电工与电子技术实验

实验一、叠加原理和戴维南定理

实验预习：

一、实验目的

1、 牢固掌握叠加原理的基本概念，进一步验证叠加原理的正确性。 2、 验证戴维南定理。

3、 掌握测量等效电动势与等效内阻的方法。

二、实验原理 叠加原理：

在线性电路中，有多个电源同时作用时，在电路的任何部分所产生的电流或电压，等于这些电源分别单独作用时在该部分产生的电流或电压的代数和。

为了验证叠加原理，可就图1-2-1的线路来研究。当E1和E2同时作用时，在某一支路中所产生的电流I，应为E1单独作用在该支路中所产生的电流I和E2单独作用在该支路中所产生的电流I之和，即I= I+ I。实验中可将电流表串接到所研究的支路中分别测得在E1和E2单独作用时，及它们共同作用时的电流和电压加以验证。

+–E1I ++ II–E2E1 –+– E2

图1-2-1 叠加原理图

(a) (b)

图1-2-2 戴维南定理图

戴维南定理：

一个有源的二端网络就其外部性能来说，可以用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势E等于网络的开路电压UOC；该电压源的内阻等于网络的入端电阻（内电阻）Ri 。

图1-2-2的实验电路，现研究其中的一条支路（如RL支路）。那么可以把这条支路以外的虚线部分看作是一个有源二端网络，再把这个有源网络变换成等效电动势和内阻Ri串联的等效电路。

三、预习要求与计算仿真

1、本次实验涉及到以下仪器：直流稳压电源、直流电压表、直流毫安表，电流插头、插座。关于这些设备的使用说明，详见附录，在正式实验前应予以预习。

2、根据图1-2-3、1-2-4中的电路参数，计算出待测量的电流、电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测量仪表的量程。

3、利用PSPICE仿真软件，根据图1-2-3、1-2-4设计仿真电路，并试运行。（PSPICE仿真软件的使用方法详见附录）

四、注意事项

1、测量各支路的电流、电压时，应注意仪表的极性以及数据表格中“+、-”号的记录。 2、电源不作用时，不可将稳压源直接短接。 3、用万用表直接测内阻时，网络内的独立电源必须先置零，以免损坏万用表，其次，欧姆表必须经调零后再进行测量。 4、改接线路时，要关掉电源。

五、思考题

1. 叠加原理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？

2. 各电阻所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？为什么？试用具体数据分析说明。 3. 在求戴维南等效电路时，作短路实验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？

实验内容：

一、实验线路

实验线路如图1-2-3、1-2-4所示。

ADS1E1I1AI3I2BS2E2300510mA+510-12V10RL200

B

图1-2-3叠加原理实验电路 图 1-2-4戴维南定理实验电路

C二、实验设备 序号 1 2 3 4

三、实验步骤 1、 叠加原理实验

实验前，先将两路直流稳压电源接入电路，令E1=12V，E2=6V。 按图1-2-3接线，并将开关S1、S2投向短路一侧。（开关S1和S2分别控制E1、E2两电源

名称 直流稳压电源 电流表 万用表 直流电路实验板 规格型号 WYK—303B3双路 直流0-1A VC9801A 数量 1 1 1 1

的工作状况，当开关投向短侧时说明该电源不作用于电路。）

1） 接通E1=12V电源，S2投短路侧（E1单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填

入表1-2-1中。

2） 接通E2=6V电源，S1投短路侧（E2单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填

入表1-2-1中。

3） 接通E1=12V电源，E2=6V电源（E1和E2共同作用），测量此时各支路电流，测量结

果填入表1-2-1中。

2、 戴维南定理实验

按图1-2-4接线，将一路直流稳压电源接入电路，令U保持12V。

1） 测网络的开路电压UOC 。将RL断开，用电压表测有源二端网络开路电压UOC ，（A、

B两点间电压），即得等效电压源的等效电动势ES。记入表1-2-2中。

2） 测网络的短路电流ISC 。将RL断开，并将A、B两点间用一根短路导线相连，用电流表测有源二端网络短路电流ISC，（A-mA-B支路的电流），即得等效电流源的等效电流IS 。记入表1-2-2中。

3） 测有源二端网络入端电阻Ri 。三种方法测量，结果记入表1-2-2中。

a) 先将电压源及负载RL从电路中断开，并将原电压端所接的两点用一根短路导线相连。用万用表测出A、B两点间的电阻RAB（RAB=Ri）。

b) 测有源二端网络开路电压UOC和有源二端网络短路电流ISC ，算出入端电阻Ri 。（Ri= UOC / ISC）

c) 先断开RL ，测网络的开路电压UOC 。再将RL接上，用电压表测负载RL的两端电压UAB ，调节RL，使UAB =（1/2） UOC ，则此时Ri = RL。（为什么？） 4）A、B间接RL（任意值），测RL两端电压和流过RL上的电流，记入表1-2-3中。

四、表格与数据 表1-2-1 测量 U1=12V U2=6V U1=12V U2=6V

表1-2-2 测量值 计算值

表1-2-3 计算值 URL（V） 测量值 计算值 IRL（mA） 测量值 开路电压UOC（V） I1（mA） 计算 误差 测量 I2（mA） 计算 误差 测量 I3（mA） 计算 误差 短路电流 ISC（mA） 等效内阻Ri a) b) c)

RL = RL =

五、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、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性，验证戴维南定理的正确性。 3、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，考虑是否有其它测量方法。 4、心得体会及其它。

注：1、如下图所示，实验时可能会出现的类似电路。 F12 图1-2-5 叠加原理实验电路

图1-2-6 戴维南定理实验电路

实验二、单相交流电路

实验预习：

一、实验目的 1、通过对R-L串联电路及其与C并联的单相交流电路的实际测定，查找出它们的电压、电流及功率之间的关系。

2、学习电路元件参数的测量方法（间接法测定R、r、L、C等）。

3、掌握感性负载并联电容提高功率因数的方法，并进一步理解其实质。 4、学习并掌握功率表的使用。

二、实验原理 1、R-L串联电路

UR100V•RUUS••rXL ZS

图1-8-1 R-L串联电路

图1-8-1表示了一个R-L串联电路，其电感为空心线性电感。由于空心线性电感的内阻不可忽略，这里用内阻r与理想电感XL串联来代替空心电感，设其总阻抗为ZS。

0，列出UUUUUU 根据URSRrL电感线圈上的正弦电压US将超前电流I一个1角度，相

量图如图1-8-2所示。由相量图上的电压三角形，根据余弦定理，得：

US2 = UR2 +U2 -2 U UR Cos1

从而求出1，而U（R + r）=U Cos1

图1-8-2 R-L串联电路中电压、

式中U（R + r）=UR + U r

电流相量图

又因为UL =U Sin1 ，这样可求得： R =UR / I1 ； r = U r / I1；X L=UL /L ； L =X L /ω =X L / 2πf

2、研究感性负载电路提高功率因数的方法。 感性负载电路的功率因数一般比较低，为了提高电路的功率因数，常在感性负载电路的两端并联电容器，以提高电路的功率因数。并入电容后的电压、电流相量图如图1-8-3所示。电容支路的电流IC在相位上超前电源电压90º（以U为参考）。 图1-8-3 感性负

载并联电容后的电

流相量图

R

0 III 并联电容后线路的总电流 I1C由图1-8-3的相量图，根据余弦定理得：I12 = IC2 +I2 -2 I IC COS（90º + ）：

式中 COS（90º + ）= -Sin  。这样，只要测量出I、I1、IC，即可根据上式求得角

及 COS 1 ，因为角 < 1 ，所以COS  > COS 1，功率因数得以提高。

由此可以充分说明感性负载电路并联电容后，能够提高电路的功率因数，并入的电容容量由下式决定：

C=（tg 1 - tg ）P/ωU2 ；式中1 ，为并联电容补偿前和补偿后的功率因数角。 3、功率表的结构、接线与使用。 功率表（又称瓦特表）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，电压线圈可以与电源并联使用，也可与负载并联使用，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耗的功率也计入了功率表的读数之中。图1-8-4是功率表电压线圈前接法的外部连接线路。

图1-8-4 功率表外部连接电路

三、预习要求与计算仿真

1、本次实验涉及到以下仪器：功率表、交流电压表、交流电流表、自耦调压器。关于这些设备的使用说明，详见附录，在正式实验前应予以预习。

2、根据图1-8-5中的电路参数，估算出待测量的电流、电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测量仪表的量程。

3、利用PSPICE仿真软件，根据图1-8-5，选择合适参数，设计仿真电路，并试运行。（PSPICE仿真软件的使用方法详见附录）

四、注意事项

1、本实验用交流市电100V，务必注意用电和人身安全。 2、在接通电源前，应先将自耦调压器手柄置在零位上。调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高，每次改接实验线路或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必须严格遵守安全操作规程。

3、功率表要正确接入电路，使用时注意实验电流、电压不超过功率表电压和电流的量限，读数时应注意量程和标度尺的折算关系。

五、思考题

1、 为什么电感性负载在并联电容器后可以提高功率因数？是否并联电容越大，功率因数越高？

2、 RL串联电路在并联电容后，电路的总功率P及RL支路中的电流怎样变化？ 3、 电感性负载串联电容后线路的功率因数是否发生变化？ 4、为什么不用串联电容的方法来提高线路的功率因数？

实验内容：

一、实验线路

实验线路如图1-8-5所示。

（◎ 为电流插座，用来串入电流表测量电流I，I1，IC）

图1-8-5 单相交流电路功率因数改善的实验电路

二、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 7

名称 功率表 交流电流表 交流电压表 自耦调压器 实验线路板 线性电感 滑动变阻器 规格 型号 D34－2 D35－1 D36－1 1500匝 3000匝 330 数量 1 1 1 1 1

三、实验步骤

按图1-8-5线路接线，取R=330（实验台上滑线变阻器取1/3处），电感3000匝。调整自耦调压器，使二次侧输出电压为100V。

1、3000匝电感线圈负载实验

1）R-L串联电路实验

闭合开关S，断开开关S1，即为R-L电路。用功率表、电压表、电流表量测并读取U，

UR，US，I，I1，及P等数据，记入表1-8-1中。（注意：此时，电容未并入电路，I = I1） 2）R-L串联电路并电容C实验

闭合开关S，逐步选择并入的电容C的数值，并再次测量U，UR，US，I，I1，IC及P等数据，将不同的电容C值时对应的上述数据值记入表1-8-1中。

2、1500匝电感线圈负载实验*

将图1-8-5中电感改为线性电感（1500匝，40mH），重复1实验步骤。

四、表格与数据 表1-8-1

数据 项目 未投C C=1μF C=2.2μF C=3.2μF C=4.7μF C=5.7μF C=6.9μF C=7.9μF 五、实验报告

1、根据实验所得数据，计算出电路中各元件参数值，填入表中。

2、根据实验时测量数据，以电压U为参考量、按比例绘出相量图。并分析在逐渐增加并联电容数值时，总电流I将如何变化？判断COS的变化情况？

3、作出电流随电容变化的关系曲线I = f（C）

注：1. 在某些实验台上，电容C无法像表1-8-1中那样取值，此时可取2、3、4、6、7、8μF等。

U 测量值 UR V US I I1 A IC P W R 计算值 XL XC Ω ∣ZS∣ r cos 

实验三、三相交流电路

实验预习：

一、实验目的

4、 掌握三相负载星形、三角形联接的方法。

5、 验证在这两种接法下，三相负载线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系。 6、 充分理解三相四线制供电系统中，中线的作用。

二、实验原理

IPAABCN ILAAIPABILAIN

BC

图1-10-1 三相负载星形连接 图1-10-2 三相负载三角形连接

1．如图1-10-1所示，负载作星（Y）形联接。

端线上的电流（线电流）IL就是负载中的电流（相电流）IP 。即IL = IP 。

1）有中线时（三相四线制），由于UN’N=0 ，因此负载相电压UP’就是电源相电压UP 。

即 UP'UP , UL3UPIII0若负载对称,则INABC若负载不对称 ,则

III0INABC2）无中线时（三相三线制）

若负载对称，则UN’N=0 ， UP’ = UP

若负载不对称，则UN’N≠0 ，UP’≠ UP

故倘若中线开断，会导致三相负载不对称，致使负载轻（负载阻抗大）的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；使负载重（负载阻抗小）的那一相的相电压过低，使负载不能正常工作，为保证负载正常工作，必须采取三相四线制供电。

2．如图1-10-2所示，负载作三角形（△）联接时：

每相负载接于两根端线之间，故每相负载的相电压UP’ 就是电源的线电压UL 。 即ＵＰ’=ＵＬ 。 端线电流与负载相电流的一般关系为：

II, III, III IAABCABBCABCCABC

若负载对称，则线电流ＩＬ和相电流ＩＰ的关系为IL3IP，

其中：线电流ＩL＝ＩA＝ＩB＝ＩC ， 相电流ＩP＝ＩAB＝ＩBC＝ＩCA 若负载不对称，则 IL3IP ，但只要电源的线电压对称，加在三相负载上

的电压仍是对称的，对各相负载的工作没有影响。 3. 图1-10-3给出了三相交流实验所用的电源和负载。

本实验电源采用三相交流市电，线电压为380V。首先通过三相自耦变压器调压，然后再经过过流保护装置，最后从U、V、W、N端接入实验电路。

每相负载由三盏220V/25W灯泡并联组成。开关K用于控制三相负载的对称情况。K闭合时，对应灯泡导通，断开时，对应灯泡关闭。

UU1380VVWNV1380VW1N1三相可调电源U(A)

aKA1KA2KA3xbXV(B)KB1KB2KB3ycYW(C)KB1KB2KB3zZ三相负载

图1-10-3 三相交流实验面板图

三、预习要求与计算仿真

1、本次实验涉及到以下仪器：交流电压表、交流电流表。关于这些设备的使用说明，详见附录，在正式实验前应予以预习。

2、根据图1-10-4、1-10-5，计算出待测量的电流、电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测量仪表的量程。

3、利用PSPICE仿真软件，根据图1-10-4、1-10-5，选择合适参数，设计仿真电路，并试运行。（PSPICE仿真软件的使用方法详见附录）

四、注意事项

1、本实验采用三相交流市电，线电压达380Ｖ，实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。

2、每次接线完毕，必须经指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守“先接线、后通电；先断电、后拆线”的实验操作原则。

3、负载从星形转为三角形时，必须记得断开中线，以免发生短路事故。 4、UNN’是指电源中心点N至负载中心点N’之间的电压差，测量时请注意。

五、思考题

1、画出负载作星形和三角形联接时的实验线路图。 2、三相负载如何作星形或三角形联接？

3、复习三相交流电路的有关内容。试分析三相星形联接（对称、不对称）时，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？

4、本次实验中，灯箱负载中灯泡（220V , 25W）可承受220V电压，为何要将电源的相电压调至100V？

5、图1-10-3中的三相可调电源，其U、V、W三相上都加装了过流保护FU，为何中线N上却没有加装？

实验内容：

一、实验线路

实验线路如图1-10-4、1-10-5所示。

UV三相可调电源WNU(A)V(B)W(C)N’N 图1-10-4 三相负载星形连接电路

ILU三相可调电源VWW(C) U(A)V(B)IP

图1-10-5 三相负载三角形连接电路

二、实验设备 序号 名 称 1 2 3 4 5 6

三、实验步骤

将三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出相电压为100V，并按下述内容完成各项实验。

1、 负载星形联接

按图1-10- 4所示，连接实验电路，经教师检查合格后方可接通电源。 （１） 有中线（ＹＮ）

令三相负载对称，即闭合所有控灯开关K，使A、B、C三相灯数为3:3:3。测量负载相电压、相电流，线电压、线电流，中线电流及电源与负载间的中点电压，记入表1-10-1中。

令三相负载不对称，即C相去掉两只灯，使A、B、C三相灯数为3:3:1。重复上述步骤。

（２） 无中线（Ｙ）

断电，拆除中线NN’，此时为无中线的三相电路。重复步骤（１）

（３） 不对称负载的特例

Ａ相开路，使三相灯数为０：２：１，分别在有中线、无中线的情况下，重复上述步骤。观察各相灯泡明暗情况，了解不对称负载联接时，若中线断开将对负载工作电压的严重影响。

2、负载作三角形（△）联接：

按图1-10- 5所示，连接实验电路，经教师检查合格后方可通电实验。

在负载对称时，即A、B、C三相灯数为3:3:3，测量线电压、线电流、相电流。 负载不对称时，即A、B、C三相灯数为3:3:1，重复上述步骤。将数据记入表1-10-２中。

四、表格与数据 表1-10-１

交流电压表 交流电流表 万用表 三相自耦调压器 三相灯组负载 电流插座 型号与规格 0～500V 0～5A 220V，15W白炽灯 数量 1 1 1 1 9 3 备注 D33 D32 自备 DG01 DG08 DG09

测量数据负载情况 线电流（mＡ） 线电压（Ｖ） IA IB IC UAB UBC UCA 相电压（Ｖ） IN UAN’ UBN’ UCN’ (mA) UNN’ (V) ＹＮ Ｙ 特例 对 称 不对称 对 称 不对称 有中线 无中线

表1-10-２ 测量数据负载情况 △

五、实验报告

1、用实验测得的数据验证对称三相电路中的3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。

注：1、如下图所示，实验时可能会出现的类似电路。此时电源电压不可调，相电压为220V。

对 称 不对称 线电流（mＡ） IA IB IC 相电流（mＡ） 相电压＝线电压（Ｖ） UAB UBC UCA ＩAB ＩBC ＩCA

实验四 常用电子仪器的使用

预习部分

一、实验目的

1. 学习电子电路实验中常用的电子仪器──示波器、 函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等的主要技术指标、性能及正确使用方法。

2. 初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。

二、实验原理

在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。它们和万用电表一起，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。

实验中要对各种电子仪器进行综合使用，可按照信号流向，以连线简捷，调节顺手，观察与读数方便等原则进行合理布局，各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图2-1-1所示。接线时应注意，为防止外界干扰， 各仪器的共公接地端应连接在一起，称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线，示波器接线使用专用电缆线，直流电源的接线用普通导线。

图 2-1-1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图

1. 示波器

这里对YB4324 型双踪示波器的使用作说明如下： 1) 寻找扫描光迹点 在开机半分钟后，如仍找不到光点，可调节垂直（position↓↑）和水平（positiom← →）移位旋钮，将光点移至荧光屏的中心位置。

2) 为显示稳定的波形，需注意YB4324 示波器面板上的下列几个控制开关（或旋钮）的位置。 a、“扫描速率(sec/div)”开关──它的位置应根据被观察信号的周期来确定。 b、“触发源（trigger source）”选择开关（内、外）──CH1（CH2）：在双踪显示时，触发信号来自CH1（CH2）通道，在单踪显示时，触发信号来自被显示的通道；交替（ALT）：在双踪交替显示时，触发信号来自于两个Y通道，此方式用于同时观察两路不相关的信号；

电源（line）：触发信号来自于市电；外接（ext）：用于外触发，外触发输入端口（ext input）。耦合方式（coupling） 用于外触发。 c、“扫描方式（sweep mode）”开关──置于“自动(auto)”位置观察频率高于50Hz的信号，当频率低于50Hz时选择“常态（norm）”。 3）示波器有五种显示方式 “CH1”、“CH2”、“ADD”、“ALT”与“CHOP”。作双踪显示时，通常采用“ALT”交替显示方式，仅当被观察信号频率很低时（如几十赫芝以下），为在一次扫描过程中同时显示两个波形，才采用“CHOP”断续显示方式。

4）在测量波形的幅值时，应注意Y 轴灵敏度(volts/div)上的“微调(variable)”旋钮置于“校准(cal)”位置（顺时钟旋到底）。在测量波形周期时，应将扫描速率（sec/div）上的“微调”旋钮置于“校准”位置（顺时钟旋到底）。 2. 函数信号发生器

函数信号发生器按需要可输出正弦波、方波、三角波等信号波形。输出信号电压幅度可由输出幅度调节旋钮进行连续调节。输出信号电压频率可以通过频率分挡开关进行调节，并由频率计读取频率值。

函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。 3. 交流毫伏表

交流毫伏表只能在其工作频率范围内，用来测量正弦交流电压的有效值。DF2173交流电压表适用于5Hz~2MHz,30μV~300V 的交流信号的电压有效值测量。 为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置处，然后在测量中逐挡减小量程。

接通电源后，将输入端短接，进行调零。然后断开短路线，即可进行测量。

三、预习要求

1. 阅读有关示波器部分内容。

2. 已知C＝0.01μf、R＝10K，计算图2-1-2 RC移相网络的阻抗角θ。

实验部分

一、实验设备与器件

序号 1 2 3 4 名称 函数发生器 示波器 交流毫伏表 实验线路板 型号与规格 DF1641 YB4324 数量 1 1 1 1 备注

二、实验内容

1. 测量示波器内的校准信号 用机内校准信号（probe adjust）（方波 f ＝1KHz±2％，电压幅度 (0.5V±2％) 对示波器进行自检。

1) 调出“校准信号”波形

将示波器校准信号输出端通过专用电缆线与CH1（或CH2）输入插口接通，调节示波器各有关旋钮，将扫描方式开关置“自动”位置，对校准信号的频率和幅值正确选择扫速开

关(sec/div)及Y轴灵敏度开关(Volts/div)位置， 则在荧光屏上可显示出一个或数个周期的方波。

2) 测量“校准信号”幅度

将Y轴灵敏度（volts/div）微调旋钮(variable)置“校准(cal)”位置，Y轴灵敏度开关置适当位置，读取校准信号幅度，记入表2-1-1。 表2-1-1 标准值 实测值 幅 度 0.5V V(P-P) 频 率 1KHz 上升沿时间 ≤2μS 下降沿时间 ≤2μS

3) 测量“校准信号”频率

将扫速微调旋钮(sec/div)置“校准”位置，扫速开关置适当位置，读取校准信号周期，记入表2-1-1。

4) 测量“校准信号”的上升时间和下降时间

通过扫速开关逐级提高扫描速度，使波形在X 轴方向扩展（必要时可以利用“扫速扩展(pull)”开关将波形再扩展5倍）。由于扫速太快，方波在X轴上伸展得很宽，荧光屏上只能显示方波的一个边沿。有两种方法可以使荧光屏上分别显示上升沿和下降沿：方法一，利用X轴触发极性选择开关，若X轴触发极性为“+”，则X轴从方波上升沿开始扫描，荧光屏显示方波下降沿；改变X轴触发极性为“—”，则X轴从方波下降沿开始扫描，荧光屏显示方波上升沿。方法二，触发方式开关置于“常态”，调节X轴触发电平旋钮，使荧光屏上波形移相。从荧光屏上读出上升时间和下降时间，记入表2-1-1。 2. 用示波器和交流毫伏表测量信号参数

令函数信号发生器输出频率分别为100HZ、1KHZ、10KHZ、100KHZ，有效值均为1V（交流毫伏表测量值）的正弦波信号。

改变示波器扫速开关及Y轴灵敏度开关位置， 测量信号源输出电压的频率及峰峰值（VP-P），记入表2-1-2。 表2-1-2 信号电压示波器测量值 频 率 周期(mS) 频率(HZ) 100HZ 1KHZ 10KHZ 100KHZ 信号电压毫示波器测量值 伏表读数(V) 峰峰值(V) 有效值(V)

3. 测量两波形间相位关系。

1) 观察双踪显示波形“交替”与“断续”两种显示方式的特点

CH1，CH2均不加输入信号，扫速开关置扫速较低挡位（如0.5s／div挡）和扫速较高挡位（如5μs／div挡）， 把“显示方式”开关分别置于“交替”和“断续”位置，观察两条扫描线的显示特点。

2) 用双踪显示测量两波形间相位关系 ① 按图2-1-2连接实验电路， 将函数信号发生器的输出电压调至频率为1KHZ，幅值为2V的正弦波，经RC移相网络获得频率相同但相位不同的两路信号ui和uR，分别加到双踪示波器的CH1和CH2输入端。

图 2-1-2 两波形间相位差测量电路

② 把显示方式开关置“交替”挡位，将CH1和CH2输入耦合方式开关置“gnd”位，调节CH1、CH2的↑↓移位旋钮，使两条扫描基线重合，再将CH1、CH2 输入耦合方式开关置“AC”挡位，调节扫速开关及CH1、CH2灵敏度开关位置，此时在荧屏上将显示出ui和uR两个相位不同的正弦波形如图2-1-3所示，则两波形相位差为

图 2-1-3 双踪示波器显示两相位不同的正弦波

QXdiv3600XTdiv 式中：XT── 一周期所占刻度片格数 X── 两波形在x轴方向差距格数 记录两波形相位差于表2-1-3。 表2-1-3 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＝ Q＝ Q＝

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。

三、实验报告

1．整理实验数据，并进行分析。

⒉．通过实验对YB4324示波器它们的操作特点及适用场合加以总结。

实验五 晶体管共射极单管放大器

预习部分

一、实验目的

⒈ 学会放大器静态工作点的调试方法， 分析静态工作点对放大器性能的影响。 ⒉ 掌握放大器主要性能指标及其测试方法。

⒊ 熟悉示波器、函数发生器、交流毫伏表、直流稳压电源及模拟实验箱的使用。

二、实验原理

1．静态工作点对放大器性能的影响及调试 1) 静态工作点

当放大电路未加输入信号（ui = 0）时，在直流电源作用下，晶体管基极和集电极回路的直流电流和电压用IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ表示，它们在晶体管输入和输出特性上各自对应一个点，称为静态工作点。

放大器静态工作点Q的位置对放大器的性能和输出波形有很大影响。以NPN型三极管为例，如工作点偏高（如图2-2-1中的Q1点），放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uo的负半周将被削底；如工作点偏低（如图2-2-1中的Q2点）则易产生截止失真，即uo的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的ui，检查输出电压uo的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。

iciB交流负载线Q1ibticQ2tOucetibtuCEucett

图2-2-1 静态工作点不合适产生波形失真

最后还要说明的是:上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信．．．．号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。若要获得最大的不失真输出

电压，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点，如图2-2-2中的Q点。

iC交流负载线ICQQ直流负载线OUCEQUCCuCEUopp

图2-2-2 具有最大动态范围的静态工作点

+UCC+12VRB2RS10kC110μFRP100k20kC210μFUsUiRB120kRERE1100CE50μFUoRE21k

图2-2-3 共射极单管放大器

2) 静态工作点的调试和测量方法 静态工作点由偏置电路设置。放大电路常用的偏置电路有固定和分压式偏置电路。固定偏置电路仅由一个基极电阻构成，要求电阻在兆欧数量级上，Q点易受晶体管参数变化和基极电阻值误差的影响。图2-2-3所示是分压式偏置的共射极放大电路。偏置电路由两个千欧数量级的基极电阻RB1和RB2构成，并添加射极电阻，也称射极偏置。它具有自动调节静态工作点的能力，当环境温度变化或更换晶体管时Q点基本不变。

改变电路参数UCC 、RC 、RB（RB1 、RB2）都会引起静态工作点的变化，但通常多采用调节上偏置电阻RB2的方法来改变静态工作点。例如在图2-2-3所示电路中减小RB2，则可使静态工作点提高等。

测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui＝0的情况下进行。选用量程合适的直流电压表，分别测量晶体管各电极对地的电位UB、UC和UE。静态工作点为：

UBEQ＝UB－UE UCEQ＝UC－UE

ICQ≈IEQ＝UE / RE 。

上述测量中IC采用了间接测量法，是测量中常用的方法。若集电极电路可以断开，也可串入电流表直接测量ICQ。IBQ为微安级，通常不测。

2．放大器主要动态指标测试

放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）等。

1) 电压放大倍数Av的测量

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和Uo，则Av＝Uo / Ui

2) 输入电阻Ri的测量

为了测量放大器的输入电阻，按图2-2-3电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻RS，在放大器正常工作的情况下， 用交流毫伏表测出Us和Ui，则根据输入电阻的定义可得

RiUiUiUiRs UIiUSUiRRs测量时应注意

① 由于电阻RS两端没有接地点，而交流毫伏表通常是测量对地交流电压，所以测量RS两端电压 UR时必须分别测出Us和Ui，然后按UR＝Us－Ui求出UR值。

② 电阻Rs的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取RS与Ri为同一数量级。

图2-2-4 输入、输出电阻测量电路

3) 输出电阻Ro的测量

按图2-2-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载 RL的输出电压Uo和接入负载后的输出电压UL ，根据ULRLUO , 即可求出RO。

RORL

RO(UO1)RL UL 在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。 4) 最大不失真输出电压Uop-p的测量（最大动态范围）

根据图2-2-2，放大器的最大动态范围即最大不失真输出电压的峰-峰值Uop-p。为了测量最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器输出波形不失真的情况下，逐步增大输入信号的幅度，用示波器观察UO。当出现单向失真时则调节RP（改变静态工作点）使失真消失；当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真，用交流毫伏表测出Uo（有效值），则Uop-p =22UO。或用示波器直接读出输出电压的峰-峰值Uop-p。

三、预习要求

1．复习分压式偏置的单管共射极放大器工作原理、静态工作点的估算和主要动态指标的计算。

2．复习示波器、函数发生器、直流稳压电源和交流毫伏表的使用。

3．使用Pspice仿真图2-2-3所示电路，晶体管型号为2N2222，RB1＝20KΩ，RB2＝60KΩ，Rc＝2.4KΩ，RL＝2.4KΩ。设置不同的β值，改变环境温度，计算电路在各种情况下的静态工作点和电压放大倍数Au。

四、思考题

1．能否用直流电压表直接测量晶体管的UBE 、UCE？ 说明你的理由。

2．当调节偏置电阻RB2，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化？ 3．改变静态工作点对放大器的输入电阻Ri有否影响？改变外接电阻RL对输出电阻Ro有否影响？ *4．结合实验电路的Pspice仿真结果说明图2-2-3所示放大电路在环境温度变化及更换不同β值的晶体管时静态工作点和电压放大倍数Au是否变化，并分析原因。

5．测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表、示波器中任一仪器的二个测试端子接线换位（即各仪器的接地端不再连在一起），将会出现什么问题？

实验部分

一、实验设备与器件

序号 1 2 3 4 5 6

名称 直流稳压电源 函数发生器 示波器 交流毫伏表 万用表 实验线路板 型号与规格 DF1731 DF1641 YB4324 DF2173 500型 数量 1 1 1 1 1 1 备注

二、实验内容

按图2-2-3接好实验电路。各电子仪器可按实验一中图2-1-1所示方式连接，为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起，同时信号源、交流毫伏表和示波器的引线应采用专用电缆线或屏蔽线，如使用屏蔽线，则屏蔽线的外包金属网应接在公共接地端上。 ⒈ 测量静态工作点

直流电源调至12V，加入放大电路，注意电源正、负极与放大电路的连接。静态时放大电路A端与地短接，不加信号源，此时输入信号ui＝0。调节RP，设置静态工作点ICQ＝2.0mA（即UE ≈ICQRE＝2.2V），用直流电压表测量UB、UE及UC ，记入表2-2-1。 表2-2-1 Ic＝2mA 测 量 值 UB(V) UE(V) UC(V) UBEQ(V) 计 算 值 UCEQ(V) ICQ(mA)

⒉ 测量电压放大倍数、输入电阻和输出电阻

在放大器输入端加入频率为1KHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使Ui＝100mv，测量源信号US，用示波器观察放大器输出电压UO的波形以及UO和Ui的相位关系。在波形不失真的条件下，用交流毫伏表分别测量空载和带载时的输出电压，记入表2-2-2和表2-2-3

表2-2-2 ICQ＝2.0mA RC=2.4kΩ RS=10kΩ RL(kΩ) ∞，空载 Uo(V) AV 观察记录一组UO和Ui波形 ui uo t t 2．4kΩ

表2-2-3

US (mV) Ui (mV) Ri(kΩ) 测量值 计算值 UL (V) UO (V) RO(kΩ) 测量值 计算值

3 观察静态工作点对输出波形失真的影响

调节RP，使波形正半周出现失真，绘出UO的波形，并测出静态值UC和UE，说明失真情况和晶体管工作状态，记入表2-2-3中。然后反向调节RP，使波形负半周出现失真，记录波形并测量静态值。若波形失真不明显可适当增大信号源电压US。每次测UC和UE时都要使放大电路处于静态，即置U s = 0，注意不可将信号源短路。 表2-2-4 RC＝2.4KΩ RL＝2.4KΩ 测量值 UC (V) UE (V) 计算值 ICQ(mA) UCEQ(V) 失真情况 UO波形

t t

4. 测量最大不失真输出电压

分别调节输入信号幅度和电位器RP，用示波器观察输出波形，使输出波形为最大不失真正弦波。测量此时的静态集电极电流ICQ和输出电压的峰-峰值Uop-p，用交流毫伏表测量UO及Ui值，记入表2-2-5。

表2-2-5 RL ＝2.4K ICQ (mA) Ui (mV) UO (V) Uop-p (V)

三、实验报告

⒈ 列表整理测量结果，并把实测的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻之值与理论计算值比较（取一组数据进行比较），分析产生误差原因。

⒉ 记录预习要求3的仿真结果，分析分压式偏置电路稳定静态工作点的作用。 ⒊ 讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。 ⒊ 分析讨论在调试过程中出现的问题。

实验六 集成运算放大器的应用（一）

模拟运算电路

预习部分

一、实验目的

1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。

2. 掌握运算放大器的使用方法，了解其在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验原理

集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。本实验采用的集成运放型号为μA741，引脚排列如图2-7-1所示。它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正，负电源端，①脚和⑤脚为失调调零端，①⑤脚之间可接入一只几十KΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端。 ⑧脚为空脚。

当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。

1) 反相比例运算电路

电路如图2-7-2所示。对于理想运放， 该电路

的输出电压与输入电压之间的关系为

Uo＝－（RF / R1）Ui

为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在

同相输入端应接入平衡电阻

R2＝R1‖RF。

2) 反相加法电路

图2-7-1 μA741管脚图

图2-7-2 反相比例运算电路 图2-7-3反相加法运算电路

电路如图2-7-3所示，输出电压与输入电压之间的关系为

RFRFUOUU R3R1//R2//RF Ri1Ri2 21

3) 同相比例运算电路

图2-7-4(a)是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 Uo＝（1＋RF/ R1）Ui R2＝R1 // RF

当R1→∞时，Uo＝Ui，即得到如图2-7-4(b)所示的电压跟随器。图中R2＝RF ，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ，RF 太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

(a) 同相比例运算电路 (b) 电压跟随器

图2-7-4 同相比例运算电路

4) 差动放大电路（减法器）

对于图2-7-5所示的减法运算电路，当R1＝R2，R3＝RF时， 有如下关系式

UORFUi2Ui1R1

图2-7-5 减法运算电路 图2-7-6 积分运算电路 5) 积分运算电路

反相积分电路如图2-7-6所示。在理想化条件下，输出电压uo等于

1UOtUidtUC0 RC0 式中 Uc(o)是t＝0时刻电容C两端的电压值，即初始值。 如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设Uc(o)＝0，则

t1EUOtEdt RC0RC 即输出电压 Uo(t)随时间增长而线性下降。显然RC的数值越大，达到给定的Uo值所需的时间就越长。积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。

t

在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中K1闭合，即通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K1打开，以免因R2的接入造成积分误差。K2的设置一方面为积分电容放电提供通路，可实现积分电容初始电压Uc(o)＝0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号ui后， 只要K2一打开， 电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。

在实验时使用集成运放应考虑的一些问题

1) 输入信号选用交、直流量均可， 但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。

2) 调零。为提高运算精度，在运算前， 应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，可按组件要求接入调零电位器RW (如μA741、见图2-7-2)，调零时，将输入端接地（Ui=0），调零端接入电位器RW，用直流电压表测量输出电压U0，细心调节RW，使U0为零（即失调电压为零）。如运放没有调零端子，若要调零，可按图2-7-7所示电路进行调零。

图2-7-7 调零电路

一个运放如不能调零，大致有如下原因：① 组件正常，接线有错误。② 组件正常，但负反馈不够强（RF／R1 太大），为此可将RF短路，观察是否能调零。③ 组件正常，但由于它所允许的共模输入电压太低， 可能出现自锁现象，因而不能调零。为此可将电源断开后，再重新接通，如能恢复正常，则属于这种情况。④组件正常，但电路有自激现象，应进行消振。⑤组件内部损坏，应更换好的集成块。

3) 消振。一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零， 亦会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激，常采用如下措施

①若运放有相位补偿端子，可利用外接RC补偿电路，产品手册中有补偿电路及元件参数提供。②电路布线、元、器件布局应尽量减少分布电容。③在正、负电源进线与地之间接上几十μF的电解电容和0.01～0.1μF 的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。

三、预习要求

1. 复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压的理论值。

2．设计一模拟运算电路，满足关系式Uo2Ui13Ui2，其中Ui1、Ui2为直流输入电压。画出电路，标出元件参数。

四、思考题

1. 在反相加法器中，如U i1和Ui2均采用直流信号，并选定 Ui2＝－1V，当考虑到运

算放大器的最大输出幅度(±12V)时，｜U i1｜的大小不应超过多少伏？

2. 在积分电路中，如R1＝100KΩ， C＝4.7μF，求时间常数？假设Ui＝0.5V，问要使输出电压Uo达到5V，需多长时间（设uc(o)＝0）？ 3. 为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？ 实验部分

一、实验设备与器件

序号 ⒈ ⒉ ⒊ ⒋ ⒌ ⒍ 名称 直流电源 函数信号发生器 双踪示波器 交流毫伏表 直流电压表 实验装置 型号与规格 DF1731 运放μA741×1 数量 1 1 1 1 1 1 备注 电阻、电容若干

二、实验内容

实验前要看清运放组件各管脚的位置；切忌正、负电源极性接反和输出端短路，否则将会损坏集成块。

1. 反相比例运算电路

1) 调零，按图2-7-2连接实验电路，接通±12V电源，输入端对地短路，调节Rw，使Uo=0V。

2) 输入f ＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信号，测量相应的Uo，并用示波器观察uo和ui的相位关系，记入表2-7-1。 2. 同相比例运算电路

1) 按图2-7-4(a)连接实验电路。实验步骤同上，将结果记入表2-7-1。

2) 电压跟随器实验，将图2-7-4(a)中的R1断开，得图2-7-4(b)电路重复内容1)。 表2-7-1 Ui＝0.5V，f＝100Hz 反相比例 同相比例 电压跟随 Ui (V) Uo (V) AV 实测值 计算值 ui 波形 uo 波形 3. 加法运算电路

1) 按图2-7-3连接实验电路。调零和消振。

2) 输入信号采用直流信号，用直流电压表测量输入电压U i1、Ui2及输出电压Uo，记入表2-7-2。（实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区） 表2-7-2 反相加法 Uo (V) Ui1(V) Ui2(V) 实测值 计算值 0．2 0．1 0．2 0．2 0．2 0．3 -0．2 0．1 -0．2 0．2 -0．2 0．3

4．设计一模拟运算电路，满足关系式Uo2Ui13Ui2，Ui1、Ui2为直流输入电压。自拟表格，选择一组测试数据，测量输出电压。 5. 积分运算电路

实验电路如图2-7-6所示。

1) 打开K2，闭合K1，对运放输出进行调零。

2) 调零完成后，再打开K1，闭合K2，使uc(o)＝0。

3) 预先调好直流输入电压Ui＝0.5V，接入实验电路，再打开K2，然后用直流电压表测量输出电压Uo，每隔5秒读一次Uo，记入表2-7-3，直到Uo不继续明显增大为止。 表2-7-3 t (s) 0 5 10 15 20 25 Uo(V)

三、实验报告

⒈ 整理实验数据，画出波形图（注意波形间的相位关系）。 ⒉ 将理论计算结果和实测数据相比较，分析产生误差的原因。 ⒊ 分析讨论实验中出现的现象和问题。

实验七 TTL集成逻辑门电路

预习部分

一、实验目的

1. 掌握TTL集成与非门的逻辑功能和主要参数的测试方法 2. 掌握用与非门构成其他常用门电路的方法

3. 熟悉数字电路实验箱的结构，基本功能和使用方法

二、实验原理

本实验采用的集成芯片有2输入四与非门74LS00，4输入双与非门74LS20，2输入四异或门74LS86等，其引脚排列如图3-1-1所示。

图3-1-1 三种集成逻辑门电路的引脚排列

1. 与非门的逻辑功能

与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平（即有“0”得“1”，全“1”得“0”。） 其逻辑表达式为 YAB

2．异或门的逻辑功能

异或门的逻辑功能是：当两输入端的逻辑状态相异时（即一个输入端为高电平时，另一个为低电平），输出端为高电平；而当两输入端的逻辑状态相同时（即同为高电平或低电平），输出端才是低电平。

其逻辑表达式为YABABAB

TTL电路厂家规定，输出在0～0.8V之间为低电平，即逻辑“0”；在2.4～5V之间为高电平，即逻辑“1”。本实验所用的高低电平信号由实验箱的逻辑开关输出插口提供，开关向上，输出逻辑“1”，向下为逻辑“0”；输出采用发光二极管LED显示，亮为逻辑“1”，不亮为逻辑“0”。 3．与非门的电压传输特性

门的输出电压Uo随输入电压Ui而变化的曲线Uo＝f(Ui) 称为门的电压传输特性，通过它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平 UOH、输出低电平UOL、阈值电平UT等值。测试电路如图3-1-2所示，采用逐点测试法，即调节RW，逐点测得Ui及UO，然后绘成曲线。

图3-1-2 与非门传输特性测试

三、预习要求

1、复习教材中有关内容。

2、推导出用与非门实现与、或、或非等逻辑关系的逻辑表达式，并在multisim中进行仿真验证。

3、画出实验中各逻辑关系的逻辑电路图并根据所给集成片的引脚排列分配好各引脚。

四、思考题

在实际应用中若用74LS20来实现Y=AB时，多余的输入端应如何处理？

实验部分

一、 实验设备与器材

表3-1-1 实验设备与器材 序号 1 2 3 4 5 6 名称 直流电源 直流电压表 数电实验装置 74LS00 74LS20 74LS86 型号与规格 +5V 数量 1 1 1 1 1 1 备注

二、实验内容

1. 验证TTL集成逻辑门的逻辑功能

①图3-1-1所示各逻辑门的功能测定：门的各输入端接逻辑开关输出插口，输出端接由 LED发光二极管组成的显示插口。按表3-1-2和表3-1-3的真值表逐个测试各集成块中逻辑

门的逻辑功能。

②用“与非”门组成各种逻辑门的功能测定：用“与非”门组成“非”门、“与”门、“或”门、“或非”门。测定其功能填入表3-1-2中。

表3-1-2和表3-1-3中各输出关系如下：

Y1AB YY4AB2A Y3AB Y6AB Y7ABCD

表3-1-2 数据记录 输入 A B 0 0 0 1 1 0 1 1 Y1 输 出（逻辑电平/实测电平） Y2 Y3 Y4 Y5 Y5AB

Y6 表3-1-3 数据记录 输 入 A B C D 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 输 出（逻辑电平/实测电平） Y7

2、 测与非门的电压传输特性：采用逐点测试法，按图3-1-2接线，调节电位器RW，使Ui从0V向高电平变化，逐点测量Ui和Uo的对应值，记入表3-1-4中。

表3-1-4 实测数据记录

Ui(V) Uo(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.9 1.0 1.2 1.5 2.0 3.0 4.0

三、实验报告

1. 记录、整理实验结果，并对结果进行分析。

2. 画出实测的电压传输特性曲线，并从中读出各有关参数值。

四、TTL集成电路使用规则

1. 接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。 2. 电源电压使用范围为＋4.5V～＋5.5V之间，实验中要求使用 Ucc＝＋5V。电源极性绝对不允许接错。

3. 闲置输入端处理方法

(1) 悬空，相当于正逻辑“1”， 对于一般小规模集成电路的数据输入端，实验时允许悬空处理。但易受外界干扰，导致电路的逻辑功能不正常。因此，对于接有长线的输入端，中规模以上的集成电路和使用集成电路较多的复杂电路，所有控制输入端必须按逻辑要求接

入电路，不允许悬空。

(2) 直接接电源电压Vcc（也可以串入一只1～10KΩ的固定电阻）或接至某一固定电压(2.4≤ V ≤ 4.5V)的电源上， 或与输入端为接地的多余与非门的输出端相接。 (3) 若前级驱动能力允许，可以与使用的输入端并联。

(4) 输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。当R≤680Ω时，输入端相当于逻辑“0”；当R≥4.7 KΩ时， 输入端相当于逻辑“1”。对于不同系列的器件，要求的阻值不同。

(5) 输出端不允许并联使用[集电极开路门(OC)和三态输出门电路(3S)除外]。否则不仅会使电路逻辑功能混乱，并会导致器件损坏。

(6) 输出端不允许直接接地或直接接＋5V电源，否则将损坏器件， 有时为了使后级电路获得较高的输出电平，允许输出端通过电阻R接至Vcc，一般取R＝3～5.1 KΩ。

实验八 触发器的逻辑功能测试及其应用

预习部分

一、实验目的

1. 掌握基本RS、JK、D和T触发器的逻辑功能。

2. 掌握集成触发器的使用方法和逻辑功能的测试方法。 3. 熟悉触发器之间相互转换的方法。

二、实验原理

触发器具有两个稳定状态，用以表示逻辑状态\"1\"和\"0\"，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，它是一个具有记忆功能的二进制信息存贮器件，是构成各种时序电路的最基本逻辑单元。 1. 基本RS触发器

图3-4-1为由两个与非门交叉耦合构成的基本RS触发器， 它是无时钟控制低电平直接触发的触发器。基本RS触发器具有置\"0\"、置\"1\"和\"保持\"三种功能。通常称S为置\"1\"端，

因为S0时触发器被置\"1\"；R为置\"0\"端，因为R0时触发器被置\"0\"， 当 SR1 时状态保持。当 SR0时，两个与非门输出都为\"1\"，这就达不到Q与Q的状态应该相反的逻辑要求；而且，在S和R同时回到0后，触发器将由各种偶然因素决定最终状态。因此这种情况在使用中应禁止出现。

基本RS触发器也可以用两个“或非门”组成，此时为高电平触发有效。 2. JK触发器

在输入信号为双端的情况下，JK触发器是功能完善、使用灵活和通用性较强的一种触发器。本实验采用74LS76双JK触发器， 是下降边沿触发的边沿触发器。引脚功能及逻辑符号如图3-4-2所示。

JK触发器的状态方程为

Qn1JQnKQn

图3-4-1 基本RS触发器

图3-4-2 74LS76双JK触发器引脚排列与逻辑符号

J和K是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若J、K有两个或两个以上输入端时，组

成“与”的关系。Q与Q为两个互补输出端。通常把Q0,Q1 的状态定为触发器\"O\"状态；而把Q1,Q0定为\"1\"状态。

后沿触发JK触发器的功能表如表3-4-1所示。JK触发器常被用作缓冲存储器，移位寄存器和计数器。

表3-4-1 后沿触发JK触发器的功能表 _ SD 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 _ RD 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 J × × 0 0 1 1 × K × × 0 1 0 1 × Qn × × 0 1 0 1 0 1 0 1 1/0 __ CP × × ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ Qn+1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1/0 说 明 直接置位为“1” 直接复位为“0” 输出状态保持 输出状态为“0” 输出状态为“1” 输出状态翻转，计数状态 上升沿不触发

3. D触发器

图3-4-3 74LS74 双D触发器引脚排列与逻辑符号

在输入信号为单端的情况下，D触发器用起来最为方便， 其状态方程为 Qn+1＝D ; 其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态，D触发器的应用很广，可用作数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生等。图 3-4-3 为74LS74双D触发器的引脚排列和逻辑符号。其功能表如表3-4-2。

表3-4-2 D触发器的功能表 表3-4-3 T触发器的功能表 _ SD 0 1 1 1 _ RD 1 0 1 1 D × × 0 Qn × × 0 1 __ CP × × ↑ ↑ Qn+1 1 0 0 0 _ SD 0 1 1 1 _ RD 1 0 1 1 T × × 0 Qn × × 0 1 __ CP × × ↓ ↓ Qn+1 1 0 0 1

1 1 1 1 1 0 1 ↑ ↑ 1 1 1 1 1 1 1 0 1 ↓ ↓ 1 0

4. 触发器之间的相互转换

在集成触发器的产品中，每一种触发器都有自己固定的逻辑功能。但可以利用转换的方法获得具有其它功能的触发器。例如将JK触发器的J、K两端连在一起，并认它为T端，

n1TQnTQn 就得到所需的T触发器。如图3-4-4(a)所示，其状态方程为 Q T触发器的功能表如表3-4-3所示。

由功能表可见，当T＝ 0时，时钟脉冲作用后，其状态保持不变；当T＝1时，时钟脉

（a） T触发器 （b） D触发器

图3-4-4 JK触发器转换成T，D触发器

冲作用后，触发器状态翻转。所以，若将T触发器的T端置1，即得T'触发器。在T'触发器的CP端每来一个CP脉冲信号，触发器的状态就翻转一次，故称之为反转触发器，广泛用于计数电路中。

JK触发器也可转换为D触发器，如图3-4-4（b）所示。若将D触发器的Q端与D端相连，便转换成T'触发器。同样，D触发器也可转换为JK触发器，如图3-4-5所示。

（a）D转换成T’ (b) D转换成JK

图3-4-5 D触发器转换成T’，JK触发器

三、预习要求

1. 复习有关触发器内容

2. 列出各触发器功能测试表格

3. 在multisim中验证集成触发器通过转换的方法获得的其他触发器的功能 四、思考题

1. 利用普通的机械开关组成的数据开关所产生的信号是否可作为触发器的时钟脉冲

信号？为什么？是否可以用作触发器的其它输入端的信号？又是为什么？

2. 用74LS76的JK触发器转换成的D触发器与74LS74的D触发器在工作中有什么不同之处？

实验部分

一、实验设备与器材

表3-4-4 实验设备与器材 序号 1 2 3 4 5 6 名称 直流电源 双踪示波器 数电实验装置 74LS76 74LS74 74Ls00 型号与规格 ＋5V 数量 1 1 1 1 1 1 备注

二、实验内容

1. 测试基本RS触发器的逻辑功能

按图3-4-1，用两个与非门组成基本RS触发器，输入端R、S 接逻辑开关的输出插口，输出端 Q、Q接逻辑电平显示输入插口，实验结果记入表3-4-5中。 2. 测试双JK触发器74LS76逻辑功能

将JK触发器的 R D D， ，J，K端接逻, S辑开关插口，CP端接单次脉冲源，Q、Q端接

表3-4-5 数据记录 _ S _ R Q _ Q 1→0 至逻辑电平显示输入插口。按表3-4-1验证其逻1 0→1 辑功能。

1→0 3. 测试双D触发器74LS74的逻辑功能

1 0→1 测试方法同实验内容2。

0 0 4．触发器的转换及转换后的逻辑功能测试。

按图3-4-4，3-4-5接线，按各自实现的逻辑功能，参照表3-4-1 ~3- 4-3，自拟表格，验证其逻辑功能。

三、实验报告

1. 列表整理各类触发器的逻辑功能，说明触发器的触发方式。 2. 体会触发器的应用。