电路分析试验.docx

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电路分析试验

《电子技术》实验指导书

机电学院实验中心

2009年2月

实验一电子仪器使用及常用元件的识别与测试

、实验目的

1．掌握常用电子仪器的基本功能并学习其正确使用方法。

2．学习掌握用双踪示波器观察和测量波形的幅值、频率及相位的方法。

3．掌握常用元器件的识别与简单测试方法。

二、仪器设备

1.CS-4125示波器

2.YB1620P信号发生器，EW1650数字信号源

3.数字万用表

4.指针万用表

5.NY4520晶体管毫伏表

三、预习要求

阅读附录I、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ

四、实验原理

在模拟电子电路实验中，经常使用的仪器有示波器、信号发生器、交流毫伏表、万用表等。

利用这些仪器可以对模拟电子电路的静态和动态工作情况进行测试。

1．CS-4125型双踪示波器

示波器是用来观测各种周期波形的仪器。

CS-4125型双踪示波器可同时观测两组被测输入信号，并对其幅值、周期、频率及相位差进行测量。

①测量幅值

接入被测信号，将灵敏度微调旋到“校准”位置（即顺时针旋到底），此时灵敏度选择开关“V/div”所在档位的刻度值表示屏幕上纵向每格的伏特数。

读出屏幕上被测波形的峰-峰值格数N，则被测信号的幅值V=N×（V/div）。

注意探头衰减应放在1：

1，如放在1：

10，则被测值还需乘上10。

②测量周期、频率

接入被测信号，将扫描时间微调旋到“校准”位置（即顺时针旋到底），扫描扩展“×10MAG”至off，调节被测波形使之稳定，并在屏幕上显示完整的周期，此时扫描时间微调开关“V/div”所在档位的刻度值表示屏幕上横向每格的时间值。

读出一个完整周期的格数M，则被测信号的周期T=M×（V/div），f=1/T。

③测量两波形的相位差

按图1-1连接实验电路，经RC移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号Ui或UR，分别加到双踪示波器的Y1和Y2输入端。

图1-1两波形间相位差测量电路

调节Y1、Y2灵敏度开关位置，使在荧屏上显示出易于观察的两个相位不同的正弦波形Ui及UR，如图1-2所示。

根据两波形在水平方向差距X及信号周期XT则可求得两波形相位差。

图1-2双踪示波器显示两相位不同的正弦波

式中：

XT——一周期所占格数，X——两波形在X轴方向差距格数

2．YB1620P信号发生器和EW1650数字信号发生器

信号发生器可输出一定频率范围和一定电压大小的正弦波、三角波、方波，并提供给毫伏表和示波器直接测量和观察用。

本实验室使用YB1620P型和EW1650型两种信号发生器，其原理及功能基本相同。

3．NY4520晶体管毫伏表

晶体管毫伏表是用于测量正弦交流信号电压大小的电压表，其读数为被测电压的有效值。

测量前为防止表头过载而打弯指针，应将量程置于较大档位，接入信号后再逐渐减小量程。

4．万用表

万用表可用于测量交直流电压、电流，也可测量电阻、电容等。

五、实验内容

1．示波器的检查与校准信号的测量

熟悉示波器面板上各旋钮的名称及功能，掌握正确使用时各旋钮应处的位置。

接通电源，检查示波器的亮度、聚焦、位移各旋钮的作用是否正常，按下表调节示波器面板上各旋钮的位置。

旋钮名称

正确位置

旋钮名称

正确位置

AC-GND-DC（输入耦合开关）

AC

FOCUS、INTEN（聚焦、亮度）

中间

VERTMODE（显示方式开关）

ALT

SLOPE（触发极性）

按钮抬起

MODE（触发方式）

AUTO

SOURCE（触发源）

CH1或CH2

X-Y（X-Y轴示波器）

off

CH2INVERT（CH2输入极性反向）

off

用示波器机内校准信号（方波f=1KHz，电压幅值1V）作为被测信号，用CH1或CH2通道显示此波形，读出其幅值及周期和频率，记入下表中。

参数

标准值

实测值

幅值Up-p（V）

1V

周期T（ms）

1ms

频率f（KHz）

1KHz

2．用示波器和交流毫伏表测量信号发生器输出信号的参数

调节信号发生器有关旋钮，使输出频率分别为100Hz、1KHz、10KHz，峰值均为4V的正弦波信号。

改变示波器“扫描时间”及“Y轴灵敏度”开关等位置，用示波器和毫伏表分别测量信号发生器输出电压的频率、峰峰值及有效值，记入下表。

信号源输出

电压及频率

（4V）

示波器测量值

毫伏表读数（V）

峰峰值（V）

周期（ms）

频率（Hz）

有效值（V）

100Hz

1KHz

10KHz

3．测量两波形相位差

按图1-1连接电路，将信号发生器的输出调至频率为1KHz，幅值为2V的正弦波，用示波器显示Ui及UR波形，读出两波形在水平方向差距X及信号周期XT的值，记入下表，则相位差

。

为数读和计算方便，可适当调节扫速开关及微调旋钮，使波形一周期占整数格。

一周期格数

两波形X轴差距格数

相位差

实测值

计算值

XT=

X=

θ=

θ=

4．电阻、电容元件的识别和检查

根据附录I、IV，识别所给电阻、电容元件，并用万用表检查元件的好坏。

5．半导体二极管、三极管的识别与简单测试

根据附录I，用万用表判别普通二极管的阴、阳极并做简单测试；识别及测试三极管的类型，e、b、c管脚，β值及好坏。

我们常用的9011和9013系列的为NPN管，9012为PNP管。

五、实验思考题

1．如何操纵示波器有关旋钮，以便从示波器显示屏上观察到稳定、清晰的波形？

2．信号发生器有哪几种输出波形？

它的输出端能否短接，如用屏蔽线作为输出引线，则屏蔽层一端应该接在什么位置？

3．交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压？

它的表头指示值是被测信号的什么数值？

它是否可以用来测量直流电压的大小？

实验二晶体管共射极放大电路

、实验目的

1.掌握放大电路静态工作点的调试方法及其对放大电路性能的影响。

2.测量放大电路Q点，AV，Ri，Ro。

3.学习放大电路的动态性能。

、实验仪器

1.CS-4125示波器

2.YB1620P信号发生器

3.数字万用表

4.NY4520晶体管毫伏表

、预习要求

1.三极管及单管共射放大电路工作原理

2.放大电路静态和动态测量方法

3.静态工作点对输出波形的影响

四、实验原理

我们测量静态工作点是为了了解静态工作点选的是否合理。

若测出UCE<0.5V,则三极管已饱和，若测出UCE≈VCC，则说明三极管已截止，对于线性放大电路，这种静态工作点是不合适的，必须对它进行调整，否则放大后的信号会产生严重的非线性失真。

静态工作点的位置与电路参数VCC，RC，Rb或Rb1，Rb2有关，一般静态工作点的调整是通过改变偏置电阻Rb来实现。

具体实验电路如图2.2。

该电路的动态指标计算公式如下：

Rb//Rb2//rbe

RO=RC

、实验内容

1.静态测量与调整

按图2.1接线完毕后仔细检查，确定无误后接通电源，将输入端Vi对地短路，调整RP使UE=2.2V，测UCE、UBE及Rb的值，注意：

测Rb时应断开电源。

计算并填表2.1。

注意：

Ib和Ic的测量和计算方法

测Ib和Ic一般可用间接测量法，即通过测Uc和Ub，Rc和Rb计算出I和Ic（注意：

图2.1中Ib为支路电流）。

此法虽不直观，但操作较简单，建议初学者使用。

直接测量法，即将微安表和毫安表直接串联在基极和集电极中测量。

此法直观，但操作不当容易损坏器件和仪表。

不建议初学者采用。

表2.1

实测

实测计算

UBE（V）

UCE（V）

Rb（KΩ）

Ib（μΑ）

Ic（mΑ）

2.动态研究

按图2.1所示电路接线。

将信号发生器的输出信号调到f=1KHz，幅值为1V峰-峰值，接至放大电路的uS点，经过R1、R2衰减（100倍），ui点得到10mV的小信号，观察ui和uo端波形，并比较相位，测uo不失真时的输出电压值，填入表2.2。

表2.2RL=∞

实测

实测计算

估算

Ui（mV）

Uo（V）

AV

AV

保持Ui=10mV不变，放大器接入负载RL，在改变RC数值情况下，测量并将计算结果填表2.3。

表2.3

给定参数

实测

实测计算

估算

RC

RL

Ui（mV）

Uo（V）

AV

AV

2K

5K1

2K

2K2

5K1

5K1

5K1

2K2

信号源频率不变，逐渐加大信号源输出电压幅度，观察并测量uo最大且不失真时的峰-峰值，并填表2.4。

表2.4

Uim（mV）

Uom（V）

在第

步的状态下，改变电位器RP值，观察当RP增大和减小时uo波形的变化，测量出现失真时三极管三个管脚的静态电压值，将失真波形及测量数据填入表2.5。

表2.5

RB

UB

UC

UE

输出波形情况

最大

合适

最小

3.测放大电路输入，输出电阻。

输入电阻测量（见图2.2）

去掉电阻R2，保留R1，uS与信号发生器输出端相连，调节信号发生器输出幅度，使Ui保持10mV，读信号发生器输出（即US值）并填表2.6，计算Ri。

图2.2输入电阻测量

输出电阻测量（见图2.3）

图2.3输出电阻测量

保持输入信号Ui=10mV，测量带负载时的UL和空载时的Uo，即可计算出Ro。

，将上述测量值及计算结果填入表2.6中。

表2.6

测算输入电阻（设：

R1=5K1）

测算输出电阻

实测

测算

估算

实测

测算

估算

US（mV）

Ui（mV）

Ri

Ri

Uo

RL=∞

Uo

RL=

Ro（KΩ）

Ro（KΩ）

、实验报告

1.记录和整理测试数据，按要求填入表格并画出波形图。

2.分析在实验内容之动态研究中，波形变化的原因及性质。

3.将Q点、电压增益及Ri，Ro的实测值和估算值列表比较。

实验三多级放大电路中的负反馈（仿真）

、实验目的

1．学习使用Multisim2001创建、编辑电路的方法;

2．练习虚拟模拟仪器的使用;

3．验证负反馈对放大器性能（放大倍数、波形失真、频率特性等）

的影响。

二、实验仪器

1

．计算机;

2.Multisim2001软件.

三、实验原理

实验电路如图3.1所示。

1．若开关J1打开，电路成为无电压负反馈放大器。

2．若开关J1闭合，电路成为有级间电压负反馈放大器。

图3.1晶体管负反馈仿真实验电路

四、预习要求

1．复习教材中有关负反馈对放大器性能（放大倍数、波形失真、频率特性等）的影响的内容。

2．如何用实验方法求出fL，fH的值？

五、实验内容

1．创建如图3..1所示的仿真实验电路。

实验电路中晶体管的参数选

用：

Q1的Bf=70；Q2的Bf=60;

2．令vi=1mv，断开J1（无反馈），观察vo的波形并记录；闭合J1（有

负反馈），观察vo的波形并记录；

3．改变vi=10mv，断开J1，观察vo的波形并记录；闭合J1，观察

vo的波形并记录；

4．

（1）断开J1,利用Simulate菜单条中的Analyses功能中AC

Analysis对无反馈电路输出vo进行频率特性分析，在幅频特性图

上找到使Avm下降为0.707Avm时分别对应的fL和fH.。

（2）闭合J1,再次对有负反馈电路输出vo进行频率特性分析，在

幅频特性图上找到使AvmF下降为0.707AvmF时分别对应的fLF

和fHF.

六、实验报告

1．由实验所得结果说明负反馈对放大器性能有何影响。

实验四集成运算放大器

一、实验目的

1．熟悉集成运算放大器的特性。

2．掌握用集成运算放大电路设计加、减法运算电路。

3．掌握用集成运算放大电路设计积分、微分电路。

4．掌握比较电路的电路构成及特点。

5．学会上述电路的测试和分析方法。

二、仪器设备

1．MF－10型万用表或数字万用表1台

2．TPE—A3模拟电路实验箱1台

3．YB1602P系列功率函数信号发生器或EM1652系列数字信号源1台

4．KENWOODCS-4125A20MHz2通道示波器1台

5．NY4520型双通道交流毫伏表1台

三、实验原理简述

集成运算放大器是由多级基本放大电路组成的高增益的放大器，具有开环增益（Au0）高，其增益可达80~140dB（104~107倍），输入电阻大（约几百千欧），输出电阻低（约几百欧）的特点。

接成线性运算电路时，要引入深负反馈，理想运放在线性运用时具有以下重要特性：

（1）理想运放的同相和反相输入端电流近似为零：

I+≈0；I-≈0

（2）理想运放在作线性放大时，两输入端电压近似为零：

U+≈U-

基于这两点分析电路的重要特性，利用运算放大器来构成比例放大，加、减、积分、微分、对数、乘除等模拟运算功能。

从外形上看，有圆筒形封装的和双列直插式两种，使用它时，首先根据型号查阅参数，了解其性能，学习根据管脚图和符号连接线路。

四、预习内容

1．复习运算放大器、基本运算电路有关内容；

2．复习实验中所用仪器的使用方法

3．写预习报告，设计运算电路、实验步骤并估算实验结果

五、实验内容与步骤

本次实验所用实验装置为TPE—A3模拟电路实验箱的集成运放电路模块部分。

1.反相比例放大器

实验电路如图5.1所示

图5.1反相比例放大器

（1）按表5.1内容实验并测试记录。

表5.1

直流输入电压Vi（mV）

30

100

300

1000

3000

输出电压Vo

理论估算（mV）

实际值（mV）

误差

（2）反相输入端加入频率为1kHz、幅值为200mV的正弦交流信号，用示波器观察输入、输出信号的波形及相位，并测出Vi、Vo的大小，记入表5.2。

（3）测量上限截止频率

信号发生器输出幅度保持不变，增大信号频率，当输出Vo幅度下降至原来的0.707倍时，记录信号发生器输出信号的频率，此频率即为上限截止频率，记入表5.2。

表5.2

交流输入电压

Vi（mV）

输出电压Vo

输入、输出波形及相位

上限截止频率

200mV

频率1kHz

2．设计一反向加法电路，使之满足U0=-（2Ui1+5Ui2）（注意平衡电阻的选择）

1）输入信号Ui1=3V，Ui2=1V观测输出是否满足要求？

观察“虚短”现象是否成立？

为什么？

2）输入信号Ui1=3V，Ui2=5V观测输出是否满足要求？

观察“虚短”现象是否成立？

为什么？

3．设计减法电路，使之满足关系式U0=5.5Ui2-10Ui1，输入信号Ui1=2V，Ui2=1V观测输出是否满足要求？

4．设计反向积分电路，积分时间常数为RC=2ms

1）输入信号为方波，频率为1KHz，幅度UP—P=6V，观测输出信号的幅度与理论值相比较。

2）改变积分常数增大或减小，观测输出信号幅度的变化及失真情况，进一步掌握积分时间常数RC对输出的影响。

5．电压比较器

1）过零比较器

按图5—2接好电路，当输入电压

=2

时（可选f=1KHz）画出输入及输出

、

的波形。

图5—2过零比较器

2）电压比较器

按图5—3接好电路，已知参考电压

=1V，测量当输入电压

>1V时；

=（V），并画出传输特性图；测量当输入电压

<1V时；

=（V），并画出传输特性图；测量当输入电压

=2

时，画出

、

的波形。

图5-3电压比较器

六、实验报告

1．整理实验数据及波形图，并分析实验数据得出结论。

2．思考：

（1）比较电路是否要调零？

原因何在？

（2）比较电路两个输入端电阻是否要求对称？

为什么？

（3）在本次实验中哪里体现了运算放大的虚短、虚地现象，你是如何验证的？

实验五由集成运算放大器组成的文氏电桥振荡器（仿真）

、实验目的

1.了解集成运放的具体应用。

2.掌握文氏电桥振荡器的工作原理。

、实验仪器

1

．计算机;

2.Multisim2001软件.

三、实验原理

原理可参阅教材RC振荡电路部分内容，实验电路如图5.1。

电路参数R3=100KΩ，Rw=R4+R5=100KΩ（即Rw=Rw上＋Rw下），R1=R2=R=2KΩ或4.7KΩ，C1=C2=C=0.047μF或0.01μF。

组件：

LM324，电源±15V。

图5.1文氏电桥振荡器实验电路

四、预习要求

1.阅读教材中有关文氏电桥振荡器（RC振荡电路）工作原理的部分。

2.熟悉所用集成运算放大器的参数及管脚排列。

3.按图5.1中参数计算振荡频率，欲使振荡器能正常工作，电位器应调在何处，各为何值？

五、实验内容及步骤

1.调试无稳幅二极管的文氏电桥振荡器

创建如图5..1所示的仿真实验电路。

断开开关J1，用示波器观察电路有无输出波形VO。

如无输出，则调节Rw使VO为无明显失真的正弦波，测量VO的频率并与计算值比较。

用电压表观察VO之值是否稳定。

关电源后，分别测量R3、R4和R5的阻值，计算负反馈系数F—=

。

加上电源，调节Rw，测量VO无明显失真时的变化范围。

2.调测有稳幅二极管的文氏电桥振荡器

按图5.1接线，闭合开关J1，调节Rw使VO为无明显失真的正弦波。

测量VO的频率，并与计算结果比较。

用交流电压表测量VO和V＋之值，并观察VO之值是否稳定。

调节Rw，测量VO无明显失真时的变化范围。

、实验报告

1.按步骤1所得的数据，计算VO和V＋的比值。

2.按步骤2所得的数据，计算负反馈系数F—之值。

3.所测得的振荡频率、

、F—、VO的幅值稳定度等方面讨论理论

与实践是否一致。

第二部分《数字电子技术》实验

实验一集成逻辑门

一、实验目的

1.熟悉逻辑门电路的逻辑特性和电气特性；

2.掌握逻辑门参数的测试方法。

二、实验内容

1．用万用表电流档分别测量TTL与非门空载导通电源电流（见图1-1），然后测量门电路的供电电压，从而可算出TTL门的导通功耗。

测量TTL与非门电路的输入低电平短路电流IIS（见图1-2）和输入高电平漏电流IIH（见图1-3）。

2．TTL门电路的传输特性测试。

接线如图1-4所示。

实验结果记录于表1-1中。

表1-1

VI（v）

0.5

0.8

1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.8

2

3

4

Vo（v）

3．用与非门74LS00实现：

F=A·B，F=A+B，F=A。

4．测试三态门74LS125的逻辑功能，将测试结果填入表1-2中。

表1-2

E

0

1

A

0

1

0

1

Y

5．用TTL集电极开路与非门（OC与非门）74LS03实现“线与”，即完成“与或非”的逻辑功能：

（注意：

需外接电阻和电源）。

6．逻辑门传输延迟时间的测量。

用六反相器74LS04按图1-5接线，输入80KHz连续脉冲，用双踪示波器测输入、输出相位差，计算每个门的平均传输延迟时间tpd值。

图1-5

三、实验报告

1.整理实验结果，并对实验结果进行分析。

2.用坐标纸画出与非门传输特性曲线。

从曲线上读出VOL，VOh，Von，Voff各参数。

3.你是怎样判断74LS125芯片的输出是处于高阻态的？

4.TTLOC门使用时为何必须外接电阻和电源？

不接行不行？

通过实验验证。

实验二组合逻辑电路

一、实验目的：

1.掌握组合逻辑电路的分析与设计方法；

2．掌握中规模集成电路译码器与数据选择器的应用。

二、实验内容：

1．设计三变量表决电路：

（1）用与非门实现（74LS00）

列出真值表，求出简化表达式，画出与非逻辑电路图；自拟实验方案测试。

（2）用译码器（74LS138）及与非门（74LS20）实现

在图2-1中完成实现三变量表决器的实验电路的设计。

自拟实验方案。

（3）用数据选择器（74LS153）实现

74LS153是双4选1数据选择器（见图2-2），有使能输入端。

自拟实验方案。

2．用异或门74LS86及与非门74LS00实现全加器电路，并列出真值表。

三．实验报告：

整理实验结果并进行分析，说明组合电路的特点和分析、设计方法。

实验三触发器

一、实验目的：

1．掌握常用触发器的逻辑功能及其测试方法；

2．研究时钟脉冲的触发作用。

二、实验内容：

1．基本R-S触发器功能测试

用与非门74LS00构成基本R-S触发器，如图3-1所示，改变输入端状态，测试并将测试结果填入表3-1中。

注意,当S、R都接低电平时，观察Q、

端的状态。

当S、R同时由低电平跳为高电平时注意观察Q、

端的状态。

重复３－５次看Q、

端的状态是否相同，以正确理解“不定”状态的含义。

2．J-K触发器逻辑功能测试：

（1）测试异步复位端Rd和异步置位端Sd的功能。

　　将J，K，Rd，Sd端分别接0-1开关，CP接单脉冲源，Q端接0-1显示，见图3-2。

按表3-2要求，在Rd或Sd作用期间改变J，K和CP的状态，测试并记录Rd和Sd对输出状态的控制作用。

（2）J-K触发器逻辑功能测试：

改变J，K状态，测试其逻辑功能并记录于表3-3中。

（说明：

用Rd和Sd端对触发器进行异步复位或置位以设置现态Qn，写出相应的Qn+1）

表3-3

JK

CP

QnQn+1

00

↑

0

1

↓

0

1

01

↑

0

1

↓

0

1

10

↑

0

1

↓

0

1

11

↑

0

1

↓

0

1

（3）观察J-K触发器和D触发器的二分频波形。

将74LS112的J，K端接高电平，CP端接2KHz连续脉冲源，用双踪示波器同时显示CP端和Q端的波形，如图3-3所示。

图3-4为观察D触发器（74LS74）二分频波形的电路图，用双踪示波器观察CP端和Q端的波形，D触发器二分频波形的观察可在D触发器逻辑功能测试后进行。

3．D触发器（74LS74）逻辑功能的测试

（1）测试异步复位端Rd和异步置位端Sd的功能。

测试方法同前。

表3-4

CPDRdS