. (三) 利用深度负反馈放大电路的放大倍数近似公式,计算反馈放大电路的 AVf.
五,预习要求
(一) 预习电压串联负反馈放大电路的工作原理及电压串联负反馈对放大电路性 能的影响. (二) 复习放大倍数的估算方法和深度负反馈电路放大倍数的近似计算方法.
33
实验四
一,实验目的
RC 正弦波振荡器
(一) 进一步学习文氏桥振荡电路的工作原理和电路结构; (二) 学习振荡电路的调整与测量振荡频率的方法.
二,实验电原理图
+12
RF1
RW
RC1
RB21 C2
RC2 C3
RF2 I C1 B RS D VS Ce1
E
F
RB1 T1 A R′e1 C R〃e1 R〃e2 Ce2 R C C′ RB22 R′e2 C′ C G RL T2 R
图 1.4 电路参数:
RC 振荡电路
R = R ′ = 15 k RC 2 = RC 1 = 2 k Rb 21 = 10 k C 1 = 10 μ
C = 0 .01 μ C ′ = 0 .1μ R F = (2 - 12k) R b = RW + Rb1 = (100 ~ 1100 k ) ′ ′ ′ R e1 = R e 2 = 100 Ω R ′′1 = R e′2 = 2 k e
R F = R F1 + R F2
Rb 22 = 3 5 k (请看电路板背面数值 ) C 2 = C 3 = 0 .47 μ
三极管 3DG 型, β = 30 ~ 60
(一)按照电原理图,选用学习机上"反馈与振荡"电路单元,检查学习机上元件,
34
熟悉元件安装位置,进行连线. (二) 在 A, 断开, D 断开, F 情况下, B C, E, 调整放大器工作点, VC1=7.5V, 使 工作点调好后断开电源,然后将 A 与 B 短接,G 与 I 短接,E 与 F 短接,便组成文 氏振荡器. (三) 用示波器观察输出波形,若无振荡则可调节 RF1,直至输出为稳定的正弦波 为止. 文氏振荡器的振荡频率 f,满足下式
f=
1 2πRC
1. 测量振荡频率,并与计算值相比较 用信号发生器的"外测频率"功能,可以测量振荡电路的振荡频率.也可以用 示波器"李沙育图形法"进行测量,测量方法如下: 将示波器的"扫描时间/格"旋钮置于"X—Y"处,电路输出端接至示波器 Y 轴输入端; 信号发生器输出端接于示波器 X 轴输入端. 信号发生器输出电压调至 3～ 4 伏,调节 X,Y 轴倍率,使示波器荧光屏上得以大小适中的图形.然后调节信号源 的频率,当此频率与振荡电路频率相等时,示波器荧光屏上显示出圆形或椭圆形, 这时信号发生器上旋钮所指示的频率即是实验振荡电路的振荡频率. 2.测量负反馈放大电路的放大倍数 AVf 及反馈系数 F 在电路维持稳定振荡的情况下,用毫伏表测量此时的输出信号电压有效值 Vo 和 VF. 断开 RC 选频网络与放大电路输入之间的连线, 用信号发生器代替原来的选频反 馈信号,在输入端加入和原来振荡频率一致的信号,调整信号发生器的输出幅度, 使输出波形的电压有效值与原来振荡时的有效值 Vo 相同,然后断开电路用毫伏表测 量此时测此时信号发生器的输出幅度 Vi.
A Vf =
VO Vi
理论计算值
切断电源和电路的相关连线,测量反馈电阻 Rf 值,测量结果记入下表. 实测值 Vi Vo VF AVf Rf AVf AV
按下式从理论上计算放大器的放大倍数 AVf,并与上述测量结果进行比较,并记 入上表.
35
A Vf ≈
Rf 1 = (1 + ) F Re1 + Re 2
按下式并检查此时是否满足 AV ≥ 3 的条件.
AVf =
AVf AV AV = 1 + AV F 1 AVf F
Vi:放大电路输入信号电压; Vo:输出电压(E 对地之间电压) ; ; VF:反馈电压(A 对地之间电压) F:反馈系数 F =
VF ; VO
AVf:有负反馈时的放大倍数; AV:无反馈时的放大倍数.
四,报告要求
(一)整理实验数据; (二)由给定电路参数计算振荡频率与实测值进行比较,分析误差产生的原因; (三)由测得的数据计算负反馈放大电路的放大倍数及反馈系数,与理论相比 较,分析误差产生的原因; (四)总结文氏振荡电路的振荡条件.
五,预习要求
复习文氏振荡电路的工作原理,计算振荡频率的方法.
36
实验五
一,实验目的
直流差动放大电路
(一)加深对差动放大电路工作原理及特点的理解;了解零点漂移产生的原理 与抑制方法. (二)学习差动放大电路的测试方法.
二,实验电路原理图
+12
Rc Rb Rs R T1 Rw Vo T1
Rc Rb Rs
Vi
R
Re
图 1.5 电路参数:
差动放大器电路
RC = 10 K Rb = 10 K RS = 2 K R = 510Ω R W = 220Ω
三极管 型(特性曲线基本相同) E C = 12V 3DG 三,实验内容及步骤
(一)按照电路原理图选用学习机上的"差动放大器"单元,熟悉元件安装位 置,检查学习机元件,接线及外部电路,无误后方可闭合电源开关. (二)测量静态工作点 ,使双 将输入端短路并接地,接通直电流源 EC,调节电位器 RW(调零电位器) 端输出电压 V0=0,分别测量两管各极对地电压.
37
对地电压 测量值
VC1
VC2
VB1
VB2
VE1
VE2
(三)测量差模电压放大倍数 以下两种办法任选一种 1.在输入端分别加直流差模信号 Vid=+0.1V 和-0.1V(用 1.5V 电池和电位器 组成分压器,输出直流小信号) .测量单端输出差模电压 Avd1 ,Avd2 及双端输出差模 放大倍数 AVd(Vod/Vid) . 2.输入低频小信号(正弦交流)电压 VI=0.3V,f=100Hz.分别测量单端及双 端输出电压,计算单端及双端的差模电压放大倍数. (四)测量共模电压放大倍数. 以下两种办法任选一种. 1.将两个输入端相连为一端,另一端为地,其间分别加入±0.1V 直流共模信号 Vic,测量单端输出共模电压 VOC1,VOC2 及双端输出共模电压 Voc.由测量数据计算 单端共模放大倍数 Avc1 ,Avc2 及双端共模放大倍数 A VC ( AVC = V OC / V iC ) . 2.输入低频小信号(正弦交流)电压 Vi = 0.3V,f = 100Hz,接法和测试方法同前. 由以上测量数据计算共模抑制比 CMRR (CMRR = 记录表格如下: 测量基计算值 测量值 输入信号 直流 正弦 交流 Vi1=+0.1V Vi2=-0.1V Vi=0.3V Vod1 Vod2 Vod Avd1 差模输入 计算值 Avd2 Avd
AVd ). AVc
共模输入 测量值 Voc1 Voc2 Voc Aoc1 计算值 Aoc2 Avd
共模抑制比
计算值 CMRR
注:测量交流信号时,输入输出均指有效值,所以此处用 Vod,Voc 表示.
38
四,报告要求
(一) 整理实验数据填入上表中. (二) 由电路已知参数估算静态工作点及差模电压放大倍数,并与实验结果进行 比较,分析误差产生的原因. (三) 总结差动放大电路的特点.
五,预习要求
(一) 复习差动放大电路的工作原理及特点. (二) 按电路给定参数,估算静态工作点及差模电压放大倍数.
39
实验六
一,实验目的
整流,滤波及串联稳压电源
1.了解单相桥式整流电路的工作原理; 2.了解滤波器的作用; 3.了解基本稳压管稳压电路的工作原理; 4.掌握串联稳压电源的工作原理; 5.学习稳压电源技术指标的测量方法.
二,实验原理电路
1.整流,滤波电路 利用二极管的单向导电性能,将交流电变成单方向脉动的直流电.
D1
D2 R
220V
18V
C1 U d RW D3 D4
图 1.6.1 桥式整流电路 D1~D4=1N4001 实验内容及步骤 ⑴ 按照电原理图,选用学习机上"整流"单元,熟悉元件安装位置,接通电源, 用万用表测量变压器输出绕组为 18V. ⑵ 接通电源后,用示波器观察整流前,后的波形及任意一个二极管两端的电压 波形. ,根据 Ld = ⑶ 改变负载电阻 RL,观察 Ud 的变化(波形及电压值) 流稳压电源的外特性曲线(如下图) .
40
C=470μF R=80 Rw=0～470
RL= R+Rw =80～550
Ud 描出整 RL
Ld 为负载电流,Ud 为测得的输出电压,R L 为测得的负载电阻. Ud
Id 预习要求: ⑴了解实验目的,实验内容,明确有关原理. ⑵例如去掉滤波电容 C(470)和负载开路,直流电压 U4 等于多少 ⑶如何选择二极管的反向耐压值 2.基本稳压管稳压电路
R1 D1 D2 R 220V 18V C1 2CW
UW
RW D3 D4
图 1.6.2 基本稳压管稳压电路 D1～D4:1N4001 压管稳压电路. ⑵用万用表测出稳压电路输出的电压值 UW 和 Ud 值. ⑶接入负载电阻 RL=80 时计算通过稳压管 2CW 的稳定电流值各为多少 并检
41
C:470
R=80 R1=R+Rw=80～550 Rw=0～470
⑴按照电原理图,选用学习机上"整流"单元,熟悉元件位置,连接成基本稳
验是否满足稳压管的稳定电压的条件. 注:1.稳定电流通过测量稳压电阻 R1 可得 2.2CW: 最大耗散功率 0.5W; 最大工作电流 83mA; 稳定电压 5～6.5V 预习内容: ⑴了解稳压管稳压的原理 ⑵掌握稳压电阻值的计算 ⑶串联型稳压电源 3.串联型稳压电源电路
T1 T2
R1
LED
R3
R5 R7
D1
D2 C
510
2CW
R R2 RWL C1 R4
C2 T3 T4 RW UDO
220
18V
D3 D4
DW R6
R8
图 1.6.3 串联型稳压电源 实验电路原理图电路参数: R1=4.7K R2 =10K R3=1K R4=33 R5=510 R6=4.7~5.1 RWL=0～470 C=470μ 二极管:1N4001 R7=100 R8=200 C1=0.01μ T2,T3,T4:3DG 型 GW=6V(0.5W) RW=220 单相调压器 500W R=80
RL=R+ RWL=80～550 T1:3DD 型
C2=100μ
三,实验内容及步骤
⑴ 按照实验电路原理选用学习机上"稳压电源"单元,熟悉各元件安装位置.
42
检查接线无误后方可接通电源. ⑵ 测量稳压电路输出电压 UDo 调节范围. 接负载电阻,调节 RW 观察输出电压是否可以改变,输出电压可调时,测量 UDo 最大值和最小值及对应的稳压电路的输入电压 Udi 和调整管 T1 的管压降 VCE1,将测 得的结果记入下表: Udi(V) RW 左旋到头 RW 右旋到头 ⑶ 测量稳压电路的的外特性 将输入 220V 电源用调压器调节,调压器调至 220(实测值) ,空载时调 RW 使 UDo=12V,然后接入负载电阻 RL(图中负载电阻在整流输出后,由 80,4W 电阻和 470,5W 电位器组成) ,改变负载电阻,测量相应的 UDo 入表: UD0(V) RL() IL=UDo/RL UDo VCE1
四,测量稳压电源电压调整率 SV 及电流调整率 SIO
⑴电压调整率 SV 的测试 当负载不变而输入电压变化时,维持电压不变的能力叫电压调整率.计算公式 如下,习惯上用百分比表示
SV =
ΔU DO U DO
× 100%
实验方法: Vi=220V, DO=12V,IL=50Ma,旋转调压器使 Vi 变化±10% 使 U (198V～ 242V),测出相应的 UDO 和 UDi,计算出电压调整率 SV 测量结果记入下表 198V UD0(V) UDi(V) 220V 12V 242V
43
SV =
ΔU DO U DO
⑵ 电流调整率(负载调整率)SI 的测试 当输入电压 Ui 保持不变,而负载电流 IO 在规定的范围内变化时,输出电压相对 变化的百分比叫电流调整率.即
SI =
ΔU DO × 100% (%) U DO
实验方法:负载电阻开路 IL=0,此时稳压电源输出 UDO=12V.改变负载电阻使 IL=50mA 时测量输出电压,记入下表 IL UD0
0
25mA
50mA
SI =
ΔU DO U DO
⑶ 测量稳压电源输出纹波电压 使 UD0=12V, L=50mA, I 用晶体管毫伏表测量稳压电源输出电压的交流分量有效 值 UD0. ⑷ 短路保护实验 将稳压电源输出端短路,测量下表中列电压,电流值.
UDi 短路前 短路后
UD0
RL
II =
U D0 RL
VE3
VC3
VCE3
VR6
VCE1
五,预习要求
a) 复习串联稳压电路的工作原理; b) 复习稳压电路技术指标的意义和计算方法; c) 实验前应拟出本实验测量时,所应使用的仪表和测量方案.
44
六,报告要求
(一) 列表整理实验测量数据,用坐标纸画出外特性. (二) 根据实际测得技术性能,分析并评价比较稳压管稳压电路和串联型稳压电 路的性能和特点. (三) 由测量数据说明短路前后保护管 T,调整管 T1 和 T2 工作状态.
45
实验七
一,实验目的
LC 选频放大与 LC 正弦波振荡器
1. 了解 LC 正弦波振荡器的工作原理,振荡条件,LC 选放大器的选频特性. 2. 掌握 LC 正弦波振荡器振荡频率的测试方法及计算方法.
+12
RQ C′
C〃
C′〃
L1
B L2
Rb1 3DG
C1 VS
Rb1 Re
图 1.7.1
LC 正弦振荡电路
二,振荡实验原理图
EC=12V C1=430p C=510p,1000p,1500p Rb2=2.2K RC=680Ω L1=L2=6mH T:3DG Rb1=10K
图 1.8.1 所示电路由放大,选频和反馈三个部分组成,选网络由 CL1 组成,反馈 由变压器 L2 绕组来实现,由此构成的 LC 振荡器也称之为变压器反馈式振荡电路.
三,实验方法及步骤
(一) 按照电路原理选用学习机上"选频放大与振荡"单元,熟悉各元件安装位 置,将输入端与 B 端相连,任选一个电容 C 与 12V 相连,即可组成振荡电路. (二) 接上电源,用示波器观察波形,用信号发生器的外测频率功能测试振荡频 率. (三) 改变 C 的数值(共三种已在板上) ,记下各个频率值. (四) 计算振荡频率求 f 0 =
46
1 2π LC
与实测值比较.
+12
RQ C′
C〃
C′〃
L1
B L2
Rb1 3DG
C1 VS
Rb1 Re
图 1.7.2
选频放大电路
(五) 按上图接成选频放大器,VS 为输入端,B 端为输出,取 C=510P. (六) 将信号发生器接入 VS,将晶体管毫伏表同时并入,使输入为 220mV,输出 端接示波器观察波形. (七) 按动信号源粗调键并调整细调旋钮,寻找使输出最大的频率点(本电路在 50KHz 以上) ,将输出最大点的频率和输出电压记录下表中,并按上下限两段频率, 分别调整频率,测量电压做选频特性曲线. f UO KHz mV
(八) 将电位器 RQ 串入 C,用以改变 L1C谐振回路的 Q 值,再用与(七)同样的 方法进行测试作图.使 RQ 分别为 68Ω和 8.2K 时作图.
四,报告要求
(一) 整理数据列出表格; (二) 计算振荡频率理论值,与实测值比较并讨论; (三) 画出 LC 选频特性曲线和当 RQ=68Ω和 8.2K 时的特性曲线,比较并说明品 质因数对选频能力的影响.验证公式:
Q=
L 1 C R2
理论值频带宽度
47
Δf = f 0 / Q 实际值
Δf 频带宽度, f 0 谐振频率.
五,预习要求:
(一) 复习 LC 正弦波振荡电路的振荡原理,计算 f 0 的理论值. (二) 熟悉 LC 选频放大器品质因数的概念,熟悉不同 Q 值的谐振曲线.
48
实验九
一,实验目的
掌握跟随器的特性及测量技术
射极跟随器实验
二,实验内容原理图
射极跟随器具有输入阻抗高,输出阻抗低的特点,其输出电压能够在较大范围 内跟随输入电压作线性变化,并具有同相位的特点.
+12
Rb 3DG R1 Vi R2 Re
V0
RL
图 1.8 C1=C2=10μF
射极跟随电路 三极管 3DG 型,β=30-60
Rb=4.7K Re=300Ω RL=0～10K
三,实验步骤及方法
(一)按照电原理图,选用学习机上"电压跟随器"单元,检查电路的元器件. (二)测量输入电阻 Ri 和输出电阻 RO. 实验方法同实验四反馈放大电路输入电阻 ri 的测试 输入电阻 ri =
′
Ui × RO UO Ui UO 1) RL ′ UO
输出电阻 ro = (
U O :放大器输出端开路时电压
49
′ U O :放大器接 RL 时输出电压
(三)测量电压放大倍数 保持输入信号 f i = 1kHz (四)测量跟随范围 电压跟随范围,是指跟随器输出电压随输入电压作线性变化.但输入电压超过 一定范围时,输出电压便不能随输入电压作线性变化. 实验方法:保持信号频率不变 f i = 1kHz ,改变信号幅度,用示波器观察输出电 压的波形.并用晶体管毫伏表测出波形不失真时的最大输出电压值. (五)测试频率响应特性 输入信号电压 Vi = 0.1 伏,改变信号频率,用示波器观察输出电压的波形,并用 晶体管毫伏表记录不同频率的电压值. f UO
Vi = (0.1 ~ 0.5)V ,测量放大器输出电压.
四,预习内容
⑴ 预习射极跟随器的工作原理及其特点. ⑵ 根据原理图的元件参数值计算表态工作点,并画出直流负载线和交流负载 线.
五,报告要求
⑴ 整理记录数据,分析跟随器的性能和特点. ⑵ 绘频率响应特性曲线,并在特性曲线图中标出 f h 值. ⑶ 绘出取不同 RL 时的 VO = f (Vi ) 求出输出电压跟随范围, 并与用作图法求得的 跟随范围进行比较.
50
第三部分 集成模拟电路(运放)实验
学习机由直流信号源,741 集成运放参数测量单元,稳压电源组成.
DC 信号源
学习机上共有四路相同的直流信号源,其电路如图 2.0 所示.图中粗线框内的 元件都焊在大板背后的印制板上,其它元件(电位器,转换开关及输出开关等)安装 在面板上.
360 10K +15
2 转换开关 电位器 10K 360 10K -15 3 741 6
图 2.0 DC 信号源电路图
由图 2.0 可知 DC 信号源具有以下性能:
(1)当转换开关指向±0.5V 位置(开关闭合)时,调节电位器,可使 DC 信号源的 输出电压在-0.5～+0.5V 范围内变化.同理,当转换开关合向±5V 位置(开关断开) 时,DC 信号源的输出电压在-5V～+5V 范围内连续可调. (2)输出电阻很小. (3)最大输出电流不能超过 10mA.
51
实验一
一,实验目的
比例,求和运算电路
用运算放大器等元件构成反相比例放大器,同相比例放大器,电压跟随器,反 相求和电路及同相求和电路,通过实验测试和分析,进一步掌握它们的主要特点, 性能以及输出电压与输入电压的函数关系.
二,仪器及设备
1.SXJ-3B 型模拟电路学习机 2.数字万用表 3.示波器
三,实验内容
每个比例,求和运算电路实验,都应先进行以下两项工作: (1)按电路图接好线后,仔细检查,确保正确无误. 将各输入端接地,接通电源,用示波器观察是否出现自激振荡.若有自激振荡, 则需要更换集成运放电路. (2)调零:各输入端仍接地,调节调零电位器,使输出电压为零(用数字电压表 200mV 档测量,输出电压绝对值不超过 0.5mV). 2.1.1 反相比例放大器 实验电路如图 2.1.1 所示. RF 100K
10K 2 3 741 6
UI
R1 R′
UO
10K//100K
图 2.1.1 (一)预习要求
反相比例放大器
1. 分析图 2.1.1 反向比例运算放大器的主要特点 (包括反馈类型) 求出表 2.1.1 , (a)和表 2.1.1(b)中的理论估计值(可参阅集成运放 A741 的参数) ,并粗略估 算输入电组和输出电阻. 2.熟悉实验任务及步骤,并做好实验记录准备工作.
52
(二)实验任务: 1.做表 2.1.1(a)中的内容 仍将反相比例放大器的输入端接 DC 信号源的输出,把 DC 信号源的转换开关置 于合适位置,调节电位器,使 VI 分别为表 2.1.1(a)中所列各值,分析测出 VO 的值, 填在该表中. 2.做表 2.1.1(b)中的内容 ⑴先将反相比例放大器的输入端接地,调整调零电位器,使 VO=0,再分别测出 VRF′,VR′,和 VR1 的值. ⑵ 将反相比例放大器的输入端接 DC 信号源,调整 DC 信号源,使 VO=0,再分别 测出 VI=800(mV)时, VO,VRF′,VR′,和 VR1 的值,求出它们的变化量(与⑴中 VO=0 的测出值比较),填在表 2.1.1(b)中,并根据△VO,△VR1 和 R1,求出反相比例放大器 的输入电阻. 同学自己分析反向比例放大器输入电阻的计算方法. 在反相比例放大器的输出端接负载电阻 RL=2KΩ, 测出 VO 的值, ⑶ VI 仍为 800mV, 求出 RL 由开路变为 2KΩ时输出电压的变化时△VOL,填在表 2.1.1(b)中,并估算出输 出电阻. 表 2.1.1(a) 直流输入电压 VI(mV) 输出 电压 VO 理论估算值 (mV) 实测值(mV) 误 差 表 2.1.1(b) 测试条件 △VO △VRF′ △VR′ △VR1 △VOL VI=800(mV) RL 由∞变为 2KΩ RL 开路,直流输入 信号 VI,由 0 变为 800(mV). 理论估算值 实测值 30 100 300 1000
2.1.2
同相比例放大器实验电路
如图 2.1.2 所示
53
(一)预习要求 1.分析图 2.1.2 所示同相比例放大器的主要特点(包括反馈类型),求出表 2.1.2(a)和表 2.1.2(b)中各理论估算值.并定性说明输入电阻和输出电阻的大小. RF 100K
10K 2 3 741 6
R1 R′
UO
10K//100K
UI 图 2.1.2 同相比例放大器
2.熟悉实验任务,自拟实验步骤,并做好实验记录准备工作. 表 2.1.2(a) 直流输入电压 VI(mV) 输出 电压 VO 理论估算值(mV) 实测值(mV) 误 差 表 2.1.2(b) 测试条件 △VO △VRF′ △VR′ △VR1 △VOL VI=800(mV) RL 由∞变为 2KΩ RL 开路,直流输入 信号 VI,由 0 变为 800(mV). 理论估算值 实测值 30 100 300 1000
(二) 实验任务: 分别测出表 2.1.2(a)和表 2.1.2(b)中所列各实测值,并根据实测值估算输入电 阻和输出电阻. 2.1.3
54
电压跟随器
实验电路如图 2.1.3 (一)预习要求 1.分析图 2.1.3 电路的特点,求出表 2.1.3 中各理论估算值. 2.熟悉实验任务,自拟实验步骤,并做好实验记录准备工作.
RF 10K//100K
2
Us
10K//100K
Rs
UI
3
741
6
Uo
DC信号源
10K
RL
图 2.1.3 (二)实验任务
电压跟随器
分别测出表 2.1.3 中各条件下的 VO 值. 表 2.1.3 VI(mV) 测试条 件
理论估 算值
30.0 Rs=10K RF=10K RL 开路
100.0 同 左 同 左
1000 Rs=100K RF=100K RL 开路 Rs=100K RF=100K RL=10K 同 左
3000 Rs=100K RF=100K RL 开路 Rs=10K RF=10K RL 开路
VO
实测值 误差
2.1.4
反相求和电路
实验电路如图 2.1.4 所示.
55
UI1 UI2 UI3 UI4
R1 R2
10K 10K 2 3
RF
100K
R3 10K R4 10K
741
6
U0
R′
图 2.1.4 (一)预习要求
反相求和电路
1.析图 2.1.4 反相求和电路的特点,并估算: (1)按静态时运放两个输入端的外接电阻应对称的要求,R′的阻值应多大 (2)设输入信号 VI1=1000mV,VI2=2000mV,VI3=-1500mV,VI4=-2000mV,试求出 VO 的理论估算值. 2.熟悉实验任务自拟实验步骤: (二)实验任务: 先调零,然后测出 VI1=1000mV,VI2=2000mV,VI3=-1500mV,VI4=-2000mV 的输出电 压值. 2.1.5 双端输入求和电路
实验电路如图 2.1.5 所示.
UI1 UI2 UI3 UI4 R1 R2 RF
100K
2
R3 R4 R′
3
741
6
U0
图 2.1.5
双端输入求和电路
56
(一)预习要求 1.分析图 2.1.5,估算图中电阻 R1,R2,R3,R4,和 R的阻值,要求如下: ⑴ 使该求和电路的输出电压与输入信号的函数关系是:
VO = 10(V13 + V14 V11 V12 ) .
⑵ R1‖R2‖RF = R3‖R4‖R. 2.按实验任务自拟实验步骤. (二)实验任务 V V V 先调零, 再测出直流输入信号 V11=1000mV, 12=2000mV, 13=+1500mV, 14=2000mV 时的输出电压值.
四 思考题
1.分析实验中所测得的值,试回答下列问题: (1) 反相比例放大器和同相比例放大器的输入电阻,输出电阻各有什么特点 试用深度负反馈概念解释之. (2) 工作在线性范围内的集成运放两个输入端的电路和电位差是否可视为零 为什么 (3) 比较反相比例求和电路与双端输入求和电路中集成运放块的共模输入电 压,试说明哪个电路的运算精度高 2.比例,求和等运算电路是否可能产生频率很低的自激振荡 为什么 3.做比例,求和等运算电路实验时,如果不先调零,行吗 为什么 4.试分析图 2.1.6 电路能否正常工作,并简述理由.
1M 20K 20K
图 2.1.6
2 3 741
6
57
实验二
一,实验目的
积分,微分电路
学习用运放,电容,电阻等构成积分电路,微分电路,进一步熟悉它们的特点 和性能.
二,仪器及设备
1.SXJ—3B 型模拟电路学习机 2.数字万用表 3.函数发生器或信号发生器 4.双踪示波器
三,实验内容
2.2.1 积分电路
实验电路如图 2.2.1(a)所示.由于这个电路中加了电阻 RF,因此实际上它是一个 近似积分电路.
100K C R 10K 0.1u
υI
2 3
R' 10K
741
6
υo
图 2.2.1 (一)预习要求:
(a) 积分电路
1.分析图 2.2.1(a),弄清下列问题: ⑴设积分电路输入信号 u1 的频率为 250Hz,幅度为±6V 的方波,分析下面两种 情况下 uo 的波形(包括幅度). ①R=R=10KΩ ②R 和 R均改为 1KΩ. ⑵分析该积分电路中电阻 RF 的作用,试说明: ①若将电阻 RF 开路,该积分电路能否正常积分 为什么
58
②电阻 RF 的阻值对积分精度有何影响 ⑶若积分输入电压 ui 为正弦波,在稳态情况下,uo 与 ui 的相位差是多少 哪个 滞后 uo 与 ui 的相位差及它们的幅值比是否随频率变化而改变 当输入信号的频率 为 160Hz,有效值为 1V 时,uo= 2. 熟悉实验任务自拟实验步骤,并做好实验记录准备工作. (二) 实验任务: 1.调零: 用数字电压表测 Vo, 调整调零电位器, 观察是否可使 Vo=0. (1) 将电阻 RF 开路, (2) 接上 RF,调零. 2.输入方波信号: 方波信号可由函数发生器产生, 也可由图 2.2.1(b)所示电路产生(图中的正弦波频 率为 250Hz,有效值约 1V).
10K
2 3 741
6
2K
υO
2DW232
正弦波发生器
图 2.2.1
(b)
⑴ 将积分电路的输入端接频率为 250Hz,幅度为±6V 的方波信号,用双踪示 波器观察 uo 和 ui 的波形,记下它们的形状,周期,幅度等特征. ⑵ 将积分电路中的电阻 R 和 R都改为 1KΩ,重做上面⑴中的实验内容. ⑶ 积分电路的输入信号同⑴,但将积分电路中的电阻 RF 开路,用示波器观察 Vo 的波形. 3.输入正弦波 先将实验线路改动的部分恢复原状,使之与图 2.2.1(a)一致,然后: ⑴ 将积分电路的输入端接频率为 160Hz,有效值为 1V 的正弦波,用双踪示波 并用数字万用表交流电压档测量输入电压的有效值. 器观察 uo 和 ui 的波形及相位差, ⑵改变正弦输入信号的频率(50～300Hz),观察 uo 和 ui 的相位关系是否变化,uo 和 ui 幅度值比是否变化.
59
2.2.2
微分电路
实验电路如图 2.2.2 所示.图中的两个二极管起保护作用.
10K C
υI
R
0.1u
2 3
R' 10K
741
6
υO
图 2.2.2 (一) 预习要求:
微分电路
1.分析图 2.2.2 微分电路,弄懂下列问题: ⑴ 微分电路调零时,是否需要在电容 C 两端并联一个电阻,为什么 ⑵ 若输入信号为正弦波,uo 与 ui 的相位差是多大 uo 是滞后还是领先 uo 与 ui 的相位差及幅值比是否随频率变化而改变 当输入信号的频率 f = 160Hz,有效值为 1V 时,Vo= ⑶ 若输入信号是方波,uo 的波形是什么 2.熟悉实验任务,自拟实验步骤,并做好实验记录的准备工作. (二) 实验任务: 1.调零. 2.输入正弦信号: ⑴ 将微分电路的输入端接频率为 160Hz,有效值为 1V 的正弦信号,用双踪示 波器观察 uo 与 ui 的相位差,并用数字万用表交流电压档测量输入电压. ⑵ 改变正弦输入信号的频率(50～300Hz), 观察 uo 与 ui 的相位有效期是否变化, uo 与 ui 的幅度值比是否变化. 3.输入方波信号: ⑴ 在微分电路中电阻 R 的两端并联一个 1000pF 或 2200pF 的电容. ⑵ 将微分电路的输入端接频率为 250Hz, 幅值为±6V 的方波信号. 该方波信号 也可由函数发生器产生,也可由图 2.2.1(b)电路产生,图中的正弦波频率为 250Hz, 有效值约 1V.用示波器观察 uo 的波形.
60
2.2.3 积分——微分电路 实验电路如图 2.2.3 所示
R3 1M
R5 10K 0.1u C2 C3 100p
υI
C R1 10K
2 3
R2 10K
741
6
0.1u
2 3
R4 10K
741
6
υo
υ1
图 2.2.3 (一) 预习要求: 1.分析图 2.2.3 电路,试说明:
积分——微分电路
⑴ 电容 C1 与 C3 电阻 R3 与 R5 各起什么作用 ⑵ 设输入信号是频率为 250Hz,幅度值为±6V 的方波信号,问:ui 和 uo 的波 形各是什么 幅值各多大 2.熟悉实验任务,自拟实验步骤,并准备好记录波形用的方格纸. (二) 实验任务: 1.分别调节每一个放大器的零点. 2.将图 2.2.3 积分——微分电路的输入端接频率为 250Hz,幅值为±6V 的方波 信号(该方波信号可由函数发生器产生,也可由图 2.2.1(b)电路产生),用双踪示波器 观察 ui 和 uo 的波形,读出其幅值.
61
实验三
有源滤波电路
一,实验目的
用运放,电阻和电容,组成低通滤波器,高通滤波器和带阻滤波器,通过测试 进一步熟悉它们的幅频特性.
二,仪器及设备
1. SXJ-3B 型模拟电路学习机 2.示波器 3.信号发生器
三,实验内容
低通滤波电路实验如图 2.3.1 所示,其中输入电压为正弦信号.
R1 10K 10K Rf
2
υI
R 10K C 0.1u R' 10K C 0.1u
3
741
6
υo
图 2.3.1 预习要求: (一) 分析图 2.3.1 低通滤波电路; (1) 求出 A u =
低通滤波电路
Vo 的表达式 Vi
(2) 根据 A u 的表达式画出其幅频特性曲线(表示频率的横坐标采用对数刻度). (二) 自拟实验提纲和实验步骤,并做好实验记录的准备工作.
四,实验任务
接好线后先调零,然后测出其幅频特性.
62
实验四
一,实验目的
比较器
通过过零比较器,滞回比较器和双限比较器实验,进一步掌握比较器的特点及 比较器输出电压改变状态的临界条件的估算方法.
二,仪器及设备
1.SXJ—3B 型模拟电路学习机 2.双踪示波器 3.信号发生器 4.数字万用表
三,实验内容 2.4.1 过零比较器
实验电路如图 2.4.1 所示,其中稳压管的稳压值可按 6V 估算.
UI
R1 10K
U∑ 2
3
741
6
R2 2K 2PW
Uo
图 2.4.1 (一) 预习要求
过零比较器
1.分析图 2.4.1 所示过零比较器,弄懂以下问题 (1)比较器是否需要调零 为什么 (2)比较器中的运放两个输入端所接的电阻是否要求对称 为什么 (3)比较器中的运放两个输入端的电流几乎等于零吗 运放两个输入端的电位 差几乎等于零吗 为什么 (4)什么叫传输特性 它与波形图有什么区别和联系 2.熟悉实验任务,准备好记录波形的区别和联系.
63
(二) 实验任务: 将图 2.4.1 过零比较器的输入端接 f = 500Hz,有效值为 1V 的正弦波,用双踪 示波器观察 Ui,U∑ 与 Uo 的波形,改变 Ui 的幅值,观察 Uo 的波形是否变化.
2.4.2 反相滞回比较器实验
电路如图 2.4.2 所示
UI
10K
2 3 741
6
2K
Uo
100K 10K 2PW
图 2.4.2 反相滞回比较器 (一)预习要求 1.分析图 2.4.2 所示反相滞回比较器,试估算: (1)使 Uo 由+UOM 变为-UOM 的 UI 临界值. (2)使 Uo 由-UOM 变为+UOM 的 Ui 临界值. 2.设 Ui的频率为 500Hz,有效值为 1V 的正弦信号,试画出 Uo的波形,并表 示它与 Ui的关系. 3.按实验任务自拟实验步骤,准备好记录波形的方格纸. (二)实验任务 (1) 将实验电路的输入端接 DC 信号源的输出,分别测出使 Uo 由+UOM 变为- UOM 和 Uo 由-UOM 变为+UOM 的临界 Ui 值. (2) 将实验电路的输入端接频率 f=500Hz,有效值为 1V 的正弦信号,用双踪示 波器观察 Uo 与 Ui 的关系.
2.4.3 同相滞回比较器
实验电路如图 2.4.3 所示 预习要求和实验任务与实验 2.4.2 相同.
64
2 3
UI
741
6
2K
Uo
10K
100K 2PW
图 2.4.3 同相滞回比较器
65
实验五
一,实验目的
波形发生电路
通过方波发生器,矩形波发生器,三角波发生器和锯齿波发生器的实验,进一 步掌握它们的主要特点和分析方法.
二,仪器及设备
1. SXJ-3B 型模拟电路学习机 2.双踪示波器 3.数字万用表
三,实验内容 2.5.1 方波发生器
实验电路如图 2.5.1 所示.
R 0.01u R1 86K 2 3 741
6 R2 100K
2K
uo
D1 D2
图 2.5.1 方波发生器 (一) 预习要求 1.分析图 2.5.1 电路的工作原理,试估算: (1) uo 的幅值 (2) 分别求出 R=10K 和 R=100 K 的 uo 的周期时间. 2.按实验任务自拟实验步骤. (二)实验任务: 分别测出 R=10 K 和 R=100 K 时 uo 的周期时间及幅值.
2.5.2 占空比可调的矩形波发生器
66
实验电路如图 2.5.2 所示
b
Rw C 0.01u R1 86K 2 3 741
a
2K
2K
c
6 R2 100K
uo
D1 D2
图 2.5.2 占宽可调的矩形波发生器 (一) 预习要求 1.将图 2.5.2 电路与图 2.5.1 方波发生器进行比较,找出它们的区别,并分别画 出下面两种情况下图 2.5.2 电路 uo 的波形. (1) 电位器 Rw 动端与 a 点的电阻 Rab = 0 (2) 电位器 Rw 动端与 c 点的电阻 Rbc = 0 2.熟悉实验任务,自拟实验步骤. (二) 实验任务 1.测出图 2.5.2 电路 uo 的波形的下述参数 (1) 幅值. (2) 周期时间 T,并观察调整电位器 Rw 时,周期时间 T 是否变化. (3) 在一个周期内,uo 大于零的时间 T1 的可调范围.
2.5.3 三角波发生器
实验电路如图 2.5.3 所示. (一) 预习要求: 1.分析图 2.5.3 的工作原理,弄懂以下问题: (1) 运放 A1 和 A2 是否都工作在线性范围内 试定性画出 uo 的波形. (2) 若要求 uo 的幅值为±6V,周期时间为 8ms,然后关断电源,测出电阻 R3 和 R4 的阻值.
67
C 2
A1
0.02u
A2
3 741
6 R2 100K
2K
R4
2
3 741 D1 D2
6
uo
R3
图 2.5.3 三角波发生器
2.5.4 锯齿波发生器
实验电路如图 2.5.4 所示.
R4 2
A1
C D3 2
-15V 6 R2 100K
R2 2K
0.02u
A2
3 741
3 741 D1 D2
6
uo
R3
图 2.5.4 锯齿波发生器 (一) 预习要求: 1.分析图 2.5.4 电路,弄清下列问题: (1) 图中运放 A1 和 Ai 的同相输入端与反相输入端应怎样连接该电路才能产生锯 齿波形振荡 试中图中用"+,-"符号表示. (2) 电容 C 的充电回路和放电回路各是什么 充电和放电的时间常数是否相 同 (3) 设电阻 R4 的阻值比 R1大得多,试定性画出 uo 的波形.
68
(4) 若将电阻 R4 所接的电源由-15V 改为+15V.并将图中的二极管反接,uo 的 波形如何变化 (5) 若希望 uo 的峰-峰值为 10V,周期时间为 10ms 的锯齿波,电阻 R3 和 R4 的阻 值应是多少. 2.按实验任务自拟实验步骤. (二) 实验任务: (1) 调整图 2.5.4 电路中的电阻 R3 和 R4,使 uo 的峰—峰值是 10V,周期时间是 10ms 的锯齿波,然后判断电源,测出电阻 R3 和 R4 的阻值. (2) 将电阻 R4 所接的电源由-15V 改为+15V,并将二极管反接,观察 uo 的波 形.
四,思考题
1.小结非正弦波发生器的共同特点和分析方法以及与正弦波发生器的区别. 2.试分析比较三角波发生器与锯齿波发生器的共同特点和区别. 3.试判断下面关于波形发生器的说法是否正确. (1) 波形发生器都没有输入端. (2) 波形发生器不需要调零. (3) 正弦波发生器中的运放工作在线性范围内. (4) 非正弦波发生器中至少有一只运放工作在线性范围内. (5) 计算正弦波形发生器的振荡频率及三角波, 锯齿波发生器输出电压的峰— 峰值,主要抓住工作在非线性范围的运放输出电压改变状态的临界条件.
69
附 μA741 参数表
参数名称 输入失调电压 输入失调电流 输入基极电流 输入阻抗 输入电压范围 大信号电压增益 输出电压幅度 输出短路电流 共模抑制比 静态功耗 最大工作电压范围 最大差模电压范围 最大输入电压范围 工作温度范围 最大功耗 符号 VOS IOS Iib Zi Vi Vk Vopp I CMR Pco VCM VIdm Vkm TA PCM 工作温度 TAmin ≤TA ≥TAmax TA=25℃, L>2K, CC= R V ±15V,VO=±10V VCC=±15V,RL>10K TA=25℃ VCM=±12, Amin≤TA T ≥TAmax VCC=±15V 测试条件 典型值 1.0 20 80 300 ±13 200 ±14 25 90 60 ±22 ±30 ±15 -55～ +150 500 单位 mv nA nA M V V/ mv V mA dB mw V V V ℃ mw
70
实验六
一,实验目的
三端集成稳压器
通过对一个完整的直流稳压电源的测试,掌握三端集成稳压器的用法,并学 会集成稳压器电压调整率,电流调整率的测试方法.
二,仪器及设备
1.SXJ—3B 型集成模拟电路学习机. 2.示波器. 3.数字万用表.
三.实验内容
6.1 整流滤波电路性能测试.
(一) 预习要求: 1.熟悉单相全波桥式整流电路的工作原理,输出直流电压平均值和交流输入电 压有效值之间的定量关系. 2.了解滤波电容对输出电压波形及直流平均值的影响. (二) 实验任务:
Un1 Un2 AC220V Un3 Un0 Un4 Un5 ON 0FF Un6 △U +15% +10% +5% AC15V -5% -10% -15% 0 100μ 220μ 470μ 1000μ
D1～D4 UO1
1A
LED
A
RL1 R11 60 RL2 R12 RL3 20 10
U1
R13 RL4
R14 6
C11 C12 C13 C14
RL5 R15 24
KS1
图 2.6.1 1.整流电路测试. (1) 将电路接成图 2.6.1 形式,用示波器观察并记录 Uo1 波形. (2) 测量 U1 的有效值和 Uo1 的平均值,和理论计算值比较. 2.整流滤波电路测试.
71
(1) 将滤波电容 C11,C12,C13,C14 分别接至 Uo1 端,观察并记录 Uo1 波形的变 化,测量 Uo1 的直流电压大小. (2) 将 C14 与 Uo1 相连从 Uo1 插口串一只电流表(0~1.0A 直流)然后分别测量将 RL1,RL2,RL3,RL4,RL5 接至 Uo1 端时 Uo1 的电压数值,及 IL 数值.画出 Uo1 随 IL 变化的外特性. 6.2 集成稳压器性能测试 (一) 预习要求 1.了解三端可调式集成稳压器 LM317 的工作原理和使用方法. 2.掌握直流稳压电源电压调整率和电流调整率的定义,物理概念和测量方法. (二) 实验任务 1.输出电压调节范围的测量 按图 2.6.2 接线,调电位器 R2,测量并记录 Uo2 的调节范围. 2.测量输出电压稳定度 (1) 电压调整率的测量 将 Uo2 与 RL1 相连.在 U1=15V 条件下,调节 R2 使 Uo2=10V.测量 Uo2 值.令 U1 端分别与变压器次级抽头 1,2,3,0,4,5,6 相连,测量 Uo2 和 Uo1 值,作出 Uo2 随 U1 变化的曲线,计算电压调整率.
Un1 Un2 AC220V Un3 Un0 Un4 Un5 ON 0FF -10% Un6 -15% KS1 0 100μ 220μ 470μ 1000μ C11 C12 C13 C14 △U +15% +10% +5% AC15V -5% C2
D1～D4
UO1
LED
3
LM317 1
2
240 R1 D5
UO2
RL1 R11 RL2 R12 RL3
U1
0.1μ
R2
5K
C4 C3 10μ 10μ
RL4 RL5
R13 R14 R15
图 2.6.2 整流,滤波及三端集成稳压器 (2) 电流调整率的测量 保持 U1=15V,将 Uo2 与 RL1 相连,调节 R2 使 Uo2=10V. 令 Uo2 端分别与 RL2,RL3,RL4,RL5 相连,测量 Uo2 和 Uo1 的值和 IL 值.作出
72
Uo2 随 IL 变化的曲线,计算电流调整率. (3) 计算 LM317 在上述实验范围内承受的最大压降和最大功耗.检查这两个数 据是否在允许限度以内. 117 系列产品极限参数和电参数规范表
参数名称 符号
117 117M 117L
规范值
217 217M 217L 317 317M 317L
单位
输入—输出 电压 允许功耗 工作结温 存储温度
Vi～Vo PM Tj TSTg
≤40V
加足够大的散热器 TC=25℃
PM=20W
V W
-55～+150
-25～+150 -55～+150
0～+120
℃ ℃
73
附 1:稳压电路的性能指标
交流电经过整流滤波可得到平滑的直流电压,然而当电网电压波动和负载变化 时输出电压将随之变化,稳压电路的作用就是在这两种情况下,将输出电压基本上 稳定在一个固定的数值.既然如此,则衡量稳压电路就以这两方面的性能为指标. 11.5.1 稳压电路的主要指标 一,稳压系数 Sr 它定义为在负载固定时输出电压的相对变化量与(稳压电路)输入电压的相对变 化量之比,
Sr =
ΔU I / U O ΔU I / U I
RL =常数
即这个指标反映了电网电压波动的影响.所谓稳压电路的输入电压 UI 是指整流 滤波后的直流电压. 由于工程上常常把电网电压波动 ± 10% 做为极限条件.因此,也有将此时的输 出电压的相对变化做为衡量的指标,称为电压调整率. 在工程中也常常用 Io 从零变到最大额定输出值时,输出电压的相对变化量来表 征这个性能,称为电流调整率. 除以上两个主要指标外,还有一些指标.如反映输出电压脉动的最大纹波电压, 是指输出中 50Hz 或 100Hz 的交流成分,用有效值或峰值表示;又如反映输出受温度 影响的温度系数,是指电网电压和负载都不变时,输出电压随温度的变化等. 二,稳压电路的输出电阻 同放大电路一样,我们可以用输出电阻表表示稳压电路受负载变化的影响.这 里我们用变化量来定义输出电阻,即
Sr =
三,CW117/217/317 电参数规范 (见下页)
ΔU o ΔI o
U I =常数
74
(V1-V0 = 5V,IO=500mA,Tjmin≤Tj≤Tjmax)
参数名称 符 号 规范值 测试条件 最小
3V≤(Vi-V0) ≤40V
CW117/217
CW317
单位 最大
0.04 0.07 25 0.5 70 1.5 100 5 mV %VO mV %VO μA μA %/V
典型
0.01 0.02 5 0.1 20 0.3 5
最大
0.02 0.05 15 0.3 50 1 100 5
最小
典型
0.01 0.02 5 0.1 20 0.3 50 0.2
电压调整率
SV
TA=25℃
3V≤(Vi-V0) ≤40V 100mA≤IO ≤IOmax
VO≤5V VO≥5V VO≤5V VO≥5V
电流调整率
SI
TA=25℃
100mA≤IO ≤IOmax
调整端电流 调整端电流 变化
IADI
2.5V≤(Vi-V0) ≤40V
△IADI
100mA≤IO≤IOmax
0.2
PC≤PM
3V≤(Vi-V0) ≤40V
基准电压 最小输出电 流 波纹抑制比 输出电压温 度系数 输出噪声电 压 长期稳定性
Vret
100mA≤IO≤IOmax
1.20
1.25
1.30
1.20
1.25
1.30
V
PC≤PM Iomin Srip ST
Vi-V0 = 40V V0 =10V CADI=0
3.5 65 66 80 0.7
5
3.5 65 66 80 0.7
10
mA dB %VO
f=100HZ CADI=10μ
Tjmin ≤Tj≤Tjmax TA=25℃
VN 10HZ～10KHZ 有效
0.003
0.003
%VO % 1000h
值
St
TA=25℃ Tj=Tjmax
Vi-V0 ≤15V
0.3 1.5 0.25 2.2 0.4
1
0.3 1.5 0.15
1 2.2
最大输出电 流
Iomax
PC≤PM
Vi-V0 = 40V
A 0.14
PC≤PM,TA=25℃
75
附 2:555 和 741 运放好坏鉴别器
555 和 741 运放好坏的鉴别器电路如下图所示:
K1 F K2
Q 3 7 6 8 7 4 2 5
R1 10K
R3 10K 2 3 R5 470 741
4 1 5
9V 6 R6 470
R2 68K
IC TRIG NE555DIS
CVolt GND THR
C1 10μ
VCC
R
LED1
R1 10K
LED2
1
555 和 741 运放好坏鉴别器电路 图示参数的振荡频率约为 1Hz, 555 接成无稳态多谐振荡器, =1.44/(R1+2R2)C1,, f 若 555 为好的,则发光二极管 LDE1 将周期地闪亮;否则为坏的.741 的接法由开关 K2 控制.转换开关 K2 用于控制 555 振荡信号加至 741 的同相端或反相端,前者使 LED2 的闪光与 LED1 同步,后者作为反相器时,LED2 与 LED1 交替闪烁.
76
第四部分
数字集成电路实验 门电路
实验一
一,实验目的
进一步熟悉,掌握门电路的逻辑功能
二,实验仪器和设备
1.双踪示波器 2.SXJ-3C 型数字电路学习机 3.数字万用表
三,实验步骤及内容
实验前的准备:在学习机上未接任何器件的情况下(指实验用插座部分),先合上 交流电源,检查 5V 电源是否正常,再合直流电源测 VCC 处电压是否正常,测两排插 口中间 VCC 插口处电压是否正常,全正常后断开全部电源. 随后选择好实验用集成片,查清集成片的引腿及功能,然后根据自己的实验图 接线,特别注意 VCC 及地的接线不能接错,待老师检查后方可接通电源进行实验, 以后所有实验照些办理. (一) 测与非门的逻辑功能 1. 选下列与非门电路一只: 输入正与非门 74LS00; 4 输入正与非门 74LS20. 4 双 选择一个组件插座(片子先不要插入)按图接好线. VCC 14 1 2 4 5 7 地 图 3.1.1 双 4 输入正与非门 74LS20 2.输入端接电平开关输出插口,输出端接发光二极管显示插口.
77
6
V
3.拨动电平开关,按表中情况分别测出输出端电平. 输入端 1 1 0 0 0 0 2 1 1 0 0 0 3 1 1 1 0 0 4 1 1 1 1 0 电压(V) 输出端 6 逻辑状态
(二) 测与或非门的逻辑功能 与或非门是先与,再或,后非,验证其逻辑功能方法如下: 1.选两路四输入与或非门电路 74LS55 或其它型号的电路按图接线: 10 11 12 13 1 2 3 4
+
8
V
图 3.1.2 四输入与或非门电路 74LS55 2.输入端接电平输出插口,拨动开关当输入端为下表情况时分析测试输出端(8) 的电位,将结果填入表中: 输入端 1 1 1 0 1 0 0 2 1 1 0 0 0 0 3 1 1 0 0 0 0 4 1 1 0 0 1 0 10 0 0 1 1 0 0 11 0 0 1 1 0 0 12 0 0 1 1 0 0 13 0 1 1 1 1 0 电压(V) 输出端 8 逻辑状态
78
(三)测逻辑电路的逻辑关系 用 74LS00 组成下列逻辑电路,按图接线,将各种输入电压情况下的输出电压分 别填入表中. A
Z B 图 3.1.3 逻辑电路图 A B Z 0 0 0 1 1 0 1 1
输入 输出
A B
Z
图 3.1.4 逻辑电路图 A B Z 0 0 0 1 1 0 1 1
输入 输出
(四) 利用与非门组成其它门电路并测试其逻辑功能. 1.组成与门电路. 根据与门的逻辑表达式 Z = A B = A B 得知,可以用两个与非门组成与门. (1) 将与门及其测试电路画在下面空白处
79
(2) 当入端(A,B)为下列情况时,分别测出输出端(Z)的电位,并转换成逻辑状态, 将结果填入下表中,测试完毕后将电源断开. 输入 输出 A B Z 0 0 0 1 1 0 1 1
2.组成或门电路. 根据摩根定理,或门的逻辑函数表达式 Z=A+B 可以写成 Z = A B ,因此可以 用三个与非门构成或门. (1) 将或门及其测试电路画在下面空白处.
(2) 当输入端(A,B)为下列情况时,分别测输出端(Z)的电位,将结果填入表中. A B Z 0 0 0 1 1 0 1 1
输入 输出
3.组成或非门电路. 或非门的逻辑表达式为 Z = A + B ,根据摩根定理,可写或非表达式
Z = A + B = A B ,因此可用四个与非门构成或非门.
(1) 在下面空白处,画出或非门及其测试电路.
80
(2) 当输入端(A,B)为下列情况时,将输出端(Z)的测试结果填入下表中. A B Z 0 0 0 1 1 0 1 1
输入 输出
4.组成异或门电路 (1) 异或门的逻辑表达式为 Z = A ⊕ B = AB + AB (2) 将异或门的逻辑表达式化成与非表达式.
(3) 在下面空白处画出异或门及其测试电路.
(4) 将测试结果填入下表中. A B Z 0 0 0 1 1 0 1 1
输入 输出
(五) 观察与非门对脉冲的控制作用. 选一片与非门按下面两图连线,将一个输入端接连续脉冲,用示波器观察两种 电路的输出波形.
81
A
Z
A
Z
+5V 图 3.1.5 多输入端与非门对脉冲信号的传输控制电路图 在做以上各个实验时,要特别注意片子的插入位置与接线是否正确,每次必须 在接线后经复核确定无误后方可通电实验,并要养成习惯.
四,报告要求
整理实验数据,并对数据及波形进行分析,根据实验观察到的现象,回答下列 问题. 1.与非门在什么情况下输出高电平 什么情况下输出低电平 与非门不用的输 入端应如何处理 2.与或非门在什么情况下输出高电平 什么情况下输出低电平 与或非门中不 用的与门应如何处理 3.在实验(三)测电路逻辑关系的两人电路中,所示电路之逻辑功能是否相同 试用逻辑代数的公式进行验证.哪个电路结构较为合理. 4.如果与非门的一个输入端接连续时钟脉冲,那么: (1) 其余输入端是什么状态时,允许脉冲通过 脉冲通过时,输出端波形与输入 端波形有何差别 (2) 其余输入端是什么状态时, 不允许脉冲通过 这种情况下与非门输出是什么 状态 5.用示波器观察与非门传输连续脉冲时,应如何接线. 五,预习要求 (一) 复习电路的工作原理和逻辑代数. (二) 熟悉进行实验过程中,所用门电路的引脚位置,各引脚的用途. (三) 复习用双踪示波器测量脉冲波形的方法.
82
实验二
一,实验目的
组合逻辑电路的实验分析
(一) 掌握组合逻辑电路的分析方法. (二) 验证半加器和全加器的逻辑功能. (三) 了解二进制数的运算规律.
二,实验仪器及设备
(一) SXJ-3C 型数字电路学习机 (二) 数字万用表
三,实验内容及步骤
组合电路的分析是根据所给的逻辑电路,写出其输入与输出之间的逻辑关系(逻 辑函数表达式或真值表).从而判定该电路的逻辑功能. 组合电路的分析方法,一般是首先对给定的逻辑电路,按逻辑门的连接方式, 逐一地写出相应的逻辑表达式,然后写出输出函数的表达式(如果需要列真值表时, 可由表达式通过运算求出).但这样写出的逻辑函数表达式可能不是最简单的,所以 还应该利用逻辑代数的公式或者卡诺图进行化简. (一) 分析半加器的逻辑功能. 1.写出下图电路的逻辑表达式. X2 A B X3 Z 图 3.2.1 逻辑电路图 X1= Y= ;X2= ;Z= ;X3= ; X1 Y
83
2.根据表达式列出真值表,并画出卡诺图判断能否简化. A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 B A 0 1 Y= X1 X2 X3 Z Y
0
1
B A 0 1
0
1
Z=
3.根据上图所示电路,在学习机上接线,将测试结果记入下列真值表,同时与 上面真值表进行比较,两者是否一致. A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Z Y
(二) 测试用异或门(74LS86)和与非门组成的半加器的逻辑功能. 根据半加器的逻辑表达式可知,半加器的和 Y 是 A,B 的异或,而进位 Z 是 A, B 相与,故半加器可用一个集成异或门和二个与非门组成,见图. A B Y Z 图 3.2.2 半加器逻辑电路图 1.在学习机上接线,用异或门和与非门接成以上电路. 2. A, 输入端为下列情况时用万用表测 Y 及 Z 端电位, 当 B 将其转为逻辑状态, 填入下表中.
84
输入端 输出端
A B Y Z
0 0
1 0
0 1
1 1
(三) 分析全加器的逻辑功能. 1.写出以下电路的逻辑表达式 Y Ai Bi Z Ci-1 图 3.2.3 半加器逻辑电路图 Y= X3= Z= Si= X1 = Ci= X2= X1 X3 Ci X2 Si
2.根据逻辑表达式列出真值表 3.根据真值表画出逻辑函数 Si,Ci 的卡诺图 Ai Bi,Ci-1 00 01 0 1 Si= 4.按下表要求填写各点状态 Ai 0 0 1 1 0 Bi 0 1 0 1 0 Ci-1 0 0 0 0 1 Y Z X1 X2 X3 Si Ci 11 10 Ai Bi,Ci-1 00 01 0 1 Ci= 11 10
85
0 1 1
1 0 1
1 1 1
5.按原理图的要求选择与非门并接线,进行测试,将测试结果记入下表,并与 上面真值表进行比较观察逻辑功能是否一致. Ai 0 0 1 1 0 0 1 1 Bi 0 1 0 1 0 1 0 1 Ci-1 0 0 0 0 1 1 1 1 Ci Si
(四)测试用异或,与或非和非门的全加器的逻辑功能. 根据全加器的逻辑表达式 全加和 S i = Ai ⊕ Bi ⊕ Ci 1 进 位 Ci = ( Ai ⊕ Bi ) Ci 1 + Ai Bi
可知一位全加器可以用两个半加器和两个与门,一个或门组成,在实验中,常 用一块双异或门,一个与或非门和一个与非门实现. 1.画出用异或门,与或非门和非门实现全加的逻辑电路图. 2.找出异或门,与或非门和与门,按自己画出的图接线.接线进注意与或非门 中不用的与门输入端应接地. 3.当输入端 Ai,Bi,及 Ci-1 为下列情况时,用万用表测量 Si 和 Ci 的电位,并 将其转为逻辑状态填入下表: Ai 输入端 Bi Ci-1 输出端 Ci Si 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
四,报告要求:
86
1.整理实验数据,图表并对实验结果进行分析讨论. 2.总结组合逻辑电路的分析方法. 3.学会用与非门设计半加器,全加器等运算电路.
五,复习要求:
1.复习组合逻辑电路的分析方法. 2.复习用与非门和异或门构成的半加器,全加器的工作原理. 3.复习二进制数的运算.
87
实验三
一,实验目的
(一) 学习触发器逻辑功能的测试方法.
触发器
(二) 熟悉基本 R—S 触发器逻辑功能及触发方式. (三) 熟悉 J—K 触发器和 D 触发器的逻辑功能及触发方式. (四) 掌握用六个与非门组成维持阻塞触发器的方法,了解其结构及功能.
二,实验仪器及设备
(一) SXJ—3C 型数字电路学习机 (二) 双踪示波器 (三) 数字万用表
三,实验内容及步骤
(一)基本触发器的逻辑功能的测试 选用双与非门接成如下基本触发器. R 和 S 端接入插孔,平时为高电平,利用 输入电平的改变实现置 0 和置 1. 借助发光二极管及万用表测 Q 及 Q 端的电位,并记入下表: Q
Q
R
0 1
S
1 0 1
Q
Q
触发器状态
R
S 5V
1
5V
(二)JK 触发器逻辑功能的测试 1.异步置位及复位功能的测试,J,K,CP 端开路,用万用表测试表中所示情 况下 Q 端的电位,并转换成电平填入下表(注:×表示任意状态) CP × × J × × K × × Q 端逻辑状态
Rd
0 1
Sd
1 0
88
Sd J CP K Rd 2.CP 端输入单脉冲,当先将触发器置 1 或置 0 时,用万用表测量在下表情况 下 Q 端的电位,填入表中.
J K Qn CP Qn+1 保 持 0 ↑ ↓ 保 持 0 0 1 ↑ ↓ 保 持 0 ↑ ↓ 保 持 0 1 1 ↑ ↓ 保 持 0 ↑ ↓ 保 持 1 0 1 ↑ ↓ 保 持 0 ↑ ↓ 保 持 1 1 1 ↑ ↓
Q CK Q
注:箭头↑表示 CP 上升沿,↓表示 CP 下降沿 将 JK 触发器接成计数状态(即 J=1,K=1),然后给 CP 输入连续脉冲,用示波器 观察 Q 和 Q 波形,并画出图. CP Q
Q
(三) D 触发器逻辑功能的测试 实验步骤自拟,列表,做出实验结果 1.列表示出 D,CP 的前,后沿,Q 及 Q ,Q
n n+1
n +1
之间的关系.
2.以表中结果验证 D 触发器的逻辑功能,观察其触发方式是什么 (四) 将 D 触发器和 JK 触发器分别接成 T触发器进行动态测试 1.分别列出 D 触发器和 JK 触发器转换成 T触发器的驱动议程,画出实验电路 图. 2.将时钟脉冲接入,用双踪示波器观察各触发器 CP 及输出端 Q 的波形,比较 两者频率关系.
89
四,选作题
(一) 试设计一电路,当输入 A,B 的信号相同时,在 CP 脉冲作用下,使触发器 的输出为 0,否则为 1.
(二) 观察并记录以下两电路的输入,输出波形. 1.CP 点输入连续脉冲,观察记录 Q1 及 Q2 的波形. D Q Q CP K CP Q1 Q2 2.A 点输入连续脉冲,观察记录 A,B,C 及 Q 的波形. B D A Q C A B C Q
90
Q1
J
Q Q
Q2
Q Q
实验四
一,实验目的
计数器
(一)学习计数器逻辑功能的测试方法,熟悉计数器的工作原理. (二)熟悉示波器的使用方法.
二,实验仪器及设备
(一)SXJ—3C 型数字电路学习机 (二)双踪示波器 (三)数字万用表
三,实验内容与步骤
(一) 异步二进制加法计数器 1.按下图接线,在学习机上用 JK 触发器组成三位异步二进制加法计数器.将 各触发器的输出端 QA, B, C 分别接发光二极管插口. Q Q 清零端平时处于高电平+5V. 需要清零时接地,随后再接+5V. QA J CP K +5V CK J CK K QB J CK K QC
Q
Q
Q
Q
Q
Q
2.清零. 3.计数器 CP 输入端加单脉冲,借助指示灯或万用表测量计数器的逻辑状态, 并记入下表中. CP 数 0 1 2 3 二进制码 十进制码 CP 数 5 6 7 8 二进制码 十进制码
91
4 4.在计数器 CP 端加连续脉冲用示波器观察各触发器 Q 端输出波形,并记录波 形. CP QA QB QC (二) 异步二进制减法计数器 在学习机上按下图接线,组成减法计数器,然后以加法实验的同样方法及要求 完成实验,作表,画波形图. QA J CP K +5V CK J CK K QB J CK K QC 1 2 3 4 5 6 7
Q
Q
Q
Q
Q
Q
(三) 异步二—十进制加法计数器 1.按下图在学习机上用 JK 触发器组成异步二—十进制加法计数器.将各触发 器的输出端 QA,QB,QC 分别接二—十进制显示电路插口 Q1,Q2,Q3,Q4. QA QB QC QD
CP
J Q CK KQ
J Q CK KQ
J Q CK KQ
J Q CK KQ
进位
+5V
2.清零 3.在计数脉冲 CP 端加单脉冲,观察数码管显示情况,记录每给一个 CP 脉冲时
92
QA,QB,QC,QD 的状态情况. 4. 在 CP 端加连续脉冲观察波形,并画出与 CP 对应的 QA,QB,QC,QD 端波 形. (四) 异步二—十进制减法计数器 按下图用触发器和与非门组成异步二—十进制减法计数器,将触发器输出端分 ,其它要求和步骤与加法计数器 别接至二—十进制显示电路插孔 Q1,Q2,Q3,Q4, 相同. QA QB QC QD
CP
J Q CK KQ
J Q CK KQ
J Q CK KQ
J Q CK KQ
借位
四,预习内容
复习异步二进制计数器和十进制计数器的工作原理.
93
实验五
一,实验目的
多谐振荡器及单稳态触发器
(一)进一步加深对由 TTL 与非门组成的多谐振荡器工作原理的理解. (二)熟悉单稳态触发器的工作原理. (三)熟悉示波器的使用方法.
二,实验仪器与设备
(一)SXJ—3C 型数字电路学习机 (二)双踪示波器 (三)数字万用表
三,实验内容及步骤
(一) TTL 与非门基本多谐振荡器. 在学习机上用与非门及给出的各种电阻,电容按下图接线,并用示波器观察 υO2 的波形,并测其频率. υO1
1000p 1000p
υO2
υO2
R1 1.2K
R2 1.2K
t
(二) TTL 与非门环形多谐振荡器 1.在学习机上用与非门及备用的电容,电阻,并另备电位器一只按下图接线组 成振荡器.
A
R M1 B M2 C D
100
E
M3
M4
υO
2.用示波器观察并记录 A,B,C,D 各点的波形. 3.改变电位器(R=1K)的阻值,用示波器观察振荡周期的变化趋势,测量其频率
94
范围,记入下表: Tmin Tmax (三) 单稳态触发器 1.TTL 与非门微分型单稳态触发器 ⑴ 利用学习机上连续脉冲作为单稳的输入,按下图接线. ⑵ 用示波器观察 υi,υA,υo 的波形,并按时间对应关系画出单稳输出脉冲宽度 tW= ,记入在下表中. ⑶ 改变 R2 和 C2,观察 υo 波形,把不同 R2,C2 值下的周期 T 和输出脉冲宽度 tW= ,记入下表中.
min max
υi
C1
100p
C2
M1 M2 2000p M3
υO
A R1 4.7k
R2 300
R2 300 100 300
C2
2000p 2000p 1μ
T
tW
2.TTL 与非门积分型单稳态触发器 用与非门组成下图所示的积分型单稳态触发器,用连续脉冲作为单稳的输入, 用示波器观察 υi, A, B, υ υ 将输入分别插入几个分频器进行实验, υ1 为一定宽度时, 至 υo 的波形,并记录下来.
υi
M1
R A
180
M1
υO
B
2000p
95
四,报告要求
整理实验数据,根据观察到的波形,分析多谐振荡器输出波形的周期由什么决 定 单态触发器输出脉冲的周期由什么决定 单稳态触发器输出脉冲的宽度又由什 么决定
五,预习要求
复习多谐振荡和单稳态触发器的工作原理.
96
实验六,555 定时器
一,实验目的
(一)进一步加深对 555 定时器工作原理的理解,熟悉 555 定时器外形管脚及 其功能. (二)熟悉 555 定时器的灵活应用. (三)进一步熟悉示波器等仪器仪表的使用方法.
二,实验仪器与设备
(一)SXJ—3C 型数字电路学习机 (二)双踪示波器 (三)数字万用表
三,实验内容及步骤
(一) 由 5G 555 定时器构成的单稳态触发器. 1.在学习机上用 5G 555 及给出的各种电阻,电容按下图接线,并准备用示波 器观察 υo 的波形.
VCC 8
VCC
4
5G555
R TRIG GND CVolt Q DIS THR
3 7 6
R
υi
υo
2 5
2.以上元器件取值: 充放电电阻 R=几百欧姆～几兆欧姆 充放电电容 C=几百皮法～几百微法 电源电压 VCC=5～15 伏特
97
1
0.01μF
C
3.输入端加下降沿手动脉冲(负调变) ,用示波器观察输出端波形. 4.定性的画出输入输出波形图 υi
0
t
υc
0
t
υo
0
t
5.理论计算输出脉冲宽度 tW 并与实测值相比较 理论计算公式: tW = RC1n3 ≈ 1.1RC 6.在输出脉冲宽度的持续时间内(暂稳态过程中) ,加入上图所示的新脉冲(虚 线) ,电路输出是否有所变化(可不可以重复触发) 分析原理. 7.在允许范围内改变电路参数,观察脉冲宽度的变化趋势,同时作理论分析并 填如下表. R值 C值 理论 tW 实测 tW
(二) 由 5G 555 定时器构成的多谐振荡器. 1.在学习机上用 5G 555 及给出的各种电阻,电容按下图接线,并准备用示波 器观察 υo 的波形. 2.以上元器件取值: 充电电阻 R1=几百欧姆～几兆欧姆 充放电电阻 R2=几百欧姆～几兆欧姆
98
充放电电容 C=几百皮法～几百微法 电源电压 VCC=5～15 伏特 3.接通电源,用示波器观察输出端波形.
VCC
R1
7 DIS
8
VCC
R
4
Q
3
R2 υc C
2 6
TRIG GND THR
5G555
CVolt 5
υo
0.01μF
1
4.定性的画出输出波形图 υc
2/3VCC
1/3VCC 0
t
υo
0
t
5.理论计算输出脉冲宽度 tPL,tPH 和输出方波的频率并与实测值相比较 理论计算公式: t PL = R2C1n 2 ≈ 0.7 R2C
t PH = ( R1 + R2 )C1n2 ≈ 0.7( R1 + R2 )C
f =
t PL
1 1.43 ≈ + t ph ( R1 + 2 R2 )C
6.用示波器观察输出端波形,作理论分析并填如下表.
99
R1
R2
C
理论 tPL 值
理论 tPH 值
实测 tPL 值
实测 tPH 值
实测占空比%
7.分析下图占空比可调的电路多谐振荡器电路.
VCC
R1
RA
7
R4
Q 3
R2
D2
2 TRIG
VCC
DIS
8
R
4
5G555
GND CVolt 5
υo
RB υc
R3 D1
6
THR
1
0.01μF
(三) 由 5G 555 定时器构成的多谐振荡器. 1.在学习机上用 5G 555 及给出的各种电阻,电容按下图接线,并准备用示波 器观察 υo1 的波形.
VCC1 VCC
R1
DIS Q CVolt 7 3 5
R VCC
8
4
υo2 υo1 υic
2
TRIG THR
NE555
GND 1
υoi
6
100
R
2.以上元器件取值: υo2 输出上拉电阻 R=欧姆 电源电压 VCC=5～15 伏特 3.接通电源,υI 输入三角波信号,用示波器观察 υo1 输出端波形. 4.定性的画出输出波形图 υc
2/3VCC
1/3VCC 0
t
υo
0
t
5.图中 5 脚外接控制电压 υIC,改变 υIC 的大小,用示波器观察回差电压的变化 和变化规律. 6. 图中 7 脚 (三极管放电输出端) 通过一个外接电阻与另外一个电源 VCC1 相连, 则由 υo2 输出的信号可实现电平转换,用示波器观察 υo2 波形的变化情况如何
四,报告要求
整理实验结果,根据观察并记录的波形情况,分析由 5G555 组成的单稳态触发 器,多谐振荡器和施密特触发器的工作和应用特点 单态触发器输出脉冲的宽度由 什么决定 多谐振荡器输出脉冲的宽度,周期和占空比又由什么决定的
五,预习要求
1.复习 5G555 定时器的结构和工作原理. 2.分析由 5G555 定时器组成的单稳态触发器,多谐振荡器和施密特触发器的电 路结构和工作原理.
101
第五部分 实验一
一,实验目的
模数与数模转换实验
倒 T 型电阻网络 D/A 转换器
1. 熟悉 D/A 转换器的工作原理及转换器的转换特性. 2. 了解倒 T 型电阻网络 D/A 转换器的原理及组成.
二,实验仪器及设备
1. 双踪示波器 2. 数字万用表 3. 实验板 1
三,预习要求
1. 预习 D/A 转换器的基本原理. 2. 熟悉倒 T 型电阻网络的功能测试及参量计算. 3. 了解双踪示波器使用方法.
四,实验内容
1.按图 1.1 所示电路接线 10K D0 D1 D2 D3 3 2 7 + -
741
6 VO 5
4 1 S1 20K 20K B 10K C B A B′ 5K C′ D 20K E 10K F E′ 5K F′ G 20K H 10K H′ 5K I I′ 20K J VREF S2 S3 S4
图 4.1
102
2.先将 10KΩ电阻接入电路,用短接线将 AB,CD,DE,FG,GH,IJ 短接. 3.VREF 接+5V 参考电压. 4. 静态测试 D/A 转换器输入端 D0～D3 输入二进制数据与输出直流电压的关系. 数字输入端开关接运算放大器 3 端为高电平 1, 接地为低电平 0. 其结果填入表 1 中, 并与计算值比较. 表1 输入 D (二进制数) 输出 V0 (直流电平) 理论 计算值 V0 模拟量 V0 计算: 倒 T 型电阻网络 4 位 D/A 转换器输入/输出关系
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
V0 =
VREF Dn 2n
其中:VREF 参考电压;2n 位数 Dn 数字量 4.将 10KΩ改为 5KΩ电阻重复 2～4 的实验步骤测得一组 D 与 V0 的关系曲线.
五,实验报告要求
1.根据表 1 中的数据,试画出 V0~D 的转换特性曲线.横坐标为输入数字量 D, 纵坐标为输出模拟量 V0, 并将测试结果与理论值比较. 2.10KΩ电阻测得结果与 5KΩ电阻测得结果进行比较,分析误差产生原因. 3.试画出倒 T 型电阻网络支路电流的等效电路.
103
实验二
一,实验目的
集成芯片 D/A 转换器
1.熟悉集成芯片 D/A 转换器的工作原理. 2.了解 D/A 集成芯片的结构,功能测试及使用方法.
二,实验仪器及设备
1.双踪示波器 2.数字万用表 3.实验板 2
三,预习要求
1.预习有关 D/A 转换原理 2.了解集成芯片 DAC0832 转换器的外引线排列
四,实验内容
+5 20 +12 7
B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
7 6 5 4 16 15 14 13 1 17
DAC0832
lsbDI0 DI1 DI2 DI3 DI4 DI5 DI6 msbDI7 AGND CS Xfer Iout1 Iout2 Rfb Vref ILE WR2 WR1 Vcc
11 12 9 8 19 18 2
3 2
741
6
Vo
4 1 5 10K
-12
DGND
10
图 2.1 1.D/A 转换器 DAC0832 静态功能测试 ⑴ 按图 2.1 所示电路接线. ⑵ 调零:将 B0-B7 数字输入端全部接地,将 741 运放调零,调 10K 电位器使 V0=0.
104
⑶
将 B4,B5,B6,B7,全部接地,B0,B1,B2,B3 对应接 4 位高低电平开
关,数字输入端接+5V 高电平 1,接地为低电平 0. ⑷静态测试 D/A 转换器 B0～B3 输入二进制数据,与输出直流电压的关系,填 入表 2 中. 表2 输入 D 输出 V0 0000 集成芯片 4 位 D/A 转换器的转换特性曲线 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
2.D/A 转换器 DAC0832 动态功能测试 ⑴ 将计数器调至正常工作状态 图 2.2 用一片 74LS160 四位十进制计数器
74LS160 3 4 5 6 16 7 10 2 9 1 P0 P1 P2 P3 Q0 Q1 Q2 Q3 TC 14 13 12 11 15
+5
Q0 Q1 Q2 Q3
VCC
CP RD
CEP CET CLK PE MR
GND
8
图 2.2 将 CP 端接 2Hz 时钟脉冲信号, R D 复位端接高低电平开关 K,将 Q3,Q2,Q1, Q0 接至四个电平指示灯. ⑵ 接通电源,将复位端开关 K 打至低电平 0,对计数器清 0,然后将开关 K 打 至高电平 1,进行置位,此时计数器进行计数(计数就从 0000 数) .计数器正常工作. ⑶ 计数器正常工作后,关电源,将计数器 Q3,Q2,Q1,Q0 接至 DAC0832 D/A (注意计数器输出端 Q 与 D/A 输入端 B 的高, 低位应对 转换器数据输入端 B3B2B1B0 应) ,将计数器的时钟信号接 5KHz 脉冲信号. ⑷ 接通电源,首先将计数器清 0,再置位,用示波器观察 D/A 转换的 V0 的输出 0001…1001 依次计
105
波形,测量并绘出波形幅度和周期,以及波形中每个阶梯的幅度和时间.
五,实验报告要求
1.整理全部实验数据及波形. 2.D/A 转换器静态实验中测试的数据与理论值比较. 3.绘出动态 D/A 转换器波形幅度,与理论值比较.
106
实验三
一,实验目的
集成 D/A 转换器应用(三角波形形成)
1.进一步了解 D/A 转换器的工作原理及 D/A 转换精度. 2.了解用数字信号处理模拟信号的应用.
二,实验仪器及设备
1.双踪示波器 2.数字万用表 3.实验板 3
三,预习要求
1. 预习 4 位二进制可逆计数器 74LS169 及 D 触发器 74LS74 的功能及工作原理. 2.认真预习实验内容
四,实验内容
1.观察图 3.1,将可逆计数器置于正常工作状态.将可逆计数器 CP 端接 2Hz 时钟脉冲信号,F 端接高电平+5V,将 E,A′,B′,C′,D′端接电平指示灯. 2.接通电源,观察 D′,C′,B′,A′指示灯应是加计数;然后将 F 端接 0 电平,观察计数器输出端应是减计数.当计数器计数为 1111 时,此时进位有输出. 3.检查 74LS74D 触发器是否正常工作,将 E′端接单脉冲信号,用示波器观察 D 触发器输出端 F′端,将 D 触发器清 0,开关 K 打置 0.然后将 K 打置+5V,此 时 D 触发器 F′端输出为 0.然后按一下单脉冲信号,对 D 触发器进行触发,此时 Q 端输出为高电平,D 触发器正常工作.关电源. 4.将 CP 接 5KHz,连接 EE′,FF′,计数器各位依次接 D/A 转接器的对应位, D/A 转换器 D7,D6,Q5,D4 均接地. 5.接通电源,用示波器观察 D/A 转接器的输出波形 VO.
五,实验报告
1.整理全部实验数据,波形. 2.分析在联机过程中遇到的问题及解决方法.
107
+5 20
+12 7
A B C D
7 6 5 4 16 15 14 13 1 17
DAC0832
lsbDI0 DI1 DI2 DI3 DI4 DI5 DI6 msbDI7 AGND CS Xfer Iout1 Iout2 Rfb Vref ILE WR2 WR1 Vcc
11 12 9 8 19 18 2
3 2
741
6
Vo
4 1 5
-12
10K
DGND
10
+5 3 4 5 6 2 9 1 10 7
74LS169
A B C D Q0 Q1 Q2 Q3 TC
+5
Vcc
CLK LOAD U/D CET CEPGND
14 13 12 11 15
4
A' B' C' D' E E'
74LS74
Q 5
1
2
3
CLK CD Q 6
CP
74LS04
+5
8 F F'
K
图 3.1
108
1
SD
A
2
D
实验四
一,实验目的
1.了解 A/D 转换的一般过程
取样——保持电路
2.熟悉取样——保持的工作原理
二,实验仪器及设备
1.双踪示波器 2.数字万用表 3.频率计 4.实验板 4
三,预习要求
1.认真预习实验内容及要求 2.预习取样—保持电路的工作原理
四,实验内容
1.调整取样脉冲:
+5
RP
10K
15K
16
15 RCext
74LS123
Vcc
+12 1
-12 4 VEE
1000p K1
14 1 2 3 7
Cext A B CLR RCext Q Q 13 4
B B' A
3
Vcc
IN A' 8
IN S/H
LF398 OUT
GND
5
Vo
6
Cext A B CLR GND Q Q 5 12
6
CH
1μ
S1
9 19 11
1000p
74HC123 0.022μ 15k
C
C'
图 4.1 取样——保持原理图
109
8
7
0.015μ
⑴按图 4.1 接线,将 BB′,CC′短接,开关 K 打至 0.015μ 电容档,电源电压 接+5V. ⑵ 接通电源,首先按下 S1 将脉冲源复位. ⑶ 用示波器观察 A 点端的取样脉冲, 调节 Rp 使输出频率s=10KHz, P—P≥3.5V V 2. AA′短接, IN 端加入模拟正弦信号 V; 将 在 其频率max=1KHz,VP—P=600mV, LF398 电源为±12V. 3.用示波器观察取样—保持输出端的取样—保持信号 Vo. 4.将开关 K 打至 1μ 电容,观察 Vo 输出波形.
五,实验报告要求
1.整理对输入模拟信号的取样波形,0.015μ 与 1μ 时比较. 2.取样脉冲信号频率与模拟信号频率之间的关系. 3.在选择取样——保持电路外接电容器时,其电容量的大小应考虑哪些因素
110
实验五
一,实验目的
输出为一位的 A/D 转换器
通过一位转换器实验了解 A/D 转换器的基本原理及转换特性.
二,实验仪器及设备
1.双踪示波器 2.数字万用表 3.实验板 4
三,实验内容
+5 5.1K
8 6
5
IN1 IN2
2 7 3 311 4 1
A A'
-5
图 5.1 输出为一位的 A/D 转换器
1.按图 5.1 接上相应电源,并在 IN1 输入端接参考电压 VR=-5V,IN2 输入端 接 f=1KHz VP=10V 正弦信号电压(注:信号幅度要合适) ,AA′短接. 2.用示波器观察 VO 的输出信号.
四,实验报告要求
1.阐述输出为一位 D/A 转换器的转换过程 2.绘出输入,输出波形图
111
实验六
一,实验目的
集成芯片 A/D 转换器
1.了解 A/D 转换器(ADC0809)的转换特性. 2.了解,学习 A/D 转换器与其它中,大规模集成电路的连接.
二,实验仪器及设备
1.函数发生器 2.双踪示波器 3.数字万用表 4.实验板 5
三,预习要求
1.预习有关 A/D 转换器的原理. 2.了解 ADC0809A/D 转换器集成芯片的外引线排列
四,实验内容
1.A/D 转换器 ADC0809 静态测试 静态测试 A/D 转换器输入直流电压与输出二进制数据之间的关系.将 A/D 转换 器 ADC0809 按图 6.1 所示电路接线,A,B,C 接相应位的三个高低电平开关,D0～ D7 接八个 LED 指示,F 端接正单脉冲,G 接 f=20KHz,Vi≥3.5V 时钟脉冲信号. ⑴由 A,B,C,选定地址输入端状态,确定 8 路模拟输入中的那一路输入.A, B,C 选 000 ⑵ 在相应输入端将 EE′短接,通过 1K 电位器加入模拟电压 V1. ⑶ 将 H 端(START 和 ALE) 接单脉冲(正) ,作为启动信号. ⑷ 监视 D 触发器 LED,若状态改变,则转换完成. ⑸ 在 OE(ENABLE)端接一高低电平开关,当该开关接到高电平时,转换结 ,并将 果就出现在 D0～D7 端,并逐点改变输入模拟量,测出输出数字量(二进制) 数据填入表 6.1. 理论计算公式:
D=
其中:输出数字量位数 2n=255; VREF 为参考电压+5V;
112
2n V1 VREF
+5
74ALS74
SD 5 Q D CLK Q CD 6 2 3
21 20 19 18 8 15 14 17 7
msb2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 lsb2-8 EOC ADD-A ADD-B ADD-C ALE
IN-0 IN-1 IN-2
26 E 27 28 1 2 3 4 5 16 12
E' 1K
4
ADC0809
IN-3 IN-4 IN-5 IN-6 IN-7 ref(-) ref(+)
D1
+5
H OE
A B C
25 24 23 22 9 6 10
1
24
K G
ENABLE START CLOCK
图 6.1 表 6.1
模拟电压输入(V1) 数字输出 (二进制数) 转换成十进制数 理论计算用十进制数表示
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
113
V1 为模拟输入量 2.A/D 转换器 ADC0809 动态测试 输入端 E 接信号源,将 OE(ENABLE)端接高电平"1" ,将 START 和 ALE 端 接 2Hz 的脉冲信号. ⑴ 信号源置于三角波,令 VP=5V,f = 2Hz,观察 D0～D7 显示. ⑵ 信号源置于方波频率 f = 2Hz,再观察 D0～D7 显示.
五,实验报告要求
1.将 A/D 转换静态测试结果与理论值比较. 2.把模拟电压 V1 为横坐标,D 作为纵坐标,绘出 V1—D 转移特性曲线.
114
第六部分
74LS00
VCC 4B 14 13 4A 12 4Y 11 3B 10
常用集成器件外形管脚示意图
74LS20
3A 9
3Y
8
VCC 2D 14 13
2C NC 12 11
2B 10
2A 9
2Y
8
1 1A
2 1B
3 1Y
4 2A
5 2B
7 6 2Y GND
1 1A
2 1B
3 4 NC 1C
5 1D
7 6 1Y GND
74LS55
VCC H 14 13 G 12 F 11 E 10 NC 9
Y
74LS86
8 VCC 4B 14 13 4A 12 4Y 11 3B 10 3A 9
3Y
8
≥1
≥1
≥1
1 A 2 B 3 C 4 D 5 7 6 NC NC GND 1 1A 2 1B 3 1Y 4 2A
≥1
5 2B 7 6 GND 2Y
74LS73
1J 14
74LS74
2Q 9
1Q 13
1Q GND 2K 12 11 10
2Q 8
VCC 2CLR 2D 2CK 2PR 2Q 14 13 12 11 10 9
2Q 8
Q
Q
CLR CK K J
Q Q CLR K CK J
CLR Q CK D PR Q
D PR Q CK CLR Q
1
1CK
2
1
3
1K
4
5
6
2
7
2J
VCC 2CK
1 3 5 2 4 1CLR 1D 1CK 1PR 1Q
6 1Q
7
GND
115
74LS75
1Q 16 2Q 15 2Q G1-2 GND 3Q 14 13 12 11 3Q 10 4Q 9
5G 555
VDD CT TH 8 6 7 5
Q D G Q
D Q G Q
Q D G Q
D Q G Q
1 2 VSS TL 3 VO 4 R
1
1Q
2 1D
3 5 4 6 2D G3-4 VCC 3D
7 4D
8
4Q
116
电
路
原
理
实 验 指 导 书
河北科技师范学院
机械电子系
117
实验一 基尔霍夫定律的验证 一.实验目的
1.验证基尔霍夫定律的正确性,加深对基尔霍夫定律的理解. 2.学会用电流插头,插座测量各支路电流的方法.
二.原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律,测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压,应能分别 满足基尔霍夫电流定律和电压定律. 即对电路中的任一个节点而言,应有∑I=0; 对任何一个闭合回 路而言,应有∑U=0. 运用上述定律时必须注意电流的正方向,此方向可预先任意设定.
三.实验设备
1.直流电压表 0～20V 2.直流毫安表 3.恒压源 (+6V,+12V,0～30V)4.EEL—16
组件
四.实验内容
实验线路如右图所示
1.实验前先任意设定三条支路的电 F I1 510Ω R1 A 1kΩ I2 R2 E2 B
流参考方向,如图中的 I1,I2,I3 所示,并 熟悉线路结构,掌握各开关的操作使用方 法.
2. 分别将 E1, 2 两路直流稳压源 E1 E (
+
6V - E E1 510Ω R4 D R3 510Ω I3 330Ω R5
+
12V
-
C
为+6V,+12V 切换电源,E2 接 0～30V 可 调直流稳压源)接入电路,令 E1=6V,E2=12V.
3.熟悉电源插头的结构,将电流插头的两端接至数字毫安表的"+,-"两端. 4.将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中,读出并记录电流值. 5.用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值,记入数据表中
待测量 计算值 测量值 相对误差
I1(mA)
I2(mA)
I3(mA)
R1(V)
R2(V)
VAB(V) VCD(V) VAD(V) VDE(V)
VFA(V)
五.实验注意事项
1.所有需要测量的电压值,均以电压表测量的读数为准,不以电源表盘指示值为准. 2.防止电源两端碰线短路. 3.若用指针式电流表进行测量时,要识别电流插头所接电流表的"+,
-"极性,倘若不换接极性,则电表指针可能反偏(电流为负值时) ,此时必须调换电流表极性,重新 测量,此时指针正偏,但读得的电流值必须冠以负号.
六.预习思考题
1.根据图中电路参数,计算出待测的电流 I1,I2 和 I3 和各电阻上的电压值,记入表中,以便
实验测量时,可正确地选定毫安表和电压表的量程.
2.实验中,若用万用表直流毫安档测各支路电流,什么情况下可能出现毫安表指针反偏,应如
何处理,在记录数据时应注意什么 若用直流数字毫安表进行测量时,则会有什么显示呢
118
七.实验报告
1.根据实验数据,选定实验电路中的任一个节点,验证 KCL 的正确性.
2.根据实验数据,选定实验电路中的任一个闭合回路,验证 KVL 的正确性. 3.误差原因分析. 4.心得体会及其他.
实验二
一.实验目的
叠加原理的验证
验证线性电路叠加原理的正确性,从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解.
二.原理说明
叠加原理指出:在有几个独立源共同作用下的线性电路中,通过每一个元件的电流或其两端的电压, 可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和. 线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K倍时,电路的响应(即在电路其他 各 电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小K倍.
三.实验设备
1.直流电压表 2.直流毫安表 3.恒压源(6V,12V,0～30V)4. EEL—16 组件
四.实验内容
实验线路如下图所示.
1.E1 为+6V,+12V 切换电源,取 E1=+12V,E2 为可调直流稳压电源调至+6V; 2.令 E1 电源单独作用时(将开关 K1 投向 E1 侧,开关 K2 投向短路侧) ,用直流电压表和毫安
表(接电流插头)测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入表格下表 测量项目 实验内容
E1 单独作用 E2 单独作用 E1, E2 共同作用 2 E2 单独作用 3.令E2电源单独作用时(将开关 K1投向短路侧,开关K2投向E2侧) ,重复实验步骤2的 E1 (V) E2 (V) I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V)
测量和记录. 量和记录.
4.令E1和E2共同作用时(开关K1和K2分别投向E1和E2侧,重复上述的测
5.将E2的数值调至+12V,重复上述3项的测量并记录.
119
五.实验注意事项
1.用电流插头测量各支路电流时,应注意仪表的极性及数据表格中"+,-"号的记录. 2.注意仪表量程的及时更换.
六.预习思考题
叠加原理中 E1,E2 分别单独作用,在实验中应如何操作 可否直接将不作用的电源(E1 或 E2)置 零(短接) 七.实验报告
1.根据实验数据表格,进行分析,比较,归纳,总结实验结论,即验证线性电路的叠加
性与齐次性. 计算并作结论.
2.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出 试用上述实验数据,进行
实验三 戴维南定理——有源二端网络等效参数的测定
一.实验目的
1.验证戴维南定理的正确性,加深对该定理的理解 2.掌握测量有源二端网络等效参数的
一般方法
二.实验原理
1.任何一个线性含源网络,如果仅研究其中一条支路的电压和电流,则可将电路的其余部
分看作是一个有源二端网络(或称为含源一端口网络) . 戴维南定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个等效电压源来代替,该电压源的电动 势 ES 等于这个有源二端网络的开路电压 UOC,其等效内阻 RO 等于该网络中所有独立源均置零(理想 电压源视为短接, 理想电流源视为开路)时的等效电阻 Req, S 和 RO 称为有源二端网络的等效参数. E
2.有源二端网络等效参数的测量方法 (1)开路电压,短路电流法
在有源二端网络输出端开路时,用电压表直接测其输出端的开路电压 UOC, 然后再将其输出端短路,测其短路电流 ISC,则内阻为 R O
(2)伏安法
=
U OC I SC
用电压表,电流表测出有源二端网络的外特性如图 3-1 所示.根据外特性曲线求出斜率 tgΦ, 则内阻
RO = tgφ =
ΔU UOC = ΔI ISC
用伏安法,主要是测量开路电压及电流为额定值 I 时的输出端 电压值 UN,则内阻为 RO
=
UOC UN IN
120
若二端网络的内阻值很低时,则不宜测其短路电流.
三.实验设备
1 .直流电压表,电流表 2 . EEL — 18
组件 3 . EEL — 16 组件 4 .恒压源 5 .恒流源
图 3—1
四.实验内容
被测有源二端网络如图 3-4(a)所示.

1. 图 8-4(a)线路接入稳压源 ES=12V 和恒流源 IS=20mA 及可变电阻 RL.先断开 RL 测 UAB 即 Uoc,再短接 RL 测 Isc,则 Ro=UOC/Isc,填入下表 Uoc(V) Isc(mA) Ro=Uoc/Isc
2.负载实验
按图 8-4(a)改变 RL阻值,测量有源二端网络的外特性. RL(Ω)
U(V) I(mA) 3.验证戴维南定理:用 1kΩ(当可变电器用) ,将其阻值调整到等于按步骤"1"所得的等效 990 900 800 700 600 500 400 300 200 100
电阻 RΟ值,然后令其与直流稳压电源(调到步骤"1"时所测得的开路电压 UOC之值)相串联,如 图 8-4(b)所示,仿照步骤"2"测其特性,对戴氏定理进行验证. 表 8-3
RL(Ω) U(V) I(mA) 4.测定有源二端网络等效电阻(又称入端电阻)的其它方法:将被测有源网络内的所有独立源 990 900 800 700 600 500 400 300 200 100
置零(将电流源 IS去掉,也去掉电压源,并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连),然后用伏 安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载 RL开路后 A.,B 两点间的电阻, 此即为被测网络的等效 内阻 Req 或称网络的入端电阻 R1. 五.注意事项
1.注意测量时,电流表量程的更换 2.步骤"4"中,电源置零时不可将稳压 Req(Ω)
源短接.
121
3.用万用表直接测 Req 时,网络内的独立源必须先置零,以免损坏万用表,其次,欧姆档必须经
调零后再进行测量. 4.改接线路时,要关掉电源.
六.预习思考题
1.在求戴维南等效电路时,作短路试验,测 Isc 条件是什么 在本实验中可否直接作负
载短路实验 请实验前对线路 8-4(a)预先作好计算,以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表 的量程.
Uoc(V) Isc(mA) Ro=Uoc/Isc
2.说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法,并比较其优缺点.
七.实验报告
1.根据步骤 2 和 3,分别绘出曲线,验证戴维南定理的正确性,并分析产生误差的原因. 2.根据步骤 1,4,5 各种方法测得的 Uoc 与 Req 与预习时电路计算的结果作比较,你能得
出什么结论. 3.归纳,总结实验结果. 4.心得体会及其他.
实验四
一.实验目的
受控源 VCVS,VCCS,CCVS,CCCS 的实验研究
1. 获得运算放大器和有源器件的感性认识,了解由运算放大器组成各类受控源的原理和方法,理
解受控源的实际意义.
2. 通过测试受控源的外特性及其转移参数,进一步理解受控源的物理概念,加深对受控源的认识
和理解. 二.原理说明 1.电源有独立电源(如电池,发电机等)与非独立电源(或称为受控源)之分.受控源 与独立源的不同点是:独立源的电势 Es 或电流 Is 是某一固定的数值或是某一时间的函数,它不随 电路其余部分的状态而变, 而受控源的电势或电流则是随电路中另一支路的电压或电流而变的一种 电源. 受控源又与无源元件不同,无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系,而受控 源的输出电压或电流则和另一支路(或元件)的电流或电压有某种函数关系.
2.独立源与无源元件是二端器件,受控源则是四端元件,或称为双口元件,它有一对输入端
(U1,I1)和一对输出端(U2,I2) .输入端用以控制输出端电压或电流的大小,施加于输入端控制 量可以是电压或电流,因而有两种受控电压源(即电压控制电压 VCCS 和电流控制电流源 CCCS) .
3.当受控源的电压(或电流)与控制支路的电压(或电流)成正比变化时,则该受控源是线
性的. 理想受控源的控制支路中只有一个独立变量(电压或电流) ,另一个独立变量等于零,即从输 入口看,理想受控源或者是短路(即输入电阻 R1=0,因而 U1=0)或者是开路(即输入电导 G1=0, 因而输入电流 I1=0) ;从输出口看,理想受控源或是一个理想电压源或者是一个理想电流源,如图
4-1 所示. 4.受控源的控制端与受控端的关系式称为转移函数 122
四种受控源的定义及其转移函数参量的定义如下:
(1)压控电压源(VCVS),U2=f(U1),μ=U2/U1 称为转移电压比(或电压增益) (2)压控电流源(VCCS),I2=F(U1),gm=I2/U1 称为转移电导 (3)流控电压源(CCVS),U2=f(I1),rm=U2/I1 称为转移电阻 (4)流控电流源(CCCS),I2=F(I1),α=I2/I1 称为转移电流比(或电流增益)
三.用运算放大器构成受控源的原理 1.运算放大器的基本原理 运算放大器是一种有源二端口元件,图 4-2 所示为一理想运算放大器的模型及其电路符号图 形.它有两个输入端,一个输出端和一个对输入输出信号的参考地线端.信号从"-"端输入时, 其输出信号 Vo 与输入信号反相,故称"-"端为反相输入端;信号从
+ U1 μU1 - VCVS I1
+ U2 -
+ U1 gmU1 - VCCS
I2
+ U2 rmI1 - CCVS
图 4—1
I1
I2
αI1 CCCS
"+"端输入时,其输出信号 Vo 与输入信号同相,故称"+"端为同相输入端.
V- RI=∞ V+
A0=(V+-V-)
V0 输出端 R0=0 参考地
(a) 理想运放模型 图 4—2 (b)运放电路符号
多数运放相对地线端有两个工作电源端,即正电源端与负电源端,只有在接有正,负电源情 况下,运放才能正常工作,也有的运放可在单电源(正电源)下工作,如 LM324 等. 图 4-2 中的 V-和 V+分别为反相输入端和同相输入端的对地电压,Vo 为输出端的对地电压,
123
Ao 是运放的开环电压放大倍数,在理想情况下,Ao 和输入口的电阻 Ri 均为无穷大;而输出电阻 Ro 为零.
根据输出电压 Vo=(V+-V-)Ao 式可见, 当输出电压 Vo 为有限值时,则有 V+=V-,且 有 由上面这些等式,可引出两个重要的结论:
(1)运放的"-"端和"+"端是等电位的,若其中一个输入端是接地的,则另一输入端虽
未直接接地,形似接地,故称此端为"虚地""+""-"两端视为"虚短路" , , .
(2)运放的输入端电流等于零
上述这些重要性质是简化分析含有运放网络的依据.因为运放只有在一定的工作电源下才能 正常工作,所以含有运放的电路是一种有源网络,在电路实验中仅研究其端口特性,若在其外部接 入不同的电路元件,可以实现对信号的模拟运算或变换,在实际中得到极其广泛的应用. 理相运放的电路模型实为一个受控源,本实验将研究由运放组成的四种受控源电路的端口特 性,我们选用 LM358 型或 LM324 型(四运放)单电源工作的集成运放,其引脚功能如图 4-3 所示.
图 4—3
2.由运算放大器构成四种受控源的原理
图 4—4 VCVS电路
(1)电压控制电压源(VCVS) 电路如图 4—4所示,图中Rf 为反馈电阻, RL为负载电阻. ∵V+=V-=V1, 且 i +=i- =0 ∴i f = i 2 = V- / R2=V1 /R2 而 V2=i fRf+i2R2=(R2+Rf / R2) V1 =(1+Rf / R2)V 1 令μ=1+Rf / R2 则 (2)电压控制电流源(VCCS) 将图9—4电路中的Rf 看作是一个负载电阻,即 构成了一个 VCCS 的模型如图 4—5所示. ∵i +=i-=0 ∴iL=i2=V-/R2=V1 / R2 令 g m=1/R2 图 4—5 VCCS电路 V2=μV1 μ为无量纲常数,称为转移电压比或电压增益.
124
则 i2=g m V1
g m 因具有电导量纲,故称为转移电导.
(3)电流控制电压源(CCVS) 电路如图9—6所示. ∵ ∴ 令 则 V-=V+=0 V2=i 1Rf
r m=Rf i f = i 1 + i =i 1
V2=r m i 1
r m 具有电阻的量纲,故称为转移电阻.
(4)电流控制电流源(CCCS) 电路如图 9—7. ∵
i
R
Va = i f Rf =i 1 Rf =-Va / R=-i =i f -i
1
Rf / Rf =(1+
图 4—6 CCVS 电
路 ∴i
L R
=i 1- (-i 1 Rf / Rf )
Rf / R) i 1 令 α=1+Rf /R 则 i L=αi1,α是无量纲的,称为转移电流比或电流增 益.

四.实验设备
1.直流数字电压表,毫安表
图 4—7
CCCS 电路
2.EEL—06 组件(或 EEL—18 组件) 3.EEL—02 组件(或 EEL—16 组件)4.恒压源
五.实验内容及步骤
线.
把 EEL—02组件电源插头插在控制屏座子上,按图 4—4接
1.测量受控源 VCCS 的转移特性I2=f(U1)及负载特性I2=f(RL) ,按图9—5接线,其中R2
=10kΩ. (1)令RL=2kΩ,调节恒压源0～4V输出,测出相应的I2值,绘制I2=f(U
1
)曲线,并由其线性部分求出转移电导 gm. U 1(V) I2(mA) (2)保持U1=2V,令RL从大到小变化,测出相应的I2,绘制负载特性曲线.
RL(kΩ) 50 20 10 5 3 1 0.5 0.2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
I2(mA)
2.测量受控源 CCVS 的转移特性U2=f(I1)与负载特性U2=f(RL)
按图 4-6 接线,其中 R1=10kΩ,R2=6.8kΩ,Rf=20kΩ. (1) 令RL=2kΩ, 调节恒流源的输出电流IS, 使其在0～0.5mA 内取8个数值, 测出U2,
125
绘制U2=f(I1)曲线,并由线性部分求出转移电阻 rm. I1(mA) I2(mA) (2)保持IS=0.2mA(即I1=0.2mA),令R1从 50Ω增至 80kΩ,测出U2,绘制负载特性曲 线.
RL (Ω) U2 (V) 50 100 150 200 500 1k 10k 80k 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40
六.注意事项
1.用恒流源供电的实验中,不要使恒流源的负载开路 2.实验结束后,拔出电源插头, 使之断电
七.预习思考题
1.受控源和独立源相比有何异同点 比较四种受控源的代号,电路模型,控制量与被控量的关系
如何 2.四种受控源中的 rm,gm,α和μ的意义是什么 如何测得 3.若受控源控制量的 极性反向, 试问其输出极性是否发生变化 4. 受控源的控制特性是否适合于交流信号 5. 如 何由两个基本的 CCVC 和 VCCS 获得其它两个 CCCS 和 VCVS, 它们的输入输出如何连接 6. 分 析右图电路中受控源的转移特性,求出其转移参量.
八.实验报告
1.根据实验数据,在方格纸上分别绘出四种受控源的转移特性和负载特
性曲线,并求出相应的转移参量. 2.对预习思考题作必要的回答. 3.对实验的结果作出合 理地分析和结论,总结对四种受控源的认识和理解. 4.心得体会及其它.
一.实验目的
实验五
RC一阶电路的响应测试
1.测定RC一阶电路的零输入响应,零状态响应及完全响应 2.学习电路时间常数的测量方法 3.掌握有关微分电路和积分电路的概念
二.原理说明
1.动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程,对时间常数τ较大的电路,可用慢扫 描长余辉示波器观察光点移动的轨迹.然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参 数,必须使这种单次变化的过程重复出现.为此,我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励 信号, 即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号; 方波下降沿作为零输入响应的负 阶跃激励信号, 只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ. 电路在这样的方波序列脉冲信 号的激励下,它的影响和直流接通与断开的过渡过程是基本相同的. 2.RC—阶电路的零输入 响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长,其变化的快慢决定于电路的时间常数τ. 3.时 间常数τ的测定方法: 用示波器测得零输入响应的波形如图 11—1(a)所示. 根据—阶微分方程的求解得知 UO=Ee
-t/Rc
=Ee
-t/
τ
当 t=τ时,VO=0.368E,
此时所对应的时间就等于τ. 亦可用零状态响应波形增长到 0.632E 所对应的时间测得,如图 11 —1(c)所示.
126
4.微分电路和积分电路是 RC 一阶电路中较典型的电路,它对电路元件参数和输入信号的周期有
着特定的要求. 一个简单的RC串联电路,在方波序列脉冲的重复激励下,满足τ=RC<>T/2条件时,如图 5—2(b)所示即称为积分电路,因为此时电路的输出信号电压与输入信 号电压的积分成正比.三.实验设备 组件(或 EEL—16 组件)
1.双踪示波器 2.信号源(下组件) 3.EEL—03
四.实验内容及步骤
实验线路板的结构如图 5—2 所示,首先看懂线路板的走线,认清激励与响应端口所在的位
置;认清 R,C 元件的布局及其标称值;各开关的通断位置等. (1)选择动态电路板上的 R,C 元件,令 R=10kΩ, C=3300pF 组成如图 5—1(b)所示的 RC 充放电电路,E 为脉冲信号发生器输出 VP-P=2V,f=1kHz 的方 波电压信号, 并通过示波器探头将激励源E和响应UC的信号分别连至示波器的两个输入口YA和Y
B
,这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律,来测时间常数τ,并用方格纸按 1:1
的比例描绘波形. 少量地改变电容值或电阻值,定性地观察对响应的影响,记录观察到的现象. (2)令R=10kΩ,C=0.1μF,观察并描绘响应的波形,继续增大C之值,定性地观察对响 应的影响. (3)选择动态板上的R,C元件,组成如图 11—2(a)所示的微分电路,令C=0.1μ F,R=100Ω,在同样的方波激励信号(Vp-p=2V,f=1kHz)作用下,观测并描绘激励与响应的 波形. 增减R之值,定性地观察对响应的影响,并作记录,当R增至 100kΩ时,输入输出波形有何本质
127
上的区别 五.实验注意事项
1.调节电子仪器各旋钮时,动作不要过猛.实验前,尚需熟读双踪示波器的使用说明,特别是观
察双踪时,要特别注意开关,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(称共地) ,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.预习思考题
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信号 2.已知RC一阶电路 R=10kΩ,C=0.1μF,试计算时间常数τ,并根据τ值物理意义,拟定测
量τ的方案.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 这两种电路有何功能 4.预习要求:熟读仪器使用说明 回答上述问题,准备方格纸.
七.实验报告
1.根据实验观测结果,在方格纸上绘出 RC—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.
图 5—3 动态电路,选频电路实验板
实验六
一.实验目的
二阶动态电路响应的研究
1.学习用实验的方法来研究二阶动态电路的响应,了解电路元件参数对响应的影响. 2.观察,分析二阶电路响应的三种状态轨迹及其特点,以加深对二阶电路响应的认识与理解.
二.原理说明

一个二阶电路在方波正,负阶跃信号的激砺下,可获得零状态与零输入响应,其响应的变化
轨迹决定了电路的固有频率,当调节电路的元件参数值,使电路的固有频率分别为负实数,共轭复 数及虚数时,可获得单调地衰减,衰减振荡和等幅振荡的响应.在实验中可获得过阻尼,欠阻尼和 临界阻尼这三种响应图形. 简单而典型的二阶电路是一个RLC串联电路和GCL并联电路,这二者之间存在着对偶关系. 本实验仅对GCL并联电路进行研究.
128
三.实验设备 1.双踪示波器 2.信号源 3.EEL—03 组件(EEL—16 组件) 三.实验内容及步骤 线路图与实验 5 相同,如图 5—2 所示.利用动态电路板中的元件与
开关的配合作用,组成如图 6—1 所示的 GCL 并联电路. 令 R1=10kΩ, =4.7mH, =1000pF, L C
R2 为 10kΩ可调电阻,令脉冲信号发生
器的输出为Vp-p=2V,f=1kHz 的方波 脉冲,通过插头接至上图的激励端,同 时用同轴电缆将激励端和响应输出接至 双踪示波器的YA 和YB 两个输入口.
1.调节可变电阻器R2之值,观察二阶
电路的零输 入响应和零状态响应由过阻尼过渡到临 界阻尼,最后过渡到欠阻尼的变化过渡 过程, 分别定性地 图 6—2 描绘,记录响应的典型变化波形. 调节R2使示波器荧光屏上呈现稳定的欠阻尼响应波形,定量测定此时电路的衰减常数α和振荡频 率ωd.3.改变一组电路参数,如增,减 L 或 C 之值,重复步骤 2 的测量,并作记录. 随后仔细观察,改变电路参数时,ωd 与α的变化趋势,并作记录. 电路参数 实验次数 1 2 3 4 R1 10kΩ 10kΩ 30kΩ 10kΩ 元 件 参 数 R2 调至 某一 欠阻 尼态 L 4.7mH 4.7mH 4.7mH 15mH C
1000 pF 0.01μF 0.01μF 0.01μF
测量值 α ω
五.实验注意事项
1.调节R2 时,要细心,缓慢,临界阻尼要找准.
2.观察双踪时,显示要稳定,如不同步,则可采用外同步法(看示波器说明)触发.
六. 预习思考题 1.根据二阶电路实验电路元件的参数,计算出处于临界阻尼状态的R2之值.
2.在示波器荧光屏上,如何测得二阶电路零输入响应欠阻尼状态的衰减常数α和振荡频率 ωd
七.实验报告
应波形.
1.根据观测结果,在方格纸上描绘二阶电路过阻尼,临界阻尼和欠阻尼的响
2.测算欠阻尼振荡曲线上的α与ωd. 3.归纳,总结电路元件参数的改变,对响应变化趋势 的影响. 4.心得体会及其他.
129
实验七
一.实验目的
R,L,C元件阻抗特性的测定
1.验证电阻,感抗,容抗与频率的关系,测定R～f,XL～f 与XC～f 特性曲线及电路元件参数
对响应的影响. 2.加深理解R,L,C元件端电压与电流的相位关系.
二.原理说明
1.在正弦交变信号作用下,R,L,C电路元件在电路中的抗流作用与信号的频率有关,它们
的阻抗频率特性R～f,XL～f,XC～f 曲线如图 6—1所示.2.元件阻抗频率特性的测量电路如 图 6—2所示.
图 6—1 所得.
图 6—2
图中的 r 是提供测量回路电流用的标准电阻,流过被测元件的电流则可由 r 两端的电压除以 r 阻值 若用双踪示波器同时观察 r 与被测元件两端的电压,亦就展现出被测元件两端的电压 和流过该元件电流的波形,从而可在荧光屏上测出电压与电流的幅值及它们之间的相位差.
3. 将元件R, C串联或并联相接, L, 亦可用同样的方法测得Z串与Z并时的阻抗频率特性Z～ f,根据电压,电流的相位差可判断Z串或Z并是感性还是容性负载. 4.元件的阻抗角(即相位差φ)随输入信号的频率变化而改变,将各个不同频率下的相位差
画在以频率
图 6—3
f 为横坐标,阻抗角φ为纵座标的座标纸上,并用光滑的曲线连接这些点,即得阻抗角的频率
特性曲线. 用双踪示波器测量阻抗角的方法如图13—3所示.荧光屏上得一个周期占 n 格,相位差占
130
m 格,则实际的相位差φ(阻抗角)为
φ=m×
360 0 n
度
三.实验设备
1.信号源,频率计 2.交流毫伏表 3.双踪示波器 4. EEL—23 组件
四.实验内容及步骤
1.测量R,L,C元件的阻抗频率特性 将信号源正弦波接至如图 13—2 的电路,作为激励源U,
并用交流毫伏表测量,使激励电压的有效值为U=2V,并保持不变. 使信号源的输出频率从1kHz 逐渐增至 20kHz (用频率计测量) 并使开关 S 分别接通R, , L, C三个元件,用交流毫伏表测量Ur,并通过计算得到各频率点的R,X L与X C之值,记入 表中. 频
R (k Ω )
率 f(kHz)
Ur(V) IR(mA)=Ur/r R=U/IR X Ur(V) IL(mA)=Ur/r XL(V)=U/IL X Ur(V) Ic(mA)=Ur/r Xc=U/Ic
1
2
5
10
15
20
(k Ω )
(k Ω )
2.用双踪示波器观察在不同频率下各元件阻抗角的变化情况,并作记录. 3.测量R,L,C元件串联阻抗角的频率特性.
频率 f(kHz)
n(格) m(格)
0.5
1
2
5
10
15
20
(度)
五.实验注意事项 1.交流毫伏表属于高阻抗电表,测量前必须先
调零.
2.测φ时,示波器的"v/div"和"t/div"的微调旋钮应旋置"校准位
置"
六.预习思考题
测量R,L,C各个元件的阻抗角时,为什么要与它们串联一个小 电阻 可否用一个小电感或大电容代替 为什么
七.实验报告
1.根据实验数据,在方格纸上绘制R,L,C三个元件的阻抗频率特性曲线,从中可得出什么结
论
131
2.根据实验数据,在方格纸上绘制R,L,C三个元件串联的阻抗角频率特性曲线,并总结,归
纳出结论.
3.心得体会及其他.
实验八 用三表测量电路等效参数
一.实验目的
1.学会用交流电压表,交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法 2.学会功率表的
接法和使用.二.原理说明 1.正弦交流激励下的元件值或阻抗值,可以用交流电压表,交流电流表及功率表,分别测 量出元件两端的电压U, 流过该元件的电流I和它所消耗的功率P, 然后通过计算得到所求的各值, 这种方法称为三表法,是用以测量50Hz 交流电路参数的基本方法.计算的基本公式为: 阻抗 值模
Z =
U I2
电路的功率因数
cos φ =
P UI
或

等效电阻
R=
P = Z × cos φ I2
等效电抗
X = Z sin φ
X = X L = 2π f L
X = XC =
1 2π f C
2.阻抗性质的判别方法:在被测元件两端并联电容或串联电容的方法来加以判别,方法与 原理如下: (1) 在被测元件两端并联一只适量的试验电容, 若串接在电路中电流表的读数增大, 则被测阻抗为容性,电流减少则为感性.

图 7—1 并联电容测量法 图 7—1(a)中,Z为待测定的元件,C′为试验电容器. b)图是(a)的等效电路,图中G,B (
为待测阻抗Z的电导和电纳,B′为并联电容C′电纳.在端电压有效值不变的条件下,按下面两种 情况进行分析; ① 设B+B′=B〃,若B′增大,B〃也增大,则电路中电流I将单调地上升,故可判断 B为容性元件. ②设B+B′=B〃,若B′增大,而B〃先减小而后再增大,电流I 也是先减小后上升,如图 14—2 所示,则可判断B为感性元件. 由上分析可见,当 B为容性元件时, 对并联电容C′值无特殊要求; 而当B为感性元件时, ′|2B|时,电流单调上升,与B为容性时相同,并 不能说明电路是感性的.因此B′<|2B|是判断电路性质的可靠条件,由此得判 定条件为:
132
C' <
2B
ω

(2)与被测元件串联一个适当容量的试验电容,若被测阻抗的端电压下降,则判为容性, 端压上升则为感性,判定条件为:
1 < 2X ω C'

式中X为被测阻抗的电抗值,C′为串联试验电容值,此关系式可自行证明. 判断待测元件的性质,除上述借助于试验电容C′测定法外还可以利用该元件电流,电压间的 相位关系,若I超前于U,为容性;I滞后于U,则为感性. 3.功率表的结构,接线与使用 功率表(又称为瓦特表)是一种动圈式仪表,其电流线圈与负载串联, (两个电流线圈可串联 或并联,因而可得两个电流量限) ,其电压线圈与负载并联,有三个量限,电压线圈可以与电源并 联使用,也可和负载并联使用,此即为并联电压线圈的前接法与后接法之分,后接法测量会使读数
产生较大的误差,因并联电压线圈 图 7—3 接线路. 图 7—2 I—B关系曲线 所消耗的功率也计入了功率表的读数之中.图 14—3 是功率表并联电压线圈前接法的外部连
三.实验设备
1.交流电压,电流,功率表 2.三相调压输出
3.EEL—04 组件日光灯镇流器,电容器 400V/4μF(或 EEL—17) 4.EEL—17 组件白炽灯 20W220V
四.实验内容
测试线路如图 7—4 所示
1.按图 7—4接线,并经指导教师检查后,方可接通电源. (Z可
为单个元件或元件的串,并组合)
2.分别测量 20W白炽灯(R) 30W日光灯镇流器(L)和电容 ,
图 7—4
器(C)的等效参数.
3.测量L,C串联与并联后的等效参数. 4.用并接试验电容的方法来判别LC串联和并联后阻抗的性质. 133
5.观察并测定功率表电压并联线圈前接法与后接法对测量结果的影响.
测 量 值
U(V) 20W白炽灯R 30W日光灯镇流器L 30W日光灯电容器C I(A) P(W)
计 算 值
Z(Ω) cos
电路等效参数
R(Ω) L(mH) C(μF)
L与C串联 L与C并联
五.实验注意事项
1.功率表不能单独使用,一定要有电压表和电流表监测,使电压表和电流表的读数不超过功
率表电压和电流的量限. 2.功率表接线正确,上电前仔细检查.
3.自耦调压器在接通电源前,应将其手柄置在零位上,调节时,使其输出电压从零开始逐渐
升高.每次改接实验负载或实验完毕,都必须先将其旋柄慢慢调回零位,再断电源.必须严格遵守 这一安全操作规程.
六.预习思考题
1.在 50Hz 的交流电路中,测得一只铁心线圈的P,I和U,如何算得它的阻值及电感量 2.如何用串联电容的方法来判断阻抗的性质 试用I随X′ C(串联容抗)的变化关系作
定性分析,证明串联试验时,C′满足
1 < 2X ω C'
.
七.实验报告
1.根据实验数据,完成各项计算. 2.完成预习思考题1,2的任务. 3.分析功率表并联电压线圈前后接法对测量结果的影响. 4.总结功率表与自耦调压器的使用
方法.
实验九
一.实验目的
正弦稳态交流电路相量的研究
1.研究正弦稳态交流电路中电压,电流相量之间的关系 2.掌握RC串联电路的相量轨迹及其作移相器的应用. 3.掌握日光灯 线路的接线. 4.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法.
二.原理说明 1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,用交流电压表测得回路各元件两 端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即
∑i
= 0 和
& ∑U
=0

& & & 2.如图1—1所示的RC串联电路,在正弦稳态信号 U 的激励下, U R 与 U C 保持有90°的 & & & & 相位差,即当阻值R改变时,U R 的相量轨迹是一个半园,U , U C 与 U R 三者形成一个直角形的
134
电压三角形.R值改变时,可改变φ角的大小,从而达到移相的目的. 3.日光灯线路如图 1—3 所示,图中A是日光灯管,L是镇流器,S是启辉器,C是补偿电容器, 用以改善电路的功率因数(cosφ值) .有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料.
三.实验设备
1.交流电压,电流,功率,功率因素表 2.三相调压输出 3.EEL—04 组件,30W镇流器,400V/4μF电容器,电流插头(或 EEL—17) 4.30W日光灯(左面板上侧) 5.EEL—05 组件 40W220V白炽灯(或 EEL—17)
四.实验内容
1. 用两只 220V, 40W的白炽灯泡和30W的日光灯电容器组成加图1—2所示的实验电路, 按下闭合按钮开关调节调压器至 220V,验证电压三角形关系 测 U(V) 量 值 UR(V) UC(V) 计 算 值
ΔU ΔU/U
U'(UR, UC 组成 RtΔ)
2.日光灯线路接线与测量
图 1—1
图 1—2 按图 1—2 组成线路,经指导教师检查后按下闭合按钮开关,调节自耦调压器的输出,使其输 出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为至,记下三表的指示值.然后将电压调至 220V,测量 功率P,电流I,电压
U , U L ,U A 等值,验证电压,电流相量关系.
计 算 值 UL(V) UA(V) cos r(Ω) I(A) U(V)
测 量 数 值 P(W)
135
启 辉 值 正常工作值 3.并联电路——电路功率因数的改善 按图 1—3 组成实验线路 经指导老师检查后,按下绿色按钮开关调节自耦调压器的输出调至 220V,记录功率表,电 压表读数,通过一只电流表和三个电流取样插座分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行三次 重复测量. 电容值 (μF) P(W) 测 量 数 值 U(V) I(A) IC(A) 计 算 值 I'(A) cosφ
图1—3
五.实验注意事项 1.功率表要正确接入电路,读数时要注意量程和实际读数的折算关系.
2.线路接线正确,日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好.
六.预习思考题 1.参阅课外资料,了解日光灯的启辉原理
2.在日常生活中,当日光灯上缺少了启辉器时,人们常用一导线将启辉器的两端短接一下,然后 迅速断开,使日光灯点亮;或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯,这是为什么 3.为了提高电路的功率因数,常在感性负载上并联电容器,此时增加了一条电流支路,试问电路 的总电流是增大还是减小,此时感性元件上的电流和功率是否改变 4. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法, 而不用串联法 所并的电容器是否越大越好
七.实验报告
1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析. 2.根据实验数据,分别绘出电压,电流相量图,验证相量形式的基尔霍夫定律. 3.讨论改善电路功率因数的意义和方法. 4.装接日光灯线路的心得体会及其他.
实验十 RC选频网络特性测试
136
一.实验目的
1.熟悉文氏电桥电路的结构特点及其应用.2.学会用交流毫伏表和示波器测定文氏电桥电路的幅 频特性和相频特性.3.了解RC串并联电路的带通特性及RC双T电路的带阻特性.
二.原理说明
文氏电桥电路是一个RC的串,并联电路,如图 2—1 所示,该电路结构简单,被广泛地用于 低频振荡电路中作为选频环节,可以获得很高纯度的正弦波电压. 1.用信号发生器的正弦输出信号作为图 2—1 的激励信号Ui,并保持Ui 不变的情况下,改变 输入信号的频率 f,用交流毫伏表或示波器测出输出端相应于各个频率点下的输出电压VO值,将 这些数据画在以频率 f 为横轴,VO为纵轴的坐标纸上,用一条光滑的曲线连接这些点,该曲线就 是上述电路的幅频特性曲线. 文氏桥路的一个特点是其输出电压幅度不仅会随输入信号的频率而变,而且还会出现一个与 输入电压同相位的最大值,如图 2—2 所示. 由电路分析得知,该网络的传递函数为
β=
1 3 + j (ω RC 1 ω CR)
当角频率
ω = ω0 =
1 RC
时
图 2—1
图 2—2
则 图 2—2
β =
V0 1 = ,此时V Vi 3
O
与Vi 同相,由
可见 RC 串并联电路具有带通特性. 2.将上述电路的输入和输出分别接到双 踪示波器的YA和YB两个输入端,改变输入正弦信号的 频率,观测相应的输入和输出波形间的延时τ及信号的周期T,则两波形间的相位差为 图 2—3
φ=
τ
T
× 360 0 = φ 0 φ
i
(输出相位与输入相位之差)将各个不同频率下的
137
相位差φ画在以 f 为横轴,φ为纵轴的坐标纸上,用光滑的曲线将这些点连接起来,即是被测电路 的相频特性曲线,如图 2—3所示. 由电路分析理论得知,当
ω = ω0 =
1 1 ,即 f = f 0 = 时, φ = 0, f fo 时呈感性.
三.实验设备 1.双踪示波器 2.交流毫伏表 3.信号源 4.EEL—03 上组件选频电路
(或 EEL—16)
四.实验内容及步骤
1.测量RC串并联电路的幅频特性 (1)在实验板上按图 16—1 电路选 R=2kΩ,C=0.22μF. (2)调节低频信号源的输出电压为 2V 的正弦波,接入图 2—1 的输入端. (可先测量 (3)改变信号源的频率 f(由频率计读得) .并保持Vi=2V 不变,测量输出电压 V0 ,
β =
1 时的频率 fo,然后再在 fo 左右设置其它频率点,测量 V0 3
) .
(4)另选一组参数(如令 R=200Ω,C=2μF) ,重复测量一组数据. f(Hz) V 0 (V) R=2kΩ, C=0.22μF
V 0 (V) R=200Ω, 2.测定 RC 串并联电路的相频特性 按实验原理说明 2 的内容,方法步骤进行,选定两组电路参数进行测量. f(Hz) T(ms)
τ(ms)
C=2μF
R=2kΩ,
τ(ms)
C=0.22μF
五.实验注意事项 由于低频信号源内阻的影响,注意在调节输出频率时,应同时调节输出幅
度, 使实验电路的输入电压保持不变.
六.预习思考题 1.根据电路参数,估算两种电路两组参数时的特定频率.
2.推导RC串并联电路的幅频,相频特性的数学表达式.
138
七.实验报告
1.根据实验数据,绘制两条幅频特性和两条相频特性曲线.找出最大值,并与理论计算值比较. 2.讨论实验结果 3.心得体会及其它
实验十一
R,L,C串联谐振电路的研究
一.实验目的 1.学习用实验方法绘制R,L,C串联电路的幅频特性曲线.
2.加深理解电路发生谐振的条件,特点,掌握电路品质因数(电路Q值)的物理意义及其测定方 法
二.原理说明
1.在图 3—1 所示的R,L,C串联电路中,当正弦交流信号源的频率 f 改变时,电路中的 感抗,容抗随之而变,电路中的电流也随 f 而变.取电阻R上的电压 Uo 之值,然后以 f 为横坐标, 以 Uo/Ui 为纵坐标,绘出光滑的曲线,此即为幅频特性,亦称谐振曲线,如图 3—2 所示. 2.在
f = f0 =
1 2π
LC
处(
X L = X C ),即幅频特性曲线尖峰所在的频率点,该频率称
为谐振频率,此时电路呈纯阻性,电路阻抗的模为最小,在输入电压 U i 为定值时,电路中的电流 达到最大值, 且与输入电压Ui 同相位, 从理论上讲, 此时 U i 式中的Q称为电路的品质因数. 3.电路品质因数Q值的两种测量方法: 一是根据公式
= I R = U 0 , U L = U 0 = QU i ,
Q=
U L UC = U U

测定, U C 与 U L 分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压;另一方法是通过测量谐振 曲线的通频带宽度 Δ
f = f 2 f1
再根据
Q=
f0 f 2 f1

139
图 3—1 求出Q值式中 点.
图 3—2
f 0 为谐振频率, f 2 和 f 1 是失谐时,幅度下降到为最大值的
1 2
倍时的上,下频率
Q值越大,曲线越尖锐,通频带越窄,电路的选择性越好,在恒压源供电时,电路的品质因 数,选择性与通频带只决定于电路本身的参数,而与信号源无关.
三.实验设备 1.交流毫伏表 2.双踪示波器 3.信号源及频率计 4.EEL—03(或 EEL
—16)
四.实验内容及步骤
1.按图 3—3 组成监视,测量电路,用交流毫伏表测电压,用示波器监视信号源输出,令其输出幅 值等于 1V,并保持不变.
图 3—3 2.找出电路的谐振频率 f0,其方法是,将毫伏表接在 R(51Ω)两端,令信号源的频率由小逐渐 变大(注意要维持信号源的输出幅度不变) ,当 VO 的读数为最大时,读得频率计上的频率值即为电 路的谐振频率 f o,并测量 VC与 VL之值(注意及时更换毫伏表的量限) .3.在谐振点两侧,按频 率递增或递减 500Hz 或 1kHz,依次各取 8 个测量点,逐点测出 VO,VL,VC之值,记入数据表格. f(kHz) V (V)
O
V (V)
L
V (V)
C
4.改变电阻值,重复步骤 2,3 的测量过程 f(kHz) V (V)
O
V (V)
L
V (V)
C
五.实验注意事项
1.测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点,在变换频率测试前,应调整信号输出幅度 (用示波器监视输出幅度) ,使其维持在 1V 的输出. 2. 在测量VC和VL数值前, 应将毫伏表的量限改大约十倍, 而且在测量VL与VC时毫伏表的 "+"
140
端接C与L的公共点,其接地端分别触及L和C的近地端N2和N1.
六.预习思考题
1.根据实验线路板给出的元件参数值,估算电路的谐振频率.2.改变电路的哪些参数可以使电路 发生谐振,电路中R的数值是否影响谐振频率值 3.如何判别电路是否发生谐振 测试谐振点的 方案有哪些 4.电路发生串联谐振时,为什么输入电压不能太大约十倍,如果信号源给出 1V 的电压,电路谐振 时,用交流毫伏表测VL和VC,应该选择用多大的量限 5.要提高R,L,C串联电路的品质因 数,电路参数应如何改变 6.本实验在谐振时,对应的VL与VC是否相等 如有差异,原因何 在
七.实验报告
1.根据测量数据,绘出不同Q值的三条幅频特性曲线 VO=f(f), VL=f(f), VC=f(f) 2.计算出通频带与Q值,说明不同R值时对电路通频带与品质因素的影响.3.对两种不同的测Q 值的方法进行比较,分析误差原因. 4.谐振时,比较输出电压UO与输入电压Ui 是否相等 试 分析原因. 5.通过本次实验,总结,归纳串联谐振电路的特性. 6.心得体会及其他.
实验十二
互感电路观测
一.实验目的 1.学会互感电路同名端,互感系数以及耦合系数的测定方法.
2.理解两个线圈相对位置的改变,以及用不同材料作线圈铁芯时对互感的影响.
二.原理说明
1.判断互感线圈同名端的方法 (1)直流法 如图 4—1 所示,当开关 S 闭合瞬间,若毫安表的 指针正偏,则可断定"1""3"为同名端;指针反偏,则"1""4"为同名端. , ,
图 4—1
图 4—2
(2)交流法 如图 4—2 所示,将两个绕组N1和N2的任意两端(如 2,4 端)联在一起,在其 中的一个绕组(如N1)两端加一个低电压,用交流电压表分别测出端电压U13,U12 和U34 .若 U13 是两个绕组端压之差,则1,3是同名端;若U13 是两绕组端压之和,则 1,4 是同名端. 2.两线圈互感系数M的测定 在图 4—2 的N1 侧施加低压交流电压U1,测出I1 及U2.根据互感
141
电势E2M≈U20=ωMI1,可算得互感系数为
M=
U2 ω I1

3.耦合系数 k 的测定 两个互感线圈耦合松紧的程度可用耦合系数K来表示
K = M / L1 L2

先在N1 侧加低压交流电压U1,测出N2 侧开路时的电流I1;然后再在N2 侧加电压U2,测出 N1 侧开路时的电流I2,求出各自的自感L1 和L2,即可算得 k 值.
三.实验设备 1.直流电压,毫安表; 2.交流电压,电流表; 3.互感线圈,铁,铝棒;
4.EEL—18 组件:100Ω/3W电位器,510Ω/8W线绕电阻,发光二极管 5.滑线变阻器:200Ω /2A
四.实验内容及步骤
1.分别用直流法和交流法测定互感线圈的同名端. (1)直流法 实验线路如图 4—3 所示,将 N1,N2 同心式套在一起,并放入铁芯.U1 为可调直流稳压电源,调至6V,然后改变可变电阻器 R(由大到小地调节) ,使流过N1 侧的电流不超过 0.4A(选用 5A 量程的数字电流表) 2 侧直接 ,N 接入 2mA 量程的毫安表.将铁芯迅速地拨出和插入,观察毫安表正,负读数的变化,来判定N1 和 N2 两个线圈的同名端. (2)交流法 按图 4—4 接线,将小线圈N2 套在线圈N1 中.N1 串接电流表(选0～5A的量程) 后接至自耦调压器的输出,并在两线圈中插入铁芯.
图 4—3
图 4—4 接通电源前,应首先检查自耦调压器是否调至零位,确认后方可接通交流电源,令自耦调压 器输出一个很低的电压(约2V左右) ,使流过电流表的电流小于1.5A,然后用0～20V量程 的交流电压表测量U13 ,U12 ,U34 ,判定同名端.
142
拆去 2,4 联线,并将 2,3 相接,
重复上述步骤,判定同名端. 2.按原理说明2的步骤,测出U1,I1,U2,计算出M. 3.将低压交流加在N2侧,N1开路,按步骤 2 测出U2,I2,U1. 4.用万用表的R×1档分别测出N1和N2线圈的电阻值R1和R2. 5.观察互感现象 在图 4—4 的N1侧接入LED发光二极管与 510Ω串联的支路. (1)将铁芯慢慢地从两线圈中抽出和插入,观察LED亮度的变化及各电表读数的变化,记 录现角. (2)改变两线圈的相对位置,观察LED亮度的变化及仪表读数. (3)改用铝棒替代铁棒,重复(1)(2)的步骤,观察LED的亮度变化,记录现象. ,
五.实验注意事项
1.整个实验过程中,注意流过线圈N1的电流不超过1.5A,流过线圈N2的电流不得超过 1A. 2. 测定同名端及其它测量数据的实验中, 都应将小线圈N2套在大线圈N1中, 并行插入铁芯. 3.如实验室各有 200Ω,2A的滑线变阻器或大功率的负载, 则可接在交流实验时的N1 侧. 4.试验前,首先要检查自耦调压器,要保证手柄置在零位,因实验时所加的电压只有 2～3 V左右.因此调节时要特别仔细,小心,要随时观察电流表的读数,不得超过规定值.
实验十三
一.实验目的
单相铁芯变压器特性的测试
1.通过测量,计算变压器的各项参数 2.学会测绘变压器的空载特性与外特性
二.原理说明
1.如图 5—1 所示测试变压器参数的电路,由各仪表读得变压器原边(AX—设为低压侧) 的U1,I1,P1及付边(ax—设为高压值)的U1,I2,并用万用表R×1档测出原,副绕组的 电阻R1和R2,即可算得变压器的各项参数值;
图 5—1 电压比 K u
=
U1 U2
,电流比 K s
=
I2 I1
,原边阻抗 Z1
=
U1 I1
,副边阻抗 Z 2
=
U2 I2
阻抗比=
143
Z1 Z2

负载功率
P2 = U 2 I 2 cos φ
损耗功率
P0 = P1 P2
副 边 铜 耗
功率因数=
P1 U 1 I1
,
,
原 边 线 圈 铜 耗
Pcu1 = I 12 R1
,
2 Pcu 2 = I 2 R2
铁 耗
PFe = P0 ( Pcu1 + Pcu 2 )
2.铁芯变压器是一个非线性元件,铁芯中的磁感应强度B决定于外加电压的有效值U,当副 边开路(即空载)时,原边的励磁电流I10与磁场强度H成正比.在变压器中,副边空载时,原边 电压与电流的关系称为变压器的空载特性,这与铁芯的磁化曲线(B—H曲线)是一致的. 空载实验通常是将高压侧开路,由低压侧通电进行测量;又因空载时功率因数很低,故测量 功率时应采用低功率因数瓦特表;此外因变压器空载时阻抗很大,故电压表应接在电流表侧. 3.变压器外特性测试 为了满足实验台上三组灯泡负载额定电压为 220V的要求,故以变压器的低压(36V)绕组 作为原边,220V的高压绕组作为副边即当作一台升压变压器使用. 在保持原边电压U1(=36V)不变时,逐次增加灯光负载(每只灯为 40W) ,测定U1,U2, I2和I1,即可绘出变压器的外特性,即负载特性曲线U2=f(I2).
三.实验设备 1 交流电压,电流表; 2.功率表; 3. 三相调压输出
4.EEL—17 组件; 变压器 36V/220V 50VA;白炽灯 220V/40W;
四.实验内容及步骤
1.用交流法判别变压器绕组的极性(参照实验 4) . 2.按图 5—1 线路接线, (AX为低压绕组, ax 为高压绕组)即电源经调压器TB接至低压绕组,高压绕组接 220V,40W 的灯组负载(用 2 组 灯泡并联获得) ,经指导教师检查后方可进行实验.3.将调压器手柄置于输出电压为零的位置(逆 时针旋到底位置) ,然后合上电源开关,并调节调压器,使其输出电压等于变压器低压侧的额定电 压36V,分别测试负载开路及逐次增加负载至额定值,记下五个仪表的读数,记入自拟的数据表 格,绘制变压器外特性曲线,实验完毕将调压器调回零位,断开电源.4.将高压线圈(副边)开 路,确认调压器处在零位后,合上电源,调节调压器输出电压,使U1从零逐次上升到1.2倍的额 定电压(1.2×36V) ,分别记下各次测得的 U1, U20和I10数据,记入自拟的数据表格,绘制 变压器的空载特性曲线.
五.实验注意事项
1.本实验是将变压器作为升压变压器使用,并调节调压器提供原边电压U1,故使用调压器时应首 先调至零位,然后才可合上电源,此外,必须用电压表监视调压器的输出电压,防止被测变压器输 出过高电压而损坏实验设备,且要注意安全,以防高压触电.2.遇异常情况,应立即断开电源, 特处理好故障后,再继续实验.
六.预习思考题 1.为什么本实验将低压绕组作为原边进行通电实验 此时,在实验过程中
144
应注意什么问题 2. 为什么变压器的励磁参数一定是在空载实验加额定电压的情况下求出
七.实验报告
1. 根据实验内容,自拟数据表格,绘出变压器的外特性和空载特性曲线.2.根据额定负载时测 得的数据,计算变压器的各项参数. 3.计算变压器的电压调整率
ΔU% =
U 20 U 2 N × 100% U 20
4.心得体会及其他
实验十四 三相交流电路电压,电流的测量
一.实验目的
1.掌握三相负载作星形联接,三角形联接的方法,验证这两种接法下线,相电压;线,相电 流之间的关系. 2.充分理解三相四线供电系统中线的作用.
二.原理说明
1.三相负载可接成星形(又称"Y"形)或三角形(又称"Δ"形) .当三相对称负载作Y形联接 时, 线电压UL是相电压UP的 流过中线的电流IO=0,所以可以省去中线. 当对称三相负载作Δ形联时,有 I L
3 倍, 线电流I
L
等于相电流IP, 即 U L
= 3U P ,
IL = IP
= 3I P , U L = U P
2.不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法,即YO接法.而且中线必须牢固 联接,以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变. 倘若中线断开,会导致三相负载电压的不对称,致使负载轻的那一相的相电压过高,使负载 遭受损坏;负载重的一相相电压又过低,使负载不能正常工作,尤其是对于三相照明负载,无条件 地一律采用YO接法. 3.对于不对称负载作Δ接时,IL≠
3I
P
,但只要电源的线电压UL对
称,加在三相负载上的电压仍是对称的,对各相负载工作没有影响.
三.实验设备 1.交流电压,电流表;2.万用表
4. EEL—17 的三相电路,220V/40W 白炽灯 10 只
3.三相交流输出;
四.实验内容及步骤
1.三相负载星形联接(三相四线制供电) 按图 6—1 线路连接实验电路,即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源,并将三 相调压器的旋钮置于三相电压输出为 0V 的位置 (即逆时针旋到底的位置)经指导教师检查合格后, , 方可合上三相电源开关,然后调节调压器的输出, 使输出的三相线电压为 220V,并按以下的步骤 完成各项实验,分别测量三相负载的线电压,相电压,线电流,相电流,中线电流,电源与负载中 点间的电压,将所测得的数据记入表 6—1 中,并观察各相灯组亮暗的变化程度,特别要注意观察
145
中线的作用.
图 6—1 表 6—1 负载Y接各项实验数据表格 测量数据 开灯 组数 中 线电流(A) 线电压(V) 相电压(V) 电 性 中 流 电 UNO(V) 点 压
IO(A) 实验内容 (负载情况) Y 0 接平衡负载 Y 接平衡负载 Y 0 接不平衡负载 Y 接不平衡负载 Y 0 接B相断开 Y 接B相断开 Y 接B相短路 1 1 1 A相 B 相 C 相 IA IB IC UAB UBC UCA UAD UBD UCD
1 1
1 2
1 1
1 1
2 0
1 1
1 1
0
1 3
2.负载三角形联接(三相三线制供电) 按图 6—2 改接线路,经指导教师检查合格后接通三相电源,并调节调压器,使其输出线电压 为 220V,并按数据表格的内容进行测试.
146
图 6—2 表 6—2 负载Δ接实验数据表格 测量数 据 负 载 情 A-B 况 三相平 衡 三 相 不 平衡 相 3 B-C 相 C-A 相 UAB UBC UCA IA IB IC IAB IBC ICA 开 灯 组 数 线电压(V) 线电流(A) 相电(A)
3
3
1
2
3
五.实验注意事项
1.每次接线完毕,同组同学应自查一遍,然后由指导教师检查后,方可接通电源,必须严格遵守 先接线,后通电;先断电,后抓线的实验操作原则.2.星形负载作短路实验时,必须首先断开中 线,以免发生短路事故.六.预习思考题 1.三相负载根据什么条件作星形或三角形连接 2.复习三相交流电路有关内容,试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下,当某相负载 开路或短路时会出现什么情况 如果接上中线,情况又如何
七.实验报告 1.用实验测得的数据验证对称三相电路中的关系.2.用实验数据和观察到的现
象,总结三相四线供电系统中中线的作用.3.不对称三角形联接的负载,能否正常工作 实验是 否能证明这一点 4.根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图,并求出线电流值,然后与实验测得的线电 流作比较,分析之. 5.心得体会及其他
实验十五
三相电路功率的测量
一.实验目的 1.掌握用一瓦特表法,二瓦特表法测量三相电路有功功率的方法
2.进一步熟练地掌握功率表的接线和使用方法
二.原理说明
1.对于三相四线制供电的三相星形联接的负载(即YO接法) ,可用一只功率表测量各相的有 功功率PA,PB,PC,三相功率之和(∑P=PA+PB+PC)即为三相负载的总有功功率值(所 谓的一瓦特表法就是用一只单相功率表去分别测量各相的有功功率) .实验线路原理如图 7—1所 示.若三相负载是对称的,则只需测量一相的功率即可,该相功率乘以3即得三相总的有功功率.
图 7—1
图 7—2
147
2.三相三线制供电系统中,不论三相负载是否对称,也不论负载是Y接还是Δ接,都可用二 瓦特表法测量三相负载的总有功功率.测量原理线路如图 7—2所示. 若负载为感性或容性时,且当相位差φ>60°时,线路中的一只功率表指针将反偏(对于 数字式功率表将出现负读数) 这时应将功率表电流线圈的两个端子调换 , (不能调换电压线圈端子) , 而读数应记为负值. 2.对于三相三线制供电的三相对称负载,可用一瓦特表法测得三相负载的 总无功功率Q,测试原理线路如图 7—3所示.
三.实验设备
1.交流电压表,电功流表,功率表 2.万用表; 3.三相调压输出; 4.EEL—05 (EEL—17)组件:220V/40W 灯组及电容负载;
四.实验内容及步骤
图 7—3
1.用一瓦特表法测定三相对称YO接以及不对称YO接负载的总功率∑P.实验按图 22—4 线路接 线.线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压,不要超过功率表电压和电流的量程.经指 导教师检查后,接通三相电源开关,将调压器的输出由 0 调到 380V(线电压) ,按表 22—1 的要求 进行测量及计算.
图 7—4 表 7—1 开 灯 组 数 负 载 情 况 A相 B相 C相 P A(W) PB (W) PC (W) 测 量 数 据 计算 值 ∑P (W)
Y 0 接对称负载 Y 0 接不对称负载
1
1
1
1
2
1
首先是将三表按图 7—4 接入B相进行测量,然后分别将三个表换接到A相和C相,再进行测 量. 2.用二瓦特表法测定三相负载的总功率 (1)按图 7—5接线,将负载接成Y形接法
148
图 7—5 经指导教师检查后,接通三相电源,调节调压器的输出线电压为 220V,按表 22—2 的内容进 行测量计算. (2)将三相灯组负载改成Δ形接法,重复 1 的测量步骤数据记入表 7—2 中. 表 7—2 开 灯 组 数 负载情况 A相 Y接平衡负载 Y接不平衡负载 Δ接不平衡负载 Δ接平衡负载 1 1 1 1 B相 1 2 2 1 C相 1 1 1 1 P 1 (W) P 2 (W) 测 量 数 据 计 值 ∑P(W) 算
五.实验注意事项
每次实验完毕,均需将三相调压器旋钮调回零位,如改变接线,均需新开三相电源,以确保人身安 全.
六.预习思考题 1.复习二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理.2.复习一瓦特表法测量
三相对称负载无功功率的原理. 3.测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表 4.为什么有的实验需将三相电压调到 380V,而有的实验要调到 220V
七.实验报告
1.完成数据表格中的各项测量和计算任务.比较一瓦特表和二瓦特表法的测量结果. 2.总结,分析三相电路功率测量的方法与结果. 3.心得体会及其他.
实验十六
功率因数及相序的测量
一.实验目的 1.掌握三相交流电路相序的测量方法.
2.熟悉功率因数表的使用方法,了解负载性质对功率因数的 影响.
二.实验设备
1.交流电压,电流,功率,功率因素表;2.EEL—17
三.实验内容
1.相序的测定 (1)按图 8—1 接线,直接接入线电压为 220V 的三相交流电源, 图 8—1
149
观察灯光明亮状态,作好记录. R=3.2kΩ 由于 UVN =0.862U1 C=4.7μF UWN=0.23U1
所以V相灯光比W相灯光要亮,若电源引出的相序未知,可设电容一相为U相,则灯光亮的一相即 为V相,灯光暗的为W相. (2)将电源线任意调换两相后,再接入电路,观察灯光的明亮状态,并指出三相交流电源的相序 2.电路功率因数(cosφ)的测定(功率表 W1 接线和 cosφ表是一起的) 按图 8—2 接线,按表 8 所述开关合闸,记录 cosφ表及其它各表的读数,并分析负载的性质.
图 8—2 表8 合 闸 开 关 SA 1 SA 2 SA 3 SA 2 ,SA 3 SA 2 ,SA 4 SA 3 ,SA 4 SA 2 ,SA 3 ,SA 4 U(V) I(A) P(W) cosφ 负载性质
四.实验注意事项 每次改接线路都必须先断开电源. 五.预习思考题 根据电路理论,分析图 8—1 检测相序的原理. 六.实验报告 1.简述实验线路的相序检测原理
150
2.根据V,I,P三表测定的数据,计算出 cosφ,并与 cosφ的读数比较,分析误差原因. 3.分析负载性质对 cosφ的影响. 4.心得体会及其他.
实验十七
一.实验目的
双口网络测试
1.加深理解双口网络的基本理论 2.掌握直流双口网络传输参数的测量技术
二. 原理说明 对于任何一个线性网络,我们所关心的往往只是输入端口和输出端口电压和电流
间的相互关系,通过实验测定方法求取一个极其简单的等值双口电路来替代原网络,此即为"黑盒 理论"的基本内容.
1.一个双口网络端口的电压和电流四个变量之间的关系,可以用多种形式参数方程来表示.
本实验采用输出的电压U2和电流I2作为自变量, 以输入口的电压U1和电流I1作为应变量, 所得 的方程称为双口网络的传输方程,如图 18—1 所示的无源线性双口网络(又称为四端网络)的传输 方程为
U 1 = AU 2 + BI 2 I 1 = CU 2 + DI 2
式中的A,B,C,D为双口网络的传输参数,其值完 全决定于网络的拓扑结构及各支路元件的参数 值,这四个参数表征了该双口网络的基本特性,它们 的含义是:
A=
B = C =
U 10 (令 I = 0 ,即输出口开路时) 2 U 20
U 1S (令 U 2 = 0 ,即输出口短路时) U 2S
图18—1
I 10 (令 I 2 = 0 ,即输出口开路时) U 20
D=
I 1S (令 U 2 = 0 ,即输出口短路时) U 2S
由上可知,只要在网络的输入口加上电压,在两个端口同时测量其电压和电流,即可求出A, B,C,D四个参数,此即为双端口同时测量法. 2.若要测量一条远距离输电线构成的双口网络,采用同时测量法就很不方便,这时可采用 分别测量法,即先在输入口加电压,测量电压和电流,而将输出口开路和短路,由传输方程可得:
R 10 =
U 10 U 1S A B (令 I 2 = 0 ,即输出口开路时) R = (令 U 2 = 0 ,即输出 = = 1S I 10 C I 1S D
口短路时) 然后在输出口加电压测量,而将输入口开路和短路,此时可得
151
R 20 =
U 20 D = I 20 C
(令 I 2
= 0 ,即输入口开路时) R 2 S = U 2 S = B
I 2S
A
(令 U 2
= 0 ,即输
入口短路时) R10 , R1S , R20 , R2 S 分别表示一个端口开路和短路时另一端口的等效输入电阻, 这四个参数中的有三个是独立的 (∵ R 1 0 = R 1 S = A )即 AD-BC=1 R 20 R2S D 至此,可求出四个传输参数
A =
R 10 / ( R 20 R 2 S ) ,
B = R2S A,
C = A / R 10 ,
D = R 20 C
3.双口网络级联后的等效双口网络的传输参数亦可采用上述方法之一求得.从理论推得每 一个参加级联的双口网络的传输参数之间有如下的关系:
A = A1 A 2 + B 1 C 2 , C = C1 A2 D1C 2 ,
B = A1 B 2 + B 1 D 2 , D = C1 B 2 + D1 D 2 ,

三.实验设备
1.直流电压表,直流毫安表 2.恒压源 0～30V(下组件) 3. EEL—16 组件
四.实验内容及步骤
双口网络实验线路板电路如图 9—2 所示.将直流稳压电源的输出电压调到 10V,作为双口网 络 的 输 入 .
图 9—2
1.按同时测量法分析测定两个双口网络的传输参数 A 1 ,B 1 ,C 1 ,D 1 和 A 2 ,B 2 ,C 2 ,D 2 ,并列
出它们的传输方程. 输出端开路
I 12 =0 U 110 (V)
测 量 值
U 120 (V) I 110 (mA) A1
计 算 值
B1
双 口 网 络 Ⅰ
输出端开路
U 12 =0
U 11S (V)
I 11S (mA)
I 12S (mA)
C1
D1
双 输出端开路 测 量 值 计 算 值
152
口 网 络 Ⅱ
I 22 =0
U 210 (V)
U 220 (V)
I 210 (mA)
A2
B2
输出端开路
U 22 =0
U 21S (V)
I 21S (mA)
I 22 S (mA)
C2
D2
2.将两个双口网络级联后,用两端口分别测量法测量级联后等效双口网络的传输参数A,B,C,
D,并验证等效双口网络传输参数与级联的两个双口网络传输参数之间的关系式 输出端开路 I 2 =0
U 10 I 10 R 10 U 1S
输出端短路 U 2 =0
I 1S R 1S A= R 2S B= C= D=
计 算 传输参数
输出端开路 I =0
U 20 I 20 R 20 U 2S
输出端短路 U =0
I 2S
五.实验注意事项
1.用电流插头插座测量电流时,要注意判别电流表的极性及选取适合的量程(根据所给的电路参
数,估算电流表量程) 2.两个双口网络级联时,应将一个双口网络I的输出端与另一双口网络 Ⅱ的输入端联接.
六.预习思考题
况.
1.试述双口网络同时测量法与分别测量法的测量步骤,优缺点及其适用情
2.本实验方法可否用于交流双口网络的测定
七.实验报告
1.完成对数据表格的测量和计算任务 2.列写参数方程 3.验证级联后等效双口网络的传输参
数与级联的两个双口网络传输参数之间的关系. 4.总结,归纳双口网络的测试技术
153
电
工
技 实 验 指 导 书
术
河北科技师范学院 机械电子系
154
实验一 叠加原理的验证
一.实验目的
验证线性电路叠加原理的正确性,从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理 解.
二.原理说明
叠加原理指出:在有几个独立源共同作用下的线性电路中,通过每一个元件的 电流或其
两端的电压,可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数 和. 线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K倍时,电路的响应 (即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小K倍.
三.实验设备
1.直流电压表
2.直流毫安表 3.恒压源(6V,12V,0～30V) 4.EEL-24 组件(或 EEL—01 组件,EEL—16 组件)
四.实验内容
实验线路如图
1-1 所示.
F I1 510Ω R1 A 1kΩ I2 R2 B
+
6V E1 510Ω R4 D E2 R3 510Ω I3 330Ω R5
+
12V
-
E
-
C
图 1—1 1.E1 为+6V,+12V 切换电源,取 E1=+12V,E2 为可调直流稳压电源调至+6V; ,用直流 2.令 E1 电源单独作用时(将开关 K1 投向 E1 侧,开关 K2 投向短路侧) 电压表和毫安表(接电流插头)测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入 表格 6—1.
表 1—1
测量项目 实验内容 E1 单独作用
155
E1 (V)
E2 (V)
I1 (mA)
I2 (mA)
I3 (mA)
UAB (V)
UCD (V)
UAD (V)
UDE (V)
UFA (V)
E2 单独作用 E1, E2 共同作用 2 E2 单独作用 3.令E2电源单独作用时(将开关 K1投向短路侧,开关K2投向E2侧) ,重复 实验步骤2的测量和记录. 4.令E1和E2共同作用时(开关K1和K2分别投向E1和E2侧,重复上述的测 量和记录. 5.将E2的数值调至+12V,重复上述3项的测量并记录. ,重复 1～ 6.将R5换成一只二极管1N4007(即将开关K3投向二极管 VD 侧) 5 的测量过程,数据记入表 1—2
表 1—2
测量项目 实验内容 E1 单独作用 E2 单独作用 E1, E2 共同作用 2 E2 单独作用 E1 (V) E2 (V) I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V)
五.实验注意事项
1.用电流插头测量各支路电流时,应注意仪表的极性及数据表格中"+,-" 号的记录. 2.注意仪表量程的及时更换.
六.预习思考题
E1,E2 分别单独作用,在实验中应如何操作 可否直接将不作 用的电源(E1 或 E2)置零(短接) 2.实验电路中,若有一个电阻器改为二极管,试问叠加原理的迭加性与齐次性 还成立吗 为什么
1.叠加原理中
七.实验报告
1.根据实验数据表格,进行分析,比较,归纳,总结实验结论,即验证线性 电路的叠加性与齐次性.

2.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出 试用上述实验数据,进行 计算并作结论. 3.通过实验步骤 6 及分析数据表格 1-2,你能得出什么样的结论 4.心得体会及其他
156
实验二 用三表测量电路等效参数

一.实验目的

法
1.学会用交流电压表,交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方
2.学会功率表的接法和使用.
二.原理说明
1.正弦交流激励下的元件值或阻抗值,可以用交流电压表,交流电流表及功率表, 分别测量出元件两端的电压U,流过该元件的电流I和它所消耗的功率P,然后通 过计算得到所求的各值,这种方法称为三表法,是用以测量50Hz 交流电路参数的 基本方法.计算的基本公式为: 阻抗值模 电路的功率因数 等效电阻 等效电抗 或
Z =
U I2 P UI
cos φ =
R=
P = Z × cos φ I2
X = Z sin φ
X = X L = 2π f L
X = XC =
1 2π f C
2.阻抗性质的判别方法:在被测元件两端并联电容或串联电容的方法来加以 判别,方法与原理如下: (1)在被测元件两端并联一只适量的试验电容,若串接在电路中电流表的读 数增大,则被测阻抗为容性,电流减少则为感性.
157
图 2—1 并联电容测量法 图 2—1(a)中,Z为待测定的元件,C′为试验电容器. (b)图是(a)的等效电路, ′ ′ 图中G,B为待测阻抗Z的电导和电纳,B 为并联电容C 电纳.在端电压有效值 不变的条件下,按下面两种情况进行分析; ′ 〃 ′ 〃 ①设B+B =B ,若B 增大,B 也增大,则电路中电流I将单调地上升, 故可判断B为容性元件. ′ 〃 ′ 〃 ②设B+B =B ,若B 增大,而B 先减小而后再增大,电流I也是先减小后 上升,如图 14—2 所示,则可判断B为感性元件. 由上分析可见,当B为容性元件 ′ 时,对并联电容C 值无特殊要求;而 ′ 当B为感性元件 时,B | 2B|时, 电流单调上升, 与B为容性 时相同, 并不能说明电路是感性的. 因 ′ 此B <|2B|是判断电路性质的 可靠条件,由此得判定条件为:
C' <
2B
ω

图 2—2
I—B关系曲线
(2)与被测元件串联一个适当容量的试验电容,若被测阻抗的端电压下降, 则判为容性,端压上升则为感性,判定条件为:
1 < 2X ω C'
式中X为被测阻抗的电抗值,C 为串联试验电容值,此关系式可自行证明. ′ 判断待测元件的性质,除上述借助于试验电容C 测定法外还可以利用该元件电 流,电压间的相位关系,若I超前于U,为容性;I滞后于U,则为感性. 3.功率表的结构,接线与使用 功率表(又称为瓦特表)是一种动圈式仪表,其电流线圈与负载串联, (两个电 流线圈可串联或并联,因而可得两个电流量限) ,其电压线圈与负载并联,有三个量 限,电压线圈可以与电源并联使用,也可和负载并联使用,此即为并联电压线圈的 前接法与后接法之分,后接法测量会使读数产生较大的误差,因并联电压线圈所消
158
′
耗的功率也计入了功率表的读数之中.图 2—3 是功率表并联电压线圈前接法的外部 连接线路.
图 2—3
三.实验设备

1.交流电压,电流,功率表 2.三相调压输出 3.EEL—04 组件日光灯镇流器,电容器 400V/4μF(或 EEL—17) 4.EEL—05 组件白炽灯 20W220V(或 EEL—17)
四.实验内容

测试线路如图 2—4 所示 1.按图 2—4接线,并经 指导教师检查后,方可接通电 源.Z可为单个元件或元件的 ( 串,并组合) 2.分别测量 20W白炽灯 (R)30W日光灯镇流器 , (L) 和电容器(C)的等效参数. 3.测量L,C串联与并联后的等效参数. 图 2—4 4.用并接试验电容的方法来判别LC串联和并联后阻抗的性质. 5.观察并测定功率表电压并联线圈前接法与后接法对测量结果的影响. 测 U(V) 20W白炽灯R 30W日光灯的镇流器L 30W日光灯的电容器C 量 值 I(A) P(W) 计 算 值 Z(Ω) cos 电路等效参数 R(Ω) L(mH) C(μF)
159
L与C串联 L与C并联
五.实验注意事项

1.功率表不能单独使用,一定要有电压表和电流表监测,使电压表和电流表的 读数不超过功率表电压和电流的量限. 2.功率表接线正确,上电前仔细检查. 3.自耦调压器在接通电源前,应将其手柄置在零位上,调节时,使其输出电压 从零开始逐渐升高.每次改接实验负载或实验完毕,都必须先将其旋柄慢慢调回零 位,再断电源.必须严格遵守这一安全操作规程.
六.预习思考题

1.在 50Hz 的交流电路中,测得一只铁心线圈的P,I和U,如何算得它的阻 值及电感量 2.如何用串联电容的方法来判断阻抗的性质 试用I随X′ C(串联容抗) 的变化关系作定性分析,证明串联试验时,C′满足
1 60°时, 线路中的一只功率表指针将 反偏(对于数字式功率表将出现负读数) ,这时应将功率表电流线圈的两个端子调换 (不能调换电压线圈端子) ,而读数应记为负值. 3. 对于三相三线制供电的三相对 称负载,可用一瓦特表法测得三相负 载的总无功功率Q,测试原理线路如 图 5—3所示.
三.实验设备
168

1.交流电压表,电功流表,功率表 2.万用表; 3.三相调压输出; 4.EEL—17 (EEL—05)组件:220V/40W 灯组及电容负载;
四.实验内容及步骤

1.用一瓦特表法测定三相对称YO接以及不对称YO接负载的总功率∑P.实验 按图 5—4 线路接线.线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压,不要超过 功率表电压和电流的量程.经指导教师检查后,接通三相电源开关,将调压器的输 出由 0 调到 380V(线电压) ,按表 5—1 的要求进行测量及计算.
图 5—4 表 5—1 负 载 情 况 Y 0 接对称负载 Y 0 接不对称负载 开 A相 1 1 灯 组 数 B相 1 2 C相 1 1 测 P A(W) 量 数 据 PB (W) PC (W) 计算值 ∑P(W)
首先是将三表按图 5—4 接入B相进行测量,然后分别将三个表换接到A相和C 相,再进行测量. 2.用二瓦特表法测定三相负载的总功率 (1)按图 5—5接线,将负载接成Y形接法
169
图 5—5 经指导教师检查后,接通三相电源,调节调压器的输出线电压为 220V,按表 5 —2 的内容进行测量计算. (2)将三相灯组负载改成Δ形接法,重复 1 的测量步骤数据记入表 5—2 中.

表 5—2 负载情况 Y接平衡负载 Y接不平衡负载 Δ接不平衡负载 开 A相 1 1 1 灯 组 数 B相 1 2 2 C相 1 1 1 测 量 数 据 P 1 (W) P 2 (W) 计 算 值 ∑P(W)
Δ接平衡负载
线.
1
1
1
3.用一瓦特表法测定三相对称星形负载的无功功率,按图 5—6 所示的电路接
图 5—6 每相负载由 2 个白炽灯和一只 3.47μF/400V 的电容器并联而成,并由开关控 制其入.检查接线无误后,接通三相电源,将调压器的输出线电压调到 380V,读取 二表的读数,并计算无功功率∑Q记入表 5—3.
170
表 5—3 负 载 情 况 测 U(V) 量 值 Q(VAR) 计 算 值 I(V) ∑Q=3Q
三相对称灯组 三相对称电容器 灯组,电容的并联负载

五.实验注意事项

每次实验完毕,均需将三相调压器旋钮调回零位,如改变接线,均需新开三相 电源,以确保人身安全.
六.预习思考题

1.复习二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理. 2.复习一瓦特表法测量三相对称负载无功功率的原理. 3.测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表 4.为什么有的实验需将三相电压调到 380V,而有的实验要调到 220V
七.实验报告

1.完成数据表格中的各项测量和计算任务.比较一瓦特表和二瓦特表法的测量 结果. 2.总结,分析三相电路功率测量的方法与结果. 3.心得体会及其他.
171
实验六 RC一阶电路的响应测试
一.实验目的

1.测定RC一阶电路的零输入响应,零状态响应及完全响应 2.学习电路时间常数的测量方法 3.掌握有关微分电路和积分电路的概念
二.原理说明
1.动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程,对时间常数τ较大的电 路,可用慢扫描长余辉示波器观察光点移动的轨迹.然而能用一般的双踪示波器观 察过渡过程和测量有关的参数,必须使这种单次变化的过程重复出现.为此,我们 利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号,即令方波输出的上升沿作为零状 态响应的正阶跃激励信号;方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号,只要选 择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ.电路在这样的方波序列脉冲信号的激 励下,它的影响和直流接通与断开的过渡过程是基本相同的. 2.RC—阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长,其 变化的快慢决定于电路的时间常数τ. 3.时间常数τ的测定方法: 用示波器测得零输入响应的波形如图 6—1(a)所示.

图 6—1 根据—阶微分方程的求解得知
t RC t
u c =E e
=E e
τ
172
当 t=τ时, u c =0.368E,此时所对应的时间就等于τ 亦可用零状态响应波形增长到 0.632E 所对应的时间测得,如图 6—1(c)所示.
图 6—2 4.微分电路和积分电路是 RC 一阶电路中较典型的电路,它对电路元件参数和 输入信号的周期有着特定的要求. 一个简单的RC串联电路,在方波序列脉冲的重复激励下,满足τ=RC<>T/2条件时,如图 6—2(b)所示即称为积分电路,因为此时电 路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比.

三.实验设备

1.双踪示波器 2.信号源(下组件) 3.EEL—23 (或 EEL—03 组件或 EEL—16 组件)
四.实验内容及步骤

实验线路板的结构如图 6—2 所示,首先看懂线路板的走线,认清激励与响应端 口所在的位置;认清 R,C 元件的布局及其标称值;各开关的通断位置等. (1)选择动态电路板上的 R,C 元件,令 R=10kΩ, C=3300pF 组成如图 6—1(b)所示的 RC 充放电电路,E 为脉冲信号发生器输出 VP-P=2V, f=1kHz 的方波电压信号,并通过示波器探头将激励源E和响应 u c 的信号分别连至示 波器的两个输入口YA和YB,这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规 律,来测时间常数τ,并用方格纸按 1:1 的比例描绘波形.
173
 少量地改变电容值或电阻值,定性地观察对响应的影响,记录观察到的现象. (2)令R=10kΩ,C=0.1μF,观察并描绘响应的波形,继续增大C之值, 定性地观察对响应的影响. (3)选择动态板上的R,C元件,组成如图 6—2(a)所示的微分电路,令C =0.1μF,R=100Ω,在同样的方波激励信号(Vp-p=2V,f=1kHz)作用下,观 测并描绘激励与响应的波形. 增减R之值,定性地观察对响应的影响,并作记录,当R增至 100kΩ时,输入 输出波形有何本质上的区别
五.实验注意事项

1.调节电子仪器各旋钮时,动作不要过猛.实验前,尚需熟读双踪示波器的使 用说明,特别是观察双踪时,要特别注意开关,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(称共地) ,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.预习思考题
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 激励信号 2.已知RC一阶电路 R=10kΩ,C=0.1μF,试计算时间常数τ,并根据τ值 的物理意义,拟定测量τ的方案. 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 这两种电路有何功能
图 6—3
174
动态电路,选频电路实验板
4.预习要求:熟读仪器使用说明回答上述问题,准备方格纸.
七.实验报告

1.根据实验观测结果,在方格纸上绘出 RC—阶电路充放电时 u c 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.
175
实验七 单相铁芯变压器特性的测试
一.实验目的

1.通过测量,计算变压器的各项参数 2.学会测绘变压器的空载特性与外特性
二.原理说明
1.如图 7—1 所示测试变压器参数的电路,由各仪表读得变压器原边(AX— 设为低压侧)的U1,I1,P1及付边(ax—设为高压值)的U1,I2,并用万用表 R×1档测出原,副绕组的电阻R1和R2,即可算得变压器的各项参数值;
图 7—1 电压比
Ku =
U1 , U2 U1 , I1
电流比
Ks =
I2 I1 U2 I2
原边阻抗
Z1 = Z1 Z2
副边阻抗
Z2 =
阻抗比=
负载功率 损耗功率
176
P2 = U 2 I 2 cos φ P0 = P1 P2
功率因数= 副边铜耗
P1 , U1 I1
原边线圈铜耗
Pcu1 = I 12 R1 ,
Pcu 2 = I 22 R2 , 铁耗 PFe = P0 ( Pcu1 + Pcu 2 )
2.铁芯变压器是一个非线性元件,铁芯中的磁感应强度B决定于外加电压的有 效值U,当副边开路(即空载)时,原边的励磁电流I10与磁场强度H成正比.在 变压器中,副边空载时,原边电压与电流的关系称为变压器的空载特性,这与铁芯 的磁化曲线(B—H曲线)是一致的. 空载实验通常是将高压侧开路,由低压侧通电进行测量;又因空载时功率因数 很低,故测量功率时应采用低功率因数瓦特表;此外因变压器空载时阻抗很大,故 电压表应接在电流表侧. 3.变压器外特性测试 为了满足实验台上三组灯泡负载额定电压为 220V的要求,故以变压器的低压 (36V)绕组作为原边,220V的高压绕组作为副边即当作一台升压变压器使用. , 在保持原边电压U1(=36V)不变时,逐次增加灯光负载(每只灯为 40W) . 测定U1,U2,I2和I1,即可绘出变压器的外特性,即负载特性曲线U2=f(I2)
三.实验设备

1.交流电压,电流表; 2.功率表; 3.EEL—05 组件(或 EEL—17 组件) 变压器 36V/220V 50VA;白炽灯 220V ; /40W; 4.三相调压输出;
四.实验内容及步骤

1.用交流法判别变压器绕组的极性(参照实验19) . 2.按图 7—1 线路接线, (AX为低压绕组,ax 为高压绕组)即电源经调压器T B接至低压绕组,高压绕组接 220V,40W 的灯组负载(用 2 组灯泡并联获得) ,经指 导教师检查后方可进行实验. 3.将调压器手柄置于输出电压为零的位置(逆时针旋到底位置) ,然后合上电 源开关,并调节调压器,使其输出电压等于变压器低压侧的额定电压36V,分别 测试负载开路及逐次增加负载至额定值,记下五个仪表的读数,记入自拟的数据表 格,绘制变压器外特性曲线,实验完毕将调压器调回零位,断开电源. (4)将高压线圈(副边)开路,确认调压器处在零位后,合上电源,调节调 ,分别记下各 压器输出电压,使U1从零逐次上升到1.2倍的额定电压(1.2×36V)
177
次测得的 曲线.

U1, U20和I10数据,记入自拟的数据表格,绘制变压器的空载特性
五.实验注意事项
1.本实验是将变压器作为升压变压器使用,并调节调压器提供原边电压U1, 故使用调压器时应首先调至零位,然后才可合上电源,此外,必须用电压表监视调 压器的输出电压,防止被测变压器输出过高电压而损坏实验设备,且要注意安全, 以防高压触电. 2.遇异常情况,应立即断开电源,特处理好故障后,再继续实验.
六.预习思考题

1.为什么本实验将低压绕组作为原边进行通电实验 此时,在实验过程中应注 意什么问题 2.为什么变压器的励磁参数一定是在空载实验加额定电压的情况下求出
七.实验报告

1.根据实验内容,自拟数据表格,绘出变压器的外特性和空载特性曲线. 2.根据额定负载时测得的数据,计算变压器的各项参数. 3.计算变压器的电压调整率 ΔU% = 4.心得体会及其他
U 20 U 2 N × 100% U 20
178
实验八 三相异步电动机的正反转控制
一,实验目的
掌握三相异步电动机正反转控制电路的工作原理,接线及操作方法.
二,概述
生产机械往往要求运动部件可以实现正反两个方向的起动,这就要求拖动电动 机能作正,反向旋转.由电机原理可知,改变电动机三相电源的相序,就能改变电 动机的转向,常用的控制电路可采用倒顺开关以及按钮,接触器等电器元件实现. 图 8-1 8—2 为两个按钮分别控制两个接触器来改变电动机相序, 实现电动机可 逆旋转的控制电路.图 8—1 较为简单,按入正转起动按钮 SB2,KM1 线圈通电并自 锁,接通正序电源,电动机正转.当要使电机反转时,必须先按下停止按钮,使 KM1 断电,然后按下反转起动按钮 SB3,实现电机的反转.在电路中,由于将 KM1,KM2 常闭辅助触点串接在对方线圈电路中,形成相互制约的控制,称为互锁或联锁控制. 对于要求频繁实现正反转的电动机,可用图 1-11 电路实现电动机控制,它是 在图 8—1 电路基础上将正转起动按钮 SB2 与反转起动按钮 SB3 的常闭触点串接在对 方常开触点电路中,利用按钮的常开,常闭触点的机械联接,在电路中互相制约的 接法,称为机械互锁.这种具有电气,机械双重互锁的控制电路是常用的,可靠的 电动机可旋转控制电路,它既可实现正转-停止-反转-停止的控制,又可实现正 转-反转-停止的控制.
三,实验设备及所选用组件箱
名 电源控制屏 三相异步电动机 继电接触箱 继电接触箱 EEL-10 EEL-21 称 数 1 1 1 1 吸引线圈额定电压 220V 吸引线圈额定电压 220V 量 备 注
提供三相四线制 380V,220V 电压
四,预习要求
了解电机实现正反转可采用哪几种电路实现以及每一种电路的适用场合.
179
180
五,实验内容
1.按图 8-1 接线,检查接线正确后,合上主电源.按下 SB2 按钮,电动机正转, 观察各交流接触器的动作情况;按下 SB1,电机停转,再按下 SB3,观察电机的转向, 并体会联锁触头的作用. 2.按图 8-2 接线,实现电机的正反转.
六,实验总结
1.分析图 8-1 的实验原理. 2.讨论自锁触头和联锁触点的作用.
七,实验思考
1.图 8-1 中将 KM1,KM2 常闭辅助触点串接在对方线圈电路,实现联锁,可否 直接利用按钮开关的常闭触点实现互锁. 2.分析以下电路的工作原理
181
微
机 原 理 及 应 用 实 验 指 导 书
河北科技师范学院 机械电子系
182
一,
硬件实验系统介绍
EL 型微机教学时验系统的最大特点是采用摸块化组合式设计,容 8051,8086, 80C198/80C196 三位于一体,而且可用功能齐全,硬件实验系统介绍如下:
1.1 系统概述
(1)主要技术特性: 1. 微处理器:INTEL8051,8086,80C198/80C196 可换. 2. 时钟频率:6MHZ 3. 存储器: 程序存储器,数据存储器统一编址.最多达 64K,EL-Ⅰ型 RAM48K 供用户使用:EL—II 型的 RAM32K 供用户使用,可扩展至 48K.用户存储 器的起始地址为 4000H; 8051 原有中断入口均须定为在偏移 4000H 之后的相应地址, 如外部中断 0 入口在原程序中应为: CSEG AT 4003H LJMP INTO(中断服务程序入口标号) 4. 8255A 可编程并行接口芯片一个. 5. 串行接口两个: (1)8250 芯片一个,与主机通讯用. i. 单片机串行接口一个供用户使用. 6. 6*5 键盘一个:除 CNTL 键和 SHIFT 键外,其余 28 键可用户自定义. 7. 8279 键盘,显示接口芯片一个. 8. 六 LED 位数码显示. 9. ADC0809 A/D 转换芯片一个. 10. DAC0832 D/A 转换芯片一个. 11. 8 位简单输入接口 74 LS244 一个; EL—I 型简单输出接口 74 LS273 两个, EL—II 型简单输出接口 74 LS273 一个. 12. 配有逻辑电平开关:发光二极管显示电路. 13. 三路 0~5V 连续可调模拟量输入. 14. 一个可产生正,负脉冲的脉冲触发器. 15. 8253 可编程定时器一个计数器一个, LS161 计数器一个, 74 输出 4 路时 钟信号. 16. 实验箱电源为正 5 V,正负 12 V,也可采用 PC 机电源或外接电源. 17. EL— II 型配有一个 20 针 EEPROM 写入器接线插座, 结合 EEPROM8951 系列写入器(可选件) ,可写 EEPROM2864,28256,89C 1051,89 C2051,89C51,89 C52 等芯片,实验箱上有 J1 EPROM 字样的标记. 18. EL— II 型配有一个 20 针作微控制实验的接线插座,可进行步进电机, 炉温控制,小直流电机调速等实验,实验箱上有 J2 CONTR 字样的标记.三种控制 对象为可选件.
183
(2)提供对 8051 的基本实验 为了提高微机教学实验质量,提高实验效率,减轻主讲教师和实验教师的劳动强 度,在该系统板上,除微处理器,EPROM,RAM 外,扩充了 8255 并行接口;8250 串行接口;8279 键盘显示控制器,8253 定时器;A/D,D/A 转换,脉冲发生器及键 盘 LED 显示等各种外围电路,各部分电路即相互独立,又可灵活组合,能满足各类 学校,不同层次微机实验和培训需要.本系统提供对 8051 的基本实验如下: 1. P1 口实验 2. 定时器实验 3. 简单 IO 口扩展实验 4. 开关量输入实验 5. 发光二极管显示实验 6. LED 数码显示管实验 7. 小键盘扫描实验 8. 8255 可编程并行口试验 9. 8279 键盘,显示接口实验 10. 串行口通讯实验 11. DAC0832 数模转换实验 12. ADC0809 模数转换实验 13. 存储器扩展实验 14. 外部中断实验 15. 交通灯控制实验 16. 步进电机控制实验 17. 小直流调速实验 18. 炉温控制实验 其中,实验 16,17,18 需与响应的控制对象相连,为选作实验.
1.2
EL 微机实验教学系统结构
EL 型微机实验学系统由通用接口电路板, 可选的 CPU 板, 两块小面包板组 成,可安装在 45*30*10 CM 的实验箱内. EL--I 型的结构框图见图 1—1:EL-Ⅱ型的结构框图见图 1—2.
1.3 通用接口板实验电路介绍
1.3.1 输出显示电路 (1) 数码显示电路
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该电路由 6 位共阴极数码管,3 片 75452,2 片 74 LS07 组成, 74LS07 为段 驱动器,EL--I 型相应输入插孔为 CZ4(A~Dp); EL--II 型相应输入插孔为 ZP9(A~Dp),75452 为驱动器,EL--I 型相应输入插孔 为 CZ3(LD1~LD6). (2)LED 灯显示电路 该电路由 2 片 74 LS07,EL--I 型 12 支 EL--II 型 8 支二极管组成. EL--I 型相 应输入插孔为 CZ2(LI1~LI12) ;EL--II 型相应输入插孔为 ZP3(L1~L8) 1.3.2 信号发生器 1. 开关量输入电路 该电路由 8 路开关组成, 每个开关有两个位置, 分别代表高电平和低电平. EL—I 型相应插孔为 CZ1(K4—L8);EL--II 型相应输入插孔为 K1-K8. (2)时钟输入电路 该电路由 1 片 74LS161 组成 当 CPU 为 8051,80C198,80C196 时,CLK 的输入时钟为晶振频率 当 CPU 为 8086 时,CLK 的输入时钟为 2MHZ. 输出时钟为该 CLK 的 2 分频(CLK0) 分频(CLK1) 分频(CLK2) ,4 ,8 ,16 分频(CLK3) ,相应输出插口为(CLK0—CLK3) . (3)单脉冲发生器电路 该电路由一个按纽,一片 74LS04,74LS132 组成,具有消颤功能,正反相脉冲, 相应插孔为 P0.P1. (4)模拟量输入电路 该电路由 3 只可变电位器组成,输出为 0—5V 连续可调.EL--I 型相应输出插孔 为 CZ27,CZ28,CZ29(KB1—KB3);EL--II 型相应输出插孔为 ZP10(KB1—KB3). (5)键盘输入电路 该电路由 28 只通用键 1 只 SHIFT 键 1 只 CTRL 组成,28 只通用键采用 8 根 列扫线,4 根行扫线,无外部信号输入时均为高电平,有外部信号输入时,电平状态 由外部输入信号决定,作键盘实验时,一般行,列扫线分别定义为输入,输出,即 4 根 行 扫 线 为 输 入 , 8 根 列 扫 线 为 输 出 . EL--I 型 相 应 输 出 插 孔 为 CZ5(KB0—KB3),CZ6(KA0—KA7);EL--II 型 相 应 输 出 插 孔 为 ZP1(KB0—KB3),RS3(KA0—KA7). (6)复位电路 按动复位键,将对 8255,8279,8250 复位,以及对 CPU 板起复位作用. 1.3.3 可编程定时器 8253 电路 该电路由 1 片 8253 组成,8253 的片选输入端插孔为 CS8253,,数据口,地址, 读写线均已接好,T0,T1 的时钟为 74LS161 的输出 CLK3,T2 的时钟用户可自己接. 定时器输出, 控制孔对应为: 注:GATE 信号无输入时钟时为高电平,EL--I 型 T2 的时钟为 CLK3. 1.3.4 可编程并行口 8255 电路
185
该电路由 1 片 8255 组成,8255 数据口,地址,读写线,复位控制线均已接好, 片选输入端插孔为 CS8255,A.B.C 三端口的插孔为: EL--I 型:A:CZ16(PA0—PA7);B:CZ15(PB0—PB7);C:CZ17(PC0—PC7). EL--II 型:A:PA0—PA7;B:PB0—PB7;C:PC0—PC7. 1.3.5 可编程键盘显示控制器电路 该电路由一片 8279,74LS138 组成,8279 的数据口,地址,读写线,复位, 时钟,片选控制线均已接好,显示输出,键盘行列扫描线军有插孔输出. EL--I 型相应输出插孔为:CZ21,CZ25,相应标号均为 KS0—KS7.另外该电路在进 行 实 验 时 还 要 用 到 一 组 反 向 器 , 其 输 入 插 孔 为 CZ24(S0—S5) , 输 出 插 孔 为 CZ33(S0\--S5\). EL—II 型相应输出插孔为:ZP5(RL0—RL7),ZP13(KS0—KS5). 1.3.6 可编程串行口 8250 电路 该电路由 1 片 8250,1 片 1488,1 片 1489 组成,该电路中 8250 的控制线均已 接好,EL--I 型串行口输入插座为 J1,T 为发送,R 为接收;EL—II 型的串行口被用作 与 PC 机通讯用. 1.3.7 简单数字量输出缓存电路 输出插 该电路 EL--I 型由 2 片 74LS273 组成, 其片选信号分别为 CSU8\,CSU9\, 孔为 CZ10(SO0—SO7)和 CZ7(SO8—SO15) ; EL—II 型由 1 片 74LS273 组成,输出插 孔为 ZP17(SO0—SO7),其片选信号为 CSU8\,该电路中 74LS273 的输入均已接好数 据线. 1.3.8 简单数字量输入缓冲电路 该电路由 1 片 DAC0832,1 片 74 LS 00,1 片 LM324 组成,其输入均以接在数 据线上,EL-I 型输入插孔为 cz9(S10-S17),片选信号为 CSU10/ ; EL-II 型输入插 空为 ZP18(S10-S17),片选信号为 CSU10/. 1. 3. 9 八路八位 A/D 转换电路 由一片 DAC0832,一片 74LS02 组成,该电路中,ADC0809 的参考电压,数据 总线输出,通道控制线均以接好,其它信号线由插孔接入,ADC0809 的片选信号为 CS0809, 转换结束标志输出插孔为 VOUT 和 OUT, 模拟量输入通道插孔为 INO-INT. 通过调接 KB6 可调节参考电压 Vref. 1.3.10 八位双缓冲 D/A 转换电路 该电路由一片 DAC0832,一片 74LOO,一片 LM324 组成.该电路中除 0832 的 片选未接好外,其他信号均以接好,DAC0832 的片选信号为 CS0832,输入插孔为 AOUT(EL_I)和 OUT(EL—II 型) .该电路为非偏移二进制 D/A 转换电路,通过调节 KB4(EL—II) ,可调节转换器的满偏值,调节 KB5(FL—II 型为 PT2) ,可调节转换 器的零偏值.
186
1.4
8051CPU 板的结构
EL--I 型 8051CPU 板含 1 片 8031CPU , 片地址锁存器 74LS373 , 1 两片 GALI6V8 地址译码器 ,一个时钟发生电路产生 6 MHZ 脉冲.该 CPU 板有用于系统扩展和 更改配置的跳线,插孔,详述如下: J2 为 8051 方真头插座,它可以通过仿真电缆与目标相连,用于仿真调试. J3 为 8051 全部引脚的引出孔,可用来做面包板实验或与其他实验相连接. J4 为 8051 通过地址锁存器锁存后的低八位地址. CLOCK 跳线用来设置仿真时用用户时钟还是用 CPU 板上的时钟,跳为 SYSTEM 时,使用系统时钟,跳为 USER 时使用用户时钟. BNAK 跳线用来确定 64k, 4000~7FFFH,8000~BFFFH,C000~FFFFH,这三段空间 是分配给系统还是用户板, 着主要是为避免访问出现总线冲兔, 1 控制 4000~7FFFH 右 段,中 2 控制 8000-BFFFH,左 1 控制 C000H~FFFH.跳为 SYS 时,分配给系统,跳 为 USER 时,分配给用户板. EL—II 型 8051CPU 板有一个仿真头插座,和全部引脚的引出孔,以及 CLOCK 跳线,功能和 EL—I 的一样. 8051 的实验系统将 PSEN 与 RD 信号统一使用,系统内所有存储器都统一编址, 既可以作数据存储器,也可作程序存储器,所有地址译码均采用全地址译码.通用 片选地址见下述: CS0: CFA0H---CFA7H 实验程序,芯片可用的通用片选 CS1: CFA8H---CFAFH 实验程序,芯片可用的通用片选 CS2: CFB0H---CFB7H 实验程序,芯片可用的通用片选 CS3: CFB8H---CFBFH 实验程序,芯片可用的通用片选 CS4: CFC0H---CFC7H 实验程序,芯片可用的通用片选 CS5: CFC8H---CFCFH 实验程序,芯片可用的通用片选 CS6: CFD0H---CFD7H 实验程序,芯片可用的通用片选 CS7: CFD8H---CFDFH 实验程序,芯片可用的通用片选 CS8250:CFE0H—CFE7H 实验程序,芯片可用的通用片选 CS8279:CFE8H—CFEFH 实验程序,芯片可用的通用片选
二,
注意事项
一,硬件安装 1.电源安装 实验系统内已安装电源,将 220V 电源线接到 220V 电源茶座上. 实验系统如需外界电源, 则将+5V, +12V, -12V 电源线接到 CPU 板的+5V, +12V, -12V 的插座上. 2.通讯电缆的安装:
187
将电缆的一头接到实验箱的通讯插座上,另一头接到计算机的串行口. 进入 MCS51 后如发现串行通讯端口错,按 ESC 键直接进入,再选择正确的通讯 端口. 二, ASM 源文件的注意事项: 1.文件结束 汇编结束伪指令 END 必须处在文件的最后一行. 主模块入口的规定 在汇编语言主模块中必须在 0000H 出定义一个绝对的段,其中放一条长跳转指 令,转入主程序入口,例如: CSEG AT 0000H ;定义在 0000H 的绝对段 LJMP START ;转入主程序入口 CSEG AT 4100H START:MOV SP,#60H ;主程序入口 注意:除在第一段必须定位在复位起始 PC 0000H 除之外,其他程序段必须定位 在 4000H 以后. 三,源文件修改 编好的 ASM 文件经过汇编后, 若提示错误信息 (语法错误) 请到 LST 文件 , (文 本文件)中查找.
三, LED 数码显示
3.1 状态提示符 ①监控状态提示符 8051 教学实验系统可以通过一个串行口也上位 PC 机通讯,由上位 PC 机发送操 作命令,也可以利用教学系统主板上提供的键盘进行操作,这样就对应两种状态: 1. 上位 PC 机监控状态,LED 显示提示符为"C-" . 2. 下位键盘监控状态,LED 显示提示符为"P-" . ②初始化状态符 8051 教学实验系统在上述两种状态下,按下复位键后,LED 显示初始化状态提 示符: "1995 02"或"1996 07"等. 当 LED 显示初始化状态提示符时, 表示教学实验系统正在初始化, 请用户等待, 初始化结束后,系统将显示监控状态提示符"C-"或"P-" , 此时表明系统初始化已经成功完成,用户可以进行操作了. 当输入结果或执行结果正确时,LED 显示结果状态提示符"HELL0" ,当输入结 果或执行结果错误时,LED 显示结果状态提示符"ERROR" (键盘监控状态) .
188
四
重要说明
4.1 程序存储器与数据存储器 8051 教学实验系统在硬件电路设计上采用了程序存储器和数据存储器统一编 址的方式.其中 0000H---3FFFH 单元为监控程序的程序与数据区,用户可用的程序 存储区和数据存储区的起始地址为 4000H,系统初始化时,PC 的初始值为 4000H. 4.2 堆栈的初始化值 堆栈值(SP)初始值为 60H,用户可以修改该值. 4.3 用户程序中断入口初始化 8051 的原有中断入口,均须定位在偏移 4000H 之后的相应的地址,如外部 中断 0 入口在源程序中应为: CSEG AT 4003H LJMP INT0(中断服务程序入口标号)
五
实验一
实验项目
P1 口实验
一,实验题目 1.P1 口做输出口,接八只发光二极管,编写程序,使发光二极管循环点亮. 2.P1 做输出口.按八个按钮开关,以实验台上 74LS273 做输出口,编写程序读取 开关状态,在发光二极管上显示出来. 二, .实验目的 l.学习 P1 口的使用方法. 2.学习延时子程序的编写和使用. 三,有关说明 P1 口为准双向口, P1 口的每一位都能独立地定义为输入位或输出位.作为输入 位时,必须向锁存器相应位写入" l" ,该位才能作为输入. 8031 中所有口锁存器在 复位时均置为"l"如果后来在口锁存器写过"0" ,在需要时应写入一个"l" ,使它成 为一个输入. 可以用第二个实验做一下实验.先按要求编号程序并调试成功后,可将 P1 口锁存 器中置' ,此时将 P1 做输入口,会有什么结果. "0" 再来看一下延时程序的实现.现常用的有两种方法,一是用定时器中断来实现,一 是用指令循环来实现.在系统时间允许的情况下可以采用后一种方法. 本实验系统晶振为 6.144MHZ,则一个机器周期为 12÷6.144US 即 l÷0.512US.
189
现要写一个延时 0.1s 的程序,可大致写出如下: MOV R7, #2OO (1) DELI:MOV R6, #X (2) DELZ:DJNZ R6, DELZ (3) DJNZ R7, DELI (4) 上面 MOV, DJNZ 指令均需两个机器周期, 所以每执行一条指令需要 1÷0.256US, 现求出 X 值: 1÷0.256+(1÷0.256+x ×l÷0.256+1÷0.256)×200=0.1×106 指令(l) 指令(2) 指令(3) 指令(4) 所需时间 所需时间 所需时间 所需时间 经计算得 X=126.代入上式可知实际延时时间约为 0.100004S,已经很精确了. 四,连线方法 执行程序 l 时:P1.0～P1.7 接发光二极管L1～L8. 执行程序 2 时:P1～P1.7 接按钮开关 K1～K8;741.S273 的 S00～S07 接发光二极 管L1～L8;74LS273 的片选端 CSU8\接 CS0(由程序所选择的入口地址而定,与 CS0～CS7 相应的片选地址请查看第一章,以后不赘述) 五,实验电路
(1)
(2)
190
六,程序框图
程序 1 开始 程序2开始 置初值 P1 锁存器置"1" 输出到 P1 口
延时 0.1 秒
输入开关状态
循环左移一位以显示下一位
输出显示
实验二
简单 I/0 口扩展实验 —交通灯控制实验
一,实验题目 扩展实验箱上的 74LS273 做为输出口,控制八个发光二极管燃灭,模拟交通灯 管理. 二,实验目的 l.学习在单片机系统中扩展简单1/0 接口的方法. 2.学习数据输出程序的设计方法. 3.学习模拟交通灯控制的实现方法. 三,实验说明 要完成本实验,首先必须了解交通路灯的燃灭规律.本实验需要用到实验箱上 八个发光二极管中的六个,即红,黄,绿各两个.不妨将L1,L3,L5做为东 西方向的指示灯,将 L2,L4,L6 做为南北方向的指示灯.而交通灯的燃灭规律为: 初始态是两个路口的红灯全亮,之后,东西路口的绿灯亮,南北路口的红灯亮,东 西方向通车,延时一段时间后,东西路口绿灯灭,黄灯开始闪烁.闪烁若干次后, 东西路口红灯亮,而同时南北路口的绿灯亮,南北方向开始通车,延时一段时间后, 南北路口的绿灯灭.黄灯开始闪烁.闪烁若干次后,再切换到东西路口方向,重复 上述过程. 各发光二极管共阳极.阴极接有与非门,因此使其点亮应使相应输入端为高电平.
191
四,实验电路 五,实验连线 74LS273 的输出 S00～S07 接发光二极管LI～L8,74LS273 的片选 CSU8﹨接片选
信号 CS0,此时 74LS273 的片选地址为 CFA011～CFA711 之间任选. 六,程序框图
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实验三
中断实验 —一有急救车的交通灯控制的实验
一,实验题目 在实验三的内容的基础上增加允许急救车优先通过的要求.当有急救车到达时, 两个方向上的红灯亮,以便让急救车通过,假定急救车通过路口的时间为10秒, 急救车通过后,交通灯恢复中断前的状态.本实验以单脉冲为中断申请,表示有急 救车通过. 二,实验目的 l.学习外部中断技术的基本使用方法. 2.学习中断处理程序的编程方法. 三,实验说明
193
交通灯的燃灭规律见实验三. 本实验中断处理程序的应用,最主要的地方是如何保护进入中断前的状态,使 得中断程序执行完毕后能回到交通灯中断前的状态.要保护的地方,除了累加器 ACC,标志寄存器 PSW 外,还要注意:一是主程序中的延时程序和中断处理程序中 的延时程序不能混用,本实验给出的程序中,主程序延时用的是 R5,R6,R7,中断 延时用的是 R3,R4 和新的 R5.第二,主程序中每执行一步经 74LS273 的端口输出 数据的操作时,应先将所输出的数据保存到一个单元中.因为进入中断程序后也要 执行往 74LS273 端口输出数据的操作,中断返回时如果没有恢复中断前 74LS273 端 口锁存器的数据,则显示往往出错,回不到中断前的状态.还要注意一点,主程序 中往端口输出数据操作要先保存再输出,例如有如下操作: MOV A,#0F0H (0) MOVX @R1,A (l) MOV SAVE, A (2) 程序如果正好执行到(1)时发生中断,则转入中断程序,假设中断程序返回 主程序前需要执行一句 MOV A,SAVE 指令,由于主程序中没有执行(2) ,故 SAVE 中的内容实际上是前一次放入的而不是 (0) 语句中给出的 0F0H, 显示出错, (l) 将 , (2)两句顺序颠倒一下则没有问题.发生中断时两方向的红灯一起亮 10 秒,然后 返回中断前的状态. 四,实验电路
五,实验连线
74LS273 的输出 S00～S07 接发光二极管 Ll 一 L8, 74LS273 的片选 CSU8\接片 选信号 CS0,此时 74LS273 的片选地址为 CFA0H～CFA7H 之间任选.单脉冲输出端 P1 接 CPU 板上的 1NT0.
194
六,程序框图
实验四
定时器实验 —一循环彩灯实验
一,实验题目
195
由 8031 内部定时器1按式1工作,即作为 16 位定时器使用,每 0.1 秒钟 Tl 溢 出中断一次.P1 口的 P1.0～P1.7 分别接发光二极管的 Ll～L8.要求编写程序模拟 一循环彩灯.彩灯变化花样可自行设计.例程给出的变化花样为:①L1,L2……L8 依次点亮;②L1,L2……L8 依次熄灭:③L1,L2……L8 全亮,全灭.各时序间隔 为 0.5 秒.让发光二极管按以上规律循环显示下去. 循环显示了人. 二,实验目的 l.学习 8031 内部计数器的使用和编程方法. 2.进一步掌握中断处理程序的编写方法. 三,实验原理 1.定时常数的确定 定时器/计数器的输入脉冲周期与机器周期一样,为振荡频率的 1/12.本实验 中时钟频率为 6.144MHZ,现要采用中断方法来实现 0.5 秒延时,要在定时器 1 中 设置一个时间常数,使其每隔 0.1 秒产生一次中断,CPU 响应中断后将 R0 中计数值 减一,令 R0=05H,即可实现 0.l 秒延时. 时间常数可按下述方法确定: - 机器周期=12÷晶振频率=12÷6.I44X106=l.953lX10 6S 设计数初值为 X,则(2e+16-X)×1.9531X 10e--6=0.l,可求得 x=14336 化为十六进制则 X=3800H,放初始值为 TH1=38H,TL1=00H 2.初始化程序 包括定时器初始化和中断系统初始化,主要是对 IP,IE,TCON,TMOD 的相 应位进行正确的设置,并将时间常数进入定时器中.由于只有定时器中断,IP 便不 必设置. 3.设计中断服务程序和主程序 中断服务程序除了要完成计数减一工作外,还要将时间常数重新送入定时器中, 为下一次中断做准备.主程序则用来控制发光二极管按要求顺序燃灭. 四,实验电路
五,实验连线 P1.0~P1.7 分别接发光二极管 L1~L8 即可.
196
六,程序框图 主程序框图 中断程序框图
实验五
一,实验内容
数码显示实验
用 8255A 口作段控,B 口作位控,六个八段数码管自左至右循环显示"8" 二,实验目的 1. 进一步掌握 8255 的使用方法. 2. 了解七段数码管显示的原理. 三,实验连线 首先将数码显示部分与 8279 之间的 14 个短路子全部拔掉,改插在下面两根导 柱上.即将每组的中,下两导柱短接,然后将 8255 A 口的 PA0—PA7 与 A\B\C\D\E\F\G\SP 相连,PB0—PB5 与 LED1—LED6 相连.片选信号 CS8255 接 CS0. 四,程序框图参考教材 P265
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微
机 原 理 及 接 口 实 验 指 导 书
河北科技师范学院 机械电子系
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实验一 一, 实验内容
分支程序,循环程序与运算程序的设计
1.在 ABC 地址处有 20 个字节数据,今要求传送到 CBA 地址处,试用两种方法实现. 2. (选做)以 BLOCK1 和 BLOCK2 开头的 2 个字符串,其 长度均为 LEN,试编程实现: (1) 将 BLOCK1 开头的字符串送到 BLOCK2 开始的内存空 间. (2) 将 BLOCK1 开始的内存空间全部清零. 3. 试编一程序,要求比较两个字符串 STRING1 和 STRING2 所含字符是否完全相同,若相同则屏幕显示 "MATCH",若不相同则屏幕显示"NO MATCH" 3. (选做)在 ABC 和 BCD 两地址起,各有两个字节的无符 号数,试编程实现这两个无符号数的加法以及减法运算,并将 结果分别存放到 CBA 和 DCB 开始的存储单元中去. 二, 实验目的: 1. 使学生掌握 MASM 汇编环境下程序的编辑,编译,连接, 调试过程及方法.
199
2. 掌握程序框图的设计方法; 3. 掌握分支程序的设计方法; 4. 掌握循环程序的设计方法; 三, 实验说明 1. 实验之前,一定写好预习报告(包括画出程序框
图;写出程序) ,否则不准做实验; 2.调试程序程序,改正语法错误和其他错误. 四.实验报告要求: 1.画出程序框图; 2.写出预习过程中所写的两个程序; 3.写出调试之后的程序和两个程序; 实验二 一,实验内容 用编写子程序的方法实现 主程序与子程序的设计
1.X=1!+2!+……5! 2.Y=21+22+23……+25 3.Z=X+Y
二, 实验目的: 1.掌握主程序与子程序框图的设计方法;
200
2.掌握程序的设计方法; 3.掌握循环程序的设计方法; 三,实验说明 1.实验之前,一定写好预习报告(包括画出主程序框图和 两个子程序框图;写出主程序和两个子程序) ,否则不准做实 验; 2.调试程序程序,改正语法错误和其他错误. 四.实验报告要求: 1.画出主程序框图和两个子程序框图; 2.写出预习过程中所写的主程序和两个子程序; 3.写出调试之后的主程序和两个子程序; 实验三 一,实验目的: 1. 掌握 PC 机外存扩展的方法;2. 熟悉 6264 芯片的接口方 法; 3.掌握 8086 十六位数据存储的方法. 二,实验内容 向 02000H 单元～02100H 单元的偶地址送 0AAH,奇地址送 55H.
201
RAM 实验
三,实验原理图
6264
a1 d0 a2 d1 a3 d2 a4 d3 a5 d4 a6 d5 a7 d6 a8 d7 a9 a10 25 24
A12
10 A0 a A1 9 A2 A3 8 A4 A5 7 A6 A7 6 A8 A9 5 4
A11 A10
d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7
11 12 13 14 15 16
OE
17
WE
CS2
3
18
CS1
四, 实验步骤 1. 3. 连线(本实验接线均已接好) 2.编写程序并调试; ; 运行实验程序(可单步或设置断点) ,打开内存窗口, 可看到内存区的变化; 4. 观察实验结果,编写实验报告.
五, 实验说明 RAM 区的地址为 0～3FFFH,编程时可段地址设为 0100H,则
202
偏移地址为 1000H.如果按字节进行存储,则 AL 为 55H 或 AAH;如果按字进行存储,则 AX 应为 55AAH.如果观察运行 结果可打开窗口项中的内存窗口. 1.实验之前,一定写好预习报告(包括画出包括硬件电路 图,软件程序框图和汇编语言源程序) ,否则不准做实验; 2.调试硬件电路,检查错误并修改; 3.调试程序,改正语法错误和其他错误. 六,实验报告要求: 1.画出调试好的硬件电路图;2.画出调试好的软件程序框图 3.写出调试好的汇编语言源程序. 七,实验程序框图
203
八,参考程序 CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE ORG 0100H START:MOV AX,0100H MOV DS,AX ;设置数据 段地址 MOV ES,AX MOV SI,1000H;设置偏 移地址 MOV CX,0100H;设置循 环次数 MOV AL,0 INTRAM:MOV [SI],AL INC SI LOOP INTRAM ;RAM 区清零 MOV SI,1000H MOV CX,100H MOV AX,55AAH
204
开 始 初始化数据段 DS,初 始化偏移地址 SI
CX DS[SI]
100H 55AAH N
CX=0 Y 空操作
结束
F1L:MOV [SI],AX INC SI INC SI LOOP F1L NOP JMP START CODE ENDS ;RAM 区置数
d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7
OUT0 GATE0 CLK0
P0 P1 P2 P3
Q0 Q1 Q2 Q3 TC
OUT1 GATE1 CLK1
cs
RD
WR A0 A1 OUT2 GATE2 CLK2
CEP CET CLK PE MR
OO
O O O
8253 定时器/计数器接口实验的原理图
205
实验四 8253 定时器/计数器接口实验 一,实验目的: 1. 掌握 8253 定时器/计数器的编程原理,用示波器观察不 同模式下的输出波形. 二,实验内容 编程将 8253 定时器/计数器 0,1,2 设置为模式 2(分频方 式) ,并观察其输出波形. 三,实验原理图 四,实验步骤 1.连线:从 CS 0 ～ CS 7 中任选一个(如 CS 0 )与 8253 的片 选信号相连,8253 的 OUT0 与 CLK2 相连,OUT2 与发光二 极管 L1 相连,OUT1 接示波器,其它未提信号均已接好或 无须连接.
2. 编写程序并调试; 3. 调试通过后全速运行并观察实验结果. 4.编写实验报告.
(见上页)
五,实验说明 8253 的时钟端口 CLK0, CLK1 均为 1M/8, CLK2 的时钟由 OUT 来控制.
206
8253 为 8086 系统中常用的可编程定时器/计数器, 内部 有三个互相独立的时器/计数器, 分别称为计数器 0, 计数器 1,计数器 2.8253 有 6 种工作模式,其中模式 2 为方波方 式.当设好初值后,自动将所设周期平分为两部分,前一部 分保持为高, 后一部分保持为低, 输出为一方波. CLK0, CLK1 的频率均为 1M/8,设计数器 0 的初值为 0F424H(十进制为 62500)时,方波为 0.5S.在计数器 2 中设置不同的初值 2n 时,可得周期为 n×0.5S 的方波,n 的最大值为 7FFEH(十 进制为 32767) 周期最长——16383.5S 小时 33 分 3.5 时, (4 ,因此,采用两级计数后,输出周期范围可大幅度提高. 秒) 如能合理设置初值,这种广域范围的周期设定在实际控制中 非常有用. 六,实验报告要求: 1. 画出调试好的硬件电路图;2 画出调试好的软件程序 框图 3.写出调试好的汇编语言源程序. 七,实验程序框图
207
开 始 写计数器 0 方式控制字 写计数器 0 计数常数 写计数器 1 方式控制字
写计数器 1 计数常数
Y
写计数器 2 方式控制字 写计数器 2 计数常数
空操作
八,实验参考程序 CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE ORG 0100H START:MOV DX,04A6H;8253 控制口址 MOV AX,36H;设置计数器 0 工作方式 OUT DX,AX
208
MOV DX,04A0H;计数器 0 地址 MOV AX,24H;设置初值 OUT DX,AX; MOV AX,0F4H OUT DX,AX MOV DX,04A6H;8253 控制口址 MOV AX,76H;设置计数器 1 工作方式 OUT DX,AX MOV DX,04A2H;计数器 1 地址 MOV AX,0AH;设置初值 OUT DX,AX; MOV AX,0 OUT DX,AX MOV DX,04A6H;8253 控制口址 MOV AX,0B6H;设置计数器 2 工作方式 OUT DX,AX MOV DX,04A4H;计数器 2 地址 MOV AX,04H;设置初值 OUT DX,AX;
209
MOV AX,0 OUT DX,AX NEXT:NOP JMP NEXT CODE ENDS END START
实验五 一,实验目的:
8259 中断控制器实验
2. 1. 掌握 8259A 的工作原理; 掌握编写中断服务程序方法; 3.掌握初始化中断向量的方法. 二,实验内容 从单脉冲发生器的输出脉冲为中断源, 每按一次产生一次中 断申请,AX 的值将改为 0055H,如果不产生中断,则 AX 始 终为 0. 三 ,实验原理图
210
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 INT INTA
IR0 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5 IR6 IR7
O
CS RD WR A0
O
SP/EN
OOO
四,实验步骤 1.
CAS0 CAS1 CAS2
将 DMA 中断控制实验板插入实验箱右上角 DMA 插槽
中,单脉冲发生器(PUL 键处)输出口(P0)与 DMA 中断 实验板的 IR0 相连,C59 与 CS7 相连.本实验其他接线均 已接好; 2.编写程序并调试;3.运行实验程序(可单步 ,打开内存窗口,可看到内存区的变化;4. 或设置断点) 观察实验结果,编写实验报告.
211
五,实验说明 8259 的使用说明请详细阅读教科书,中断类型的高五位由 8259 中断类型的高 5 位由 8259 读出, 低三位由 IR 的编码确 定,IR0 的编码为 000 六,实验报告要求: 1.画出调试好的硬件电路图;2.画出调试好的软件程序框图 3.写出调试好的汇编语言源程序.
212
七,实验程序框图 八,参考程序(T8.ASM)
开 始 设 ICW1 设 ICW2 设 ICW4
13H 80H 01H
中断服务程序框图
关中断
打开中断屏蔽 OCW1 设 DS=0 设中断向量位置 SI=200H 将中断服务程序的偏移量 200H 将中断服务程序的段地址 202H 清 AX,开中断
AX
0055H
中断返回
AX=55 Y 空操作
结束
N
实验六 一,实验目的:
8255 并行口实验
利用 8255 实现并行接口实验.
213
二,实验内容 1. 2. 掌握 8255 的编程原理; 熟悉计算机并行接口的使用方法.
三 实验原理图
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7
RD
CS
WE
A0 A1
RESET
214
四,实验步骤 1. 连线:8255A(IC37)的 PA0——PA7 分别与逻辑电平 开关电路的 K1——K8 相连; PB0——PB7 分别与发光二 极管电路的 L1——L8 相连.从 CS0——CS7 中任选一 个(比如 CS0)与 8255A 的片选(CS8255)端相连,其 他线路均已连好. 2. 编写程序并调试;
; 3.运行实验程序(可单步或设置断点) 4.观察实验结果,编写实验报告. 五,实验说明 逻辑电平拨上时 5V,拨下时 0V;发光二极 管输入为一时亮,为 0 时灭. 六,实验报告要求: 1.画出调试好的硬件电路图; 2.画出调试好的软件程序框图 3.写出调试好的汇编语言源程 序.
结束 从 B 口输出 开 始 设置 8255 工作方式 读A口
七,实验程序框图 八,参考程序(T2.ASM)
215
实验七 一,实验目的:
综合性,设计性实验——A/D 转换器实验
1. 掌握 A/D 转换器 ADC 0809 的性能及使用方法; 2. 掌握 MCS-51 单片机中断系统的性能及使用方法; 3.掌握 LED 数码显示器的性能及使用方法; 4. 掌握检测系统硬件电路的设计方法. 二,实验内容 1.以中断方式用 A/D 转换器 ADC 0809 将模拟量转换为数字量; 2,以查询方式用 A/D 转换器 ADC 0809 将模拟量转换为数字量; 三,实验原理图
IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 MSB 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2--8
三,
LSB
EOC REF(+) ADDA REF(—) ADDB ADDC ALE ENABLE CLOCK START
O O
+ +
216
四,实验步骤 1.连线:将可变电位器 KB1,KB2,KB3 分别与 ADC0809IN0, IN1, 相连, CS0.. 中任选一个 IN2 从 .CS3 (如 CS0) ADC0809 与 的片选 (CS0809) 端相连. 8255 的 EOC 与 IC25 将 (74LS244) 的 SIO 相连,从 CS0..CS7 中任选一个(如 CS1)与 IC25 . 的片选(CSU10)端相连.其他线路均已连好. 2.编写程序并调试; ; 3.运行实验程序(可单步或设置断点) 4.观察实验结果,编写实验报告. 五,实验说明 实验电路中启动信号 START 与地址锁存信号 START 相连,所 以启动 A/D 转换的方法为: MOV DX,PADC ;PADC 是 ADC0809 的端口地址
OUT AL,DX ;发片选及 IOW 信号,这是 0 通道(启动
1 通道,DX 应加 1.
六,实验报告要求: 画出调试好的硬件电路图;画出调试好的软件程序框图 写出调试好的汇编语言源程序. 七,实验程序框图
217
开 始
DX 0 通道启动地址
启动 A/D0 通道 读 EOC 信号至 AX,即从 CS1 单元读,最低位 1 有效
AX AND 01H
AX=0
Y
N
读 A/D 转换结果,存入 CX 通道启动地址加 1 启动 A/D 通道 1 读 EOC 信号至 AX
AX AND 01H
AX=0
Y
N
读 A/D 转换结果,存入 CX 通道启动地址加 1
启动 A/D 通道 2 读 EOC 信号至 AX
AX AND 01H
AX=0
Y
N
结束
218
实验八 一,实验内容
综合性,设计性实验——巡回检测系统的设计
1.用 A/D 转换器 ADC 0809 将 2 路模拟量转换为数字量; 1. 2. 用内部定时器实现 10 秒钟一个转换周期; 将转换结果在仿真机上用 LED 显示器显示出来.
二,实验目的: 1. 掌握 A/D 转换器 ADC 0809 的性能及使用方法; ; 2.掌握内部定时器的性能及使用方法; 3.掌握 LED 数码显示器的性能及使用方法; 4. 掌握检测系统硬件电路的设计方法. 三,实验说明 1.实验之前,一定写好预习报告(包括画出包括硬件电路 图,软件程序框图和汇编语言源程序) ,否则不准做实验; 2.调试硬件电路,检查错误并修改; 3.调试程序,改正语法错误和其他错误. 四.实验报告要求: 1. 画出调试好的包括硬件电路图,软件程序框图和汇编语言 源程序; 2 写出实验心得体会及对本门课程的实验课的意见与建议.
219