电工电子综合实践报告
四川大学网络教育学院 电工电子综合实践 校外学习中心:
广东奥鹏教育中心
学 生
姓 名:
陈晓宇
专
业:
电气工程及其自动化
层
次:
专 升 本
年
级:
2016 年春
学
号:
实
验 时 间:
2017 年 03 月 07
实验 题目
1、L、C 元件上电流电压的相位关系。
2、电路功率因素的提高。
3、虚拟一阶 RC 电路。
4、用数字电桥测交流参数。
5、差动放大电路。
6、负反馈电路。
7、算术运算电路。
8、整流、滤波与稳压电路。
9、编码器与译码器。
10、数据选择器。
11、触发器。
12、计数器。
实验 目的
1、在正弦电压激励下研究 L、C 元件上电流,电压的大小与它们的相位关系,以及输入信号的频率对它们的影响,学习示波器、函数发生器以及数字相位仪的使用。
2、明确交流电路中电流、电压与功率之间的关系,了解提高感性交流电路功率因数的方法及电路现象,学习功率表的使用方式,了解日光灯工作原理及线路连接。
3、在 Electronics workbench Multisim 电子电路仿真软件中,对一阶电路输入方波信号,用示波器测量其输入,输出之间的波形,以验证 RC 电路的充放电原理,并熟悉示波器的使用。
4、用TH2080型LCR数字交流电桥测量RLC的各种参数,了解电阻、电容、电感的特性。
5、加深对差动放大电路工作原理的理解,学习差动放大电路静态工作点的测量方法。解差动放大电路零漂产生的原因及抑制零漂的方法。学习差动放大电路差模、共模放大倍数与共模抑制比的测量方法。
6、加深对负反馈放大电路放大特性的理解。学习负反馈放大电路静态工作点的测试及调整方法。研究电压串联负反馈电路、电流负反馈偏置电路、电压负反馈偏置电路的反馈作用的实现过程,学习判断反馈电路的组态。观察输出电压波形,测定电路的电压放大倍数。
7、了解集成运放开环放大倍数vA 与最大输出电压max ov 的测
试方法,掌握比例运算、加法运算、减法运算、积分运算电路的调整,微分运算电路的连接与测试。了解集成运算放大器非线性应用的特点。
8、了解桥式整流电路的原理,以及输入、输出电压间的数量关系。认识滤波器的作用,理解变压器参数的选择方法。了解串联稳压电路与并联稳压电路的工作原理。了解保护电路的限流保护作用与工作原理。了解集成稳压块的性能及其测试方法。
9、掌握二进制编码器的逻辑功能及编码方法。掌握译码器的逻辑功能,了解常用集成译码器件的使用方法。掌握译码器、编码器的工作原理与特点。熟悉常用译码器、编码器的逻辑功能及典型应用。
10、掌握数据选择器基本电路的构成及电路原理。学习并掌握数据选择器逻辑功能及其测试方法。掌握应用数据选择器组成其它逻辑电路的方法。
11、掌握触发器逻辑功能与测试方法。测试与非门构成的 RS触发器的逻辑功能。测试 JK 触发器的逻辑功能。测试 D 触发器的逻辑功能。
12、了解中规模集成计数器 74LS90,74LS161 的功能,学习其使用方法。掌握将十进制计数器变换成 N 进制计数器的方法。了解同步,异步计数器的分频功能,学会调整同步,异步计数器的分频数。
仪器 仪表 目录
1、交流电流表、交流电压表、数字相位计。
2、单相调压器、交流电压表、电流表、单、三相功率表、十进电容器及荧光灯元件。
3、脉冲信号发生器、虚拟示波器、动态电路实验板。
4、FB2020 型电桥综合实验平台、待测元件盒、交流检流计。
5、交流毫伏表、示波器(自备)、数字直流电压表、晶体三极管。
6、模拟实验箱,函数信号发生器,双踪示波器,交流伏安表,数字万用表。
7、示波器、数字万用表。
8、Maxplus II,FPGA 实验箱。
9、数字逻辑电路实验箱、数字逻辑电路实验箱扩展板、数字万用表、芯片。
10、计算机、Electronics Workbench Multisim 2001 电子线路仿真软件 。
11、 四 2 输入正与非门 74LS00、双 D 触发器 74LS74。
12、适配器 、2JK 触发器、LED 显示器、四位计数器。
实验报告一
L L 、C C 元件上电流电压的相位关系
一、实验线路、实验原理与操作步骤
操作步骤: 1、调节 ZH-12 实验台上的交流电源,使其输出交流电源电压值为220V。
2、按电路图接线,先自行检查接线就是否正确,并经教师检查无误后通电 3、用示波器观察电感两端电压 uL 与电阻两端 uR 的波形,由于电阻上电压与电流同相位,因此从观察相位的角度出发,电阻上电压的波形与电流的波形就是相同的,而在数值上要除以“R”。仔细调节示波器,观察屏幕上显示的波形,并将结果记录
操作步骤: 1、调节 ZH-12 实验台上的交流电源,使其输出交流电源电压值为24V。
2、按图电路图接线,先自行检查接线就是否正确,并经教师检查无误后通电。
3、用示波器的观察电容两端电压 uC 与电阻两端电压 uR 的波形,(原理同上)。仔细调节示波器,观察屏幕上显示的波形
二、实验结果: 1、在电感电路中,电感元件电流强度跟电压成正比,即I∝U、用 1/(XL)作为比例恒量,写成等式,就得到 I=U/(XL)这就就是纯电感电路中欧姆定律的表达式。电压超前电路 90°。
分析:当交流电通过线圈时,在线圈中产生感应电动势。根据电磁感应定律,感应电动势为die Ldt (负号说明自感电动势的实际方向总就是阻碍电流的变化)。
当电感两端有自感电动势,则在电感两端必有电压,且电压 u 与自感电动势 e 相平衡。在电动势、电压、电流三者参考方向一致的情况下,则diu e Ldt 设图所示的电感中,有正弦电流Imsin i t 通过,则电感两端电压为: (Imsin )sin( 90 )odi d tu L L Um tdt dt 波形与相量图如下:
2、在交流电容电路中 对电容器来说,其两端极板上电荷随时间的变化率,就就是流过连接于电容导线中的电流,而极板上储存的电荷由公式 q=Cu 决定,于就是就有:
dq dui Cdt dt 也可写成:1u idtC 设:电容器两端电压sin u Um t ( sin )cos Imsin( 90 )odu d Um ti C C CUm t tdt dt 由上式可知: Im CUm ,即1ImUm UI C
实验与理论均可证明,电容器的电容 C 越大,交流电频率越高,则1C 越小,也就就是对电流的阻碍作用越小,电容对电流的“阻力”称做容抗,用 Xc 代表。
1 12XcC fC 波形与相量图如下:
结论:电压与电流的关系为:
实验报告二
电路功率因素的提高
一、实验原理:
供电系统由电源通过输电线路向负载供电。负载通常有电阻负载,也有电感性负载。由于电感性负载有较大的感抗,因而功率较低。
若电源向负载传送的功率 ,当功率 P 与供电电压 U 一定时,功率因数 越低,线路电流 I 就越大,从而增加了线路电压降与线路功率损耗,若线路总电阻为R,则线路电压降与线路功率损耗分别为 ;负载电感进行能量交换,电源向负载提供有功功率的能力必然下降,从而降低了电源容量的利用率。因此,从提高供电系统的经济效益与供电质量,必须采取措施提高电感性负载额功率因数。
通常提高电感性负载功率因数的方法就是在负载两端并联适当数量的电容器,使负载的总无功功率 减小,在传送的有功功率 P 不变时,使得功率因数提高,线路电流减小。当并联电容器时,总无功功率为 Q 为 0,此时功率因数 =1,线路电流 I 最小。若继续并联电容器,将导致功率因数下降,线路电流增大,这种现象称为过补偿。
负载功率因数可以用三表法测量电源电压 U、负载电流 I 与功率 P,用公式 计算。
（a）
(b) 图 2-12-1
日光灯电路原理图 二、实验内容 1.按实验电路图 2-12-2 联接线路。
2.将开关 K1 闭合,电容支路开关 K2 断开 ,通电并观察日光灯的起辉过程,待灯管点亮后,将开关K1断开,测出实验数据表中C=0时的各项测量数据,记入表 2-12-1 内。
3.合上开关K2,改变电容C的数值,将测量的数据均记入表2-12-1内。(注:每次改变电容之前,应先将开关 K1 闭合,待改变电容之后,再将开关 K1 断开)
图 2-12-2
日光灯电路实验电路图
按照书上电路图组成实验电路,按下按钮开关,调节自耦变压器
的输出电压为 220V,记录功率表、功率因数表、电压表、电流表的读数,接入电容,从小到大增加电容容值,记录不同电容值时的功率表、功率因数表、电压表与电流表的读数,记入表中。
三、实验数据及处理
P(W) U(V) Uc(V)
I(A)
0 36、38 220 219、9 168、8 110、6 0、350 L0、47 0、47 36、54 220 219、2 168、5 111、5 0、321 L0、51 1 36、87 220 219、6 168、4 111、4 0、297 L0、56 1、47 36、99 220 219、4 167、8 112、3 0、273 L0、65 2、2 37、27 220 218、6 167、3 112、0 0、231 L0、74 2、67 37、26 220 219、0 167、3 112、4 0、211 L0、82 3、2 37、23 220 218、4 167、8 112、6 0、199 L0、87 3、67 37、74 220 219、2 167、4 112、3 0、187 L0、94 4、3 37、74 220 218、4 165、6 113、5 0、182 L0、96 4、77 37、79 220 219、1 167、5 111、9 0、185 L0、94 5、3 38、59 220 219、9 170、2 111、8 0、192 L0、91 结论
在日光灯电路中,在一定范围内,电容值越大,视在功率越少,有电源电压且电路的有功功率一定时,随电路的功率因素提高,它占用电源的容量 S 就降低,负载电流明显降低。
实验报告三
虚拟一阶 C RC 电路
一、实验原理:
1、 动态网络的过渡过程就是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程与测量有关的参数,就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,即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号;利用方波的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,那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下,它的响应就与直流电接通与断开的过渡过程就是基本相同的。
2、图 3-1(b)所示的 RC 一阶电路的零输入响应与零状态响应分别按指数规律衰减与增长,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
用示波器测量零输入响应的波形如图 3-1(a)所示。
根据一阶微分方程的求解得知 uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。当 t＝τ时,Uc(τ)＝0、368Um。此时所对应的时间就等于τ。亦可用零状态响应波形增加到 0、632 Um 所对应的时间测得,如图 3-1(c)所示。
(a) 零输入响应
(b) RC 一阶电路
(c) 零状态响应 图 3-1 4、 微分电路与积分电路就是 RC 一阶电路中较典型的电路, 它对电路元件参数与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,
当满足τ＝RC<< 2T时(T 为方波脉冲的重复周期),且由 R 两端的电压作为响应输出,这就就是一个
微分电路。因为此时 电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图 3-2(a)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
(a) 微分电路
(b) 积分电路
图 3-2 若将图 3-2(a)中的 R 与 C 位置调换一下,如图 3-2(b)所示,由 C 两端的电压作为响应输出。当电路的参数满足τ＝RC>> 2T条件时,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。利用积分电路可以将方波转变成三角波。
从输入输出波形来瞧,上述两个电路均起着波形变换的作用,请在实验过程仔细观察与记录。
实验线路板采用 HE-14 实验挂箱的“一阶、二阶动态电路”,如图 3-3所示,请认清 R、C 元件的布局及其标称值,各开关的通断位置等等。
二、实验内容
1、 从电路板上选 R＝10KΩ,C＝6800pF 组成如图 3-2(b)所示的RC 充放电电路。ui 为脉冲信号发生器输出的 Um＝3V、f＝1KHz 的方波电压信号,并通过两根同轴电缆线,将激励源ui与响应uc的信号分别连至虚拟示波器接口箱的两个输入口 CH1 与 CH2。这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律,请测算出时间常数τ,并用方格纸按 1:1 的比例描绘波形。
TRCR
<<T/2RCR
>>T/2icRccu uuiuT
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、01μF,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、 令 C＝0、01μF,R＝100Ω,组成如图 3-2(a)所示的微分电路。在同样的方波激励信号(Um＝3V,f＝1KHz)作用下,观测并描绘激励与响应的波形。
图 3-3 动态电路、选频电路实验板 三、实验结论 输入为频率为 50Hz 的方波,经过微分电路后,输出为变化很陡峭的曲线。当第一个方波电压加在微分电路的两端(输入端)时,电容 C 上的电压开始因充电而增加。而流过电容 C 的电流则随着充电电压的上升而下降。电流经过微分电路(R、C)的规律可用下面的公式来表达 i = (V/R)e-(t/CR)
i-充电电流(A); v-输入信号电压(V);
R-电路电阻值(欧姆);
C-电路电容值(F);
e-自然对数常数(2、71828);
t-信号电压作用时间(秒);
CR-R、C 常数(R*C)
由此我们可以瞧出输出部分即电阻上的电压为i*R,结合上面的计0.01u1000p30K10K1001K10K1M1000p6800p0.01u0.1u10K10mH4.7mH0.1u
算,我们可以得出输出电压曲线计算公式为:iR = V[e-(t/CR)] 积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波,还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单,都就是基于电容的冲放电原理,这里就不详细说了,这里要提的就是电路的时间常数R*C,构成积分电路的条件就是电路的时间常数必须要大于或等于 10 倍于输入波形的宽度。
输出信号与输入信号的积分成正比的电路,称为积分电路。
原理:Uo=Uc=(1/C)∫icdt,因 Ui=UR+Uo,当 t=to 时,Uc=Oo、随后C 充电,由于 RC≥Tk,充电很慢,所以认为 Ui=UR=Ric,即 ic=Ui/R,故
Uo=(1/c)∫icdt=(1/RC)∫icdt
这就就是输出 Uo 正比于输入 Ui 的积分(∫icdt)
RC 电路的积分条件:RC≥Tk 实验报告四
用数字电桥测交流参数
一、实验原理 图 1 就是交流电桥的原理线路,它与直流单臂电桥原理相似。在交流电桥中,四个桥臂一般就是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成;电桥的电源通常就是正弦交流电源;交流平衡指示仪的种类很多,适用于不同频率范围。频率为 200Hz 以下时可采用谐振式检流计;音频范围内可采用耳机作为平衡指示器;音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器;也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的交流检流计,检流计指针指零(或达到最小)时,电桥达到平衡。
图 1 一、交流电桥的平衡条件 本实验在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中,四个桥臂由阻抗元件组成,在电桥的一个对角线 CD 上接入交流检流计,另一对角线 AB 上接入交流电源。
当调节电桥参数,使交流检流计中无电流通过时(即0 GI),CD 两点的电位相等,电桥达到平衡,这时有: DBADU UU UCBAC(1) 即:
3 3 2 24 4 1 1Z I Z IZ I Z I (2) 两式相除有: 3 34 42 21 1Z IZ IZ IZ I(3) 当电桥平衡时,0 GI,由此可得:
3 42 1I II I(4) 所以 4 2 3 1Z Z Z Z (5)
上式就就是交流电桥的平衡条件,它说明:当交流电桥达到平衡时,相对桥臂的阻抗的乘积相等。
由图 1 可知,若第二桥臂由被测阻抗xZ构成,则: 341ZZZZ x (6) 当其它桥臂的参数已知时,就可决定被测阻抗 Zx 的值。
二、实验结论 交流电桥的平衡条件 我们在正弦稳态的条件下讨论交流电桥的基本原理。在交流电桥中,四个桥臂由阻抗元件组成,在电桥的一个对角线 cd 上接入交流指零仪,另一对角线 ab 上接入交流电源。
当调节电桥参数,使交流指零仪中无电流通过时(即 I0=0),cd 两点的电位相等,电桥达到平衡,这时有 Uac=Uad
Ucb=Udb 即:
I1Z1=I4Z4
I2Z2=I3Z3 两式相除有:
3 34 42 21 1Z IZ IZ IZ I 当电桥平衡时,I0=0,由此可得:
I1=I2,
I3=I4 所以
Z1Z3=Z2Z4
上式就就是交流电桥的平衡条件,它说明:当交流电桥达到平衡时,相对桥臂的阻抗的乘积相等。
由图 4-13-1 可知,若第一桥臂由被测阻抗 Zx 构成,则: 432ZZZZ x
当其她桥臂的参数已知时,就可决定被测阻抗 Zx 的值。
实验报告五
差动放大电路
一、实验原理
图 5—1 就是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放大电路组成。当 K 接入左边时,构成典型的差动放大器。调零电位器 RP 用来调节 V1、V2 管的静态工作点,使得输入信号 Ui=0时,双端输出电压 Uo=0。RE 为两管共用的发射极电阻,它对差模信号无负反馈作用,因而不影响差模电压放大倍数,但对共模信号有较强的负反馈作用,故可以有效地抑制零漂,稳定静态工作点。
510 510 R B 10K R L 68K R C210K R C110K R P
100 R E10K R E35.1K R 236K T 1T 2U O+ -+-U i+V CC+12V-V EE-12VKR B 10K I C1I C2I E 图 5—1
当 K 接入右边时,构成具有恒流源的差动放大器,用晶体管恒流源代替发射极电阻RE,可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。
1.静态工作点的估算
典型电路
) 0 (| |2 1 B BEBE EEEU URU VI 认为
E C CI I I212 1
恒流源电路 32 123 3| |EBE BE CCE CRU U VR RRI I E C CI I I212 1
2.差模电压放大倍数与共模电压放大倍数
当差动放大器的射极电阻 RE 足够大,或采用恒流源电路时,差模电压放大倍数 Ad 由输出端方式决定,而与输入方式无关。
双端输出 RE= ,RP 在中心位置 单端输出
当输入共模信号时,若为单端输出,则有
若为双端输出,在理想情况下 实际上由于元件不可能完全对称,因此 AC 也不绝对等于零。
3.共模抑制比 CMRR
为了表征差动放大器对有用信号(差模信号)的放大作用与对共模信号的抑制能力,通常用一个综合指标来衡量,即共模抑制比 AcAdCMRR
或) ( 20 dB Log CMRRAcAd
差动放大器的输入信号可采用直流信号也可用交流信号。本实验由信号源提供频率 f=1KHz 的正弦信号为输入信号。
二、实验内容 1、测量静态工作点 按计划连接电路 调零:将Vi1与Vi2接地,接通直流电源,调节Rp使双端输出电压Vo=0 测量 V1,V2,V3 的对地电压 对地电压 Vc1 Vc2 Vc3 Vb1 Vb2 Vb3 Ve1 Ve2 Ve3 测 量 值(V) 6、34 6 、37 0 、75 0 、00 0 、00 -7、95 -0 、62 -0、62 -8 、60 2、测量差模电压放大倍数与共模电压放大倍数:
将输入端接入+0、1V,-0、1V 的直流电压信号;将输入端 B1,B2 短接,一端接入输入端记录相应数据并计算共模抑制比
差模输入 测量值 计算值 信号 Vc1 Vc2 V0 双 Ad1 Ad2 Ad 双 +0、1V 3、82 8、92 5、02 38、2 89、2 50、2 -0、1V A d =
= U o
－R C U i
R B1 ＋r Bo ＋
(1＋)R P
1 2 A d1
=
=
A d
A d2
=
=－
A d
U o
1
U C2
1 U i
2
U i
2 A C1 = A C2
=
=
－ U C1
－R c
R c U 1
R B1 ＋r be ＋(1＋)(
R P ＋2R E )
2R E
1 2A C =
=0 U o
U i
共模输入 测量值 计算值 信号 Vc1 Vc2 V0 双 Ad1 Ad2 Ad 双 +0、1V 5、40 7、28 1、88 54 -72、8 -18、8 -0、1V 5、40 7、29 1、88 54 -72、9 -18、9 共模抑制比 Ad=50、2
Ac=18、8
则其比为 2、67 差模 Ad1=Vc1/UI=38、2
Ad2=Vc2/UI=-89、2
Ad 双=Vo 双/UI=50、2 共模+0、1V: Ad1=Vc1/UI=54
Ad2=Vc2/UI=-72、8
Ad 双=Vo 双/UI=-18、8 Ad1=Vc1/UI=54
Ad2=Vc2/UI=-72、9
Ad 双=Vo 双/UI=-18、9 3、单端输入的差分放大电路 B2 接地组成单端输入差分放大器,b1 端接入+0、1V,-0、1V 测量单端双端输出的电压值
电压值 单端 Av 双端 Av 信号 Vc1 Vc2 V0 直流+0、1V 4、49 8、21 3、72 -1 -2 直流-0、1V 6、42 6、25 -0、17 -1 -2 三、实验结论
输入阻抗较高, 抗干扰能力强就是对双极性晶体管电路而言的、 输入阻抗越高,抗干扰能力就强 。
共模抑制比高(对差模信号有放大作用,对共模信号没有放大作用) 通常情况下,差动放大器用来放大微弱电信号的。
实验报告六
负反馈电路
一、实验原理 1、下图为带有电压串联负反馈的两极阻容耦合放大器电路,在电路中通过 Rr 把输出电压 Uo 引回到输入端,家在晶体管 T1 的发射极上,在发射极电阻 Rf1 上形成反馈电压 Uf。
主要性能指标如下:
(1)闭环电压放大倍数 Ar=Av/1+AvFv ,Av 为开环放大倍数。
图 1 为带有电压串联负反馈的两极阻容耦合放大器 （2）反馈系数 Fv=RF1/Rf+RF1 （3）输入电阻 R1f=(1+AvFv)Rf
Rf 为基本放大器的输入电阻 （4）输出电阻 Rof=Ro/(1+AvoFv)
Ro 为基本放大器的输出电阻 Avo 为基本放大器 Rl=∞时的电压放大倍数。
2.本实验还需测量放大器的动态参数,即去掉图 1 的反馈作用,得到基本放大器电路如下图 2
图 2 基本放大器 二、实验内容 1.静态工作点的测量 条件:Ucc=12V,Ui=0V 用直流电压表测第一级,第二级的静态工作点。
Us(V) UE(V) Uc(V) Ic(mA)
第一级 2、81 2、14 7、33 2、00 第二级 2、72 2、05 7、35 2、00
表 3—1 2、测量基本放大器的各项性能指标 实验将图 2 改接,即把 Rf 断开后风别并在 RF1 与 RL 上。
测量中频电压放大倍数 Av,输入输出电阻 Ri 与 Ro。
（b）
条件;f=1KH,Us=5mV的正弦信号,用示波器监视输出波形,在输出波形不失真的情况下用交流毫伏表测量 Us,Ui,UL 计入 3—2 表
基本放大器 Us(mV) Ui(mV) UL(V) Uo(V) Av Rf(KΩ) Ro(KΩ) 5、0 0、5 0、25 0、48 500 1、11 2、208 负反馈放大器 Us(mV) Ui(mV) UL(V) Uo(V) Avf Rif(KΩ) Rof(KΩ) 5、0 2、3 0、14 0、20 87 8、52 1、028
表 3—2 （2）保持 Us 不变,,断开负载电阻 RL,测量空载时的输出电压 Uo 计入 3—2 表 三、实验结论 1、负反馈在电子电路中的作用:改善放大器的动态指标,如稳定放大倍数,改变输入输出电阻,减小非线性失真与展宽通频带,但同时也会使放大器的放大倍数降低。
2、与基本放大电路实验时相比,其输入电阻变大,使电路在采集原始
信号时其真度提高,其输出电阻减小式电路携带负载的能力提高;同时其带宽增加;电路的的稳定性也有所增加;但就是其放大倍数明显变低。
实验报告七
算术运算电路
一、实验内容 1、选择集成运算放大器
选用集成运算放大器时,应先查阅有关产品手册,了解以下主要参数:运放的开环电 压增益 Auo,运放的开环带宽 BWo,运放的输入失调电压 UIO、输入失调电压温漂 UIO/ T,输入失调电流 IIo、输入失调电流温漂 IIO/ T,输入偏置电流IIB,运放的差模输入电阻Rid与输出电阻Ro等。
为了减小比例放大电路的闭环电压增益误差,提高放大电路的工作稳定性,应尽量选 用输入失调参数小,开环电压增益与差模输入电阻大,输出电阻小的集成运放。
为了减小比例放大电路的动态误差,(主要就是频率失真与相位失真),集成运算放大器的增益带宽积 Au·BW 与转换速率 SR 还应满足以下关系:
Au·BW >∣Auf∣·BWf
SR > 2πfmaxUOmax 上式中,fmax 就是输入信号的最高工作频率。
UOmax 就是集成运算放大器的最大输出电压。
（1）
计算最佳反馈电阻
按以下公式计算最佳反馈电阻:
KR RRo idf2=2) 1 (uf o idA R R
为了保证放大电路工作时,不超过集成运算放大器所允许的最大输出电流 IOmax,Rf 值 的选取还必须满足:maxmax//OOL fIUR R 。
如果算出来的 Rf 太小,不满足上式时,应另外选择一个最大输出电流 IOmax 较大且能满足 式(1)中要求的运算放大器。在放大倍数要求不高的情况下,可以选用比最佳反馈电阻值大的 Rf。
(3)计算输入电阻 R1
uffARR 1
由上式计算出来的 R1 必须大于或等于设计要求规定的闭环输入电阻 Rif。否则应改变 Rf 的值,或另选差模输入电阻高的集成运算放大器。
(4)计算平衡电阻 RP
RP=R1//Rf (5)计算输入失调温漂电压
TdTdIR TdTdURRUIO IOfI 111 要求ΔUI << UImin。一般应使 UImin > 100ΔUI,这样才能使温漂引起的误差小于 1%。若ΔUI 不满足要求,应另外选择漂移小的集成运算放大器。
2、反相比例放大电路的调试与性能测试 （1）
消除自激振荡 按照所设计的电路与计算的参数,选择元件,安装电路,弄清集成运放的电源端,调 零端、输入与输出端。根据所用运放的型号与 Auo 的大小,考虑就是否需要相位补偿。若需要相位补偿,应从使用手册中查出相应的补偿电路及其元件参数。
当完成相位补偿后,将放大电路的输入端接地,检查无误后,接通电源。用示波器观察其输出端就是否有振荡波形。若有振荡波形,应适当地调整补偿电路的参数,直至完全消除自激振荡为止。在观察输出波形时,应把噪声波形与自激振荡波形区分开来。噪声波形就是一个频率不定,幅值不定的波形,自激振荡波形就是一个频率与幅度固定的周期波形。
（2）
调零 把输入端接地,用直流电压表测量输出电压,检查输出电压 UO 就是否等于零,若 UO 不等于零,应仔细调节运放的调零电位器,使输出电压为零。
（3）
在输入端加入UI=0、1V的直流信号,用直流电压表测量输出电压。将测量值与计算值 进行比较,瞧就是否满足设计要求。
(4)观察输出波形 在输入端加入 f=1000Hz,Uim=1V 的交流信号,用示波器观察输出波形,若输出波形出现“平顶形”失真,表明运放已进入饱与区工作,
此 时 应 提 高 电 源 电 压 , 以 消 除 “ 平 顶 形 ” 失 真 。
R1
Rf
1.同相比例放大电路的特点
由运算放大器组成的同相输入比例
R1
741
Uo
放大电路如图 2 所示。
UI
同相放大器的电压放大倍数为:
Rf
1 111RRRR RUUAf fIOuf
图 2
同相 同相放大器的输入电阻为:
比例放大器 Rif=R1//Rf+Rid(1+Auo• F)
其中:Rid就是运放的差模输入电阻,Auo 就是集成运放的开环电压增益,F=R1/(R1+Rf)为反馈系数。
输出电阻:Ro≈0
放 大 器 同 相 端 的 直 流 平 衡 电 阻 为 :RP = Rf // R1 。
(9)放大器的闭环带宽为: oufuofBWAABW
(10)最佳反馈电阻
fR2uf o idA R R
2.同相比例放大电路的设计 要求设计一个同相比例放大电路,性能指标与已知条件如下:闭环电压放大倍数 Auf,闭环带宽 BWf,闭环输入电阻 Rif,最小输入信号UImin,最大输出电压 UOmax,负载电阻 RL,工作温度范围。
设计步骤: （1）
选择集成运算放大器
在设计同相放大器时,对于所选用的集成运算放大器,除了要满足反相比例放大电路 设计中所提出的各项要求外,集成运放共模输入电压的最大值还必须满足实际共模输入信号的最大值。并且要求集成运放具有很高的共模抑制比。当要求共模误差电压小于ΔUOC 时,集成运放的共模抑制比必须满足:
ufOCICCMRAUUK 式中:UIC 就是运放输入端的实际共模输入信号。ΔUOC 就是运放的共模误差电压。
实验报告八
整流、滤波与稳压电路
一、实验原理
整流电路的任务就是利用二极管的单向导电性,把正、负交变的50Hz 电网电压变成单方向脉动的直流电压。
整流电路只就是将交流电变换为单方向的脉动电压与电流,由于后者含有较大的交流成分,通常还需在整流电路的输出端接入滤波电路,以滤除交流分量,从而得到平滑的直流电压。
由波形可知:
1、开关 S 打开时,电容两端电压为变压器付边的最大值 。
2 、开关 S 闭合,即为电容滤波电阻负载,当变压器付边电压大于电容上电压时 ,电容充电,输出电压升高,当 时电容放电,输出下降。如此充电快,放电慢的不断反复,在负载上将得到比较平滑的输出电压。当负载电阻越大时,放电越慢,纹波电压越小,负载电阻小时,放电快,纹波大,而且输出电压低。
为此有三种情况下的输出电压估算值: 1)电容滤波,负载开路时 。
2) 无 电 容 滤 波 , 电 阻 负 载 时 , 输 出 电 压 平 均 值为: 。
3)电容滤波,电阻负载时通常用下式进行估算 ,通常按 估算。
为确保二极管安全工作,要求:不同电子设备要求其电源电压的平滑
程度不同,为此可采用不同的滤波电路。常见的有电容滤波、电感滤波与复式滤波电路(两个或两个以上滤波元件组成)。
二、线性串联型稳压电路 整流滤波后的电压就是不稳压的,在电网电压或负载变化时,该电压都会产生变化,而且纹波电压又大。所以,整流滤波后,还须经过稳压电路,才能使输出电压在一定的范围内稳定不变。
1、稳压电路(电源)的主要性能指标 输出的稳定电压值 Vo,最大输出电流 Imax,输出纹波电压 V～,稳压系数(电压调整率) , 该值越小,稳定性越好 。
输出电阻(内阻) , ,内阻越小越好。
三、结论 1、单相半波整流电路
在交流电一个周期内,二极管半个周期导通半个周期截止,以后周期重复上述过程。
2、单相桥式整流电路
在交流输入电压的正负半周,都有同一个方向的电流流过负载。
3、单相桥式整流电容滤波电路
在交流电一个周期内,电容器 C 充放电各两次。经电容器滤波后,输出电压就比较平滑了,交流成分大大减少,而且输出电压平均值得到提高。
实验报告九
编码器与译码器
一、实验原理:
(1) 10- 4 线优先编码器 74HC147 74HC147 外引线排列如图 1 所示,逻辑符号如图 2 所示。
图 7 1
74HC147 外引脚排列图
图 2
7 74HC147 逻辑符号如图
74HC147有9路输入信号,4位BCD码输出,因输出端带圈,所以输入输出均为低电平有效。她将 0—9 十个十进制数编成 4 位 BCD 码,可把输入端的 9 路输入信号与隐含的不变信号按优先级进行编码,且优先级别高的排斥级别低的。当输入端都无效时,隐含着对 0 路信号进行编码(输出采用反码输出)。74HC147 的功能见表 1。
表 表 1 10- -
4 4 线优先编码器 74HC147
输
入
输
出
1 I
2 I
3 I
4 I
5 I
6 I
7 I
8 I
9 I
3 Y
2 Y
1 Y
0 Y
H H
H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H ×
× × × × × × × L L
L L H H H H L L
× × × × × × × L L
H H
L L H H H H H H
× × × × × × L L
H H H H H H L L L L L L
× × × × × L L
H H H H H H H H L L L L H H
× × × × L L
H H H H H H H H H H L L H H L L
× × ×
L L H H H H H H H H H H H H L L H H H H
× × L L
H H H H H H H H H H H H H H H H L L L L
×
L L
H H H H H H H H H H H H H H H H H H L L H H
L L
H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H
L L
(2) 8- -3 3 线优先编码器 74LS148
74LS148就是8-3线优先编码器逻辑符号如图3,外引线排列如图4 所示。共有 8 个输入信号,且输入低电平有效。三位代码输出端(反码输出)。
图 图 3 逻辑符号如图
图 图 4 4 外引线排列图
其中, ST 为选通输入端,YS 为选通输出端,EX Y为优先扩展输出端。74LS148 功能见表 2。
表 表 8 2
74LS148 功能表
输
入
输
出
ST
0 I
1 I
2 I
3 I
4 I
5 I
6 I
7 I
3 Y
2 Y
1 Y
EX Y
S Y
1 1
×
× × × × × × × 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 0 0
0 0 × × × × × × × 0 0
0 0 0 0
0 0
0 0 1 1 0 0 × × × × × × 0 0
1 1 0 0 0 0
1 1
0 0 1 1 0 0 × × × × × 0 0
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0
0 0 1 1 0 0 × × × × 0 0
1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 × × × 0 0
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
0 0
0 0 1 1 0 0 × ×
0 0 ×
1 1
1 1
0 0 1 1 (3) 3 3- -8 8 线二进制译码器 74LS138
74LS138 就是 3-8 线二进制译码器,其逻辑符号如图 5,外引线排列如图 6 所示。
图 图 8 5
74LS138 逻辑符号图
图 图 6 外引线排列图
74LS138译码器有3个使能端,当0 G
, 0
, 1 1 2B 2 A G G时允许译码,否则禁止译码。A2、A1、A3 为 3 个地址输入端。0 Y～7 Y为 8 个输出端。74LS138 其功能见表 3、 表 表 3 8 74LS138 其功能见表
输
入
输
出
1 G
A G 2 B G 2 2 A
1 A
0 A
0 Y
1 Y
2 Y
3 Y
4 Y
5 Y
6 Y
7 Y
×
1 1
× × × × 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 × × 1 1
× × × 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0
× × × × × 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
0 0
1 1
1 1
1 1
0 0
7 (4) 7 段显示译码器 74LS47
74LS47 就是驱动共阳极的数码管的译码器。其逻辑符号如图7,外引线排列如图 8 所示。
图 图 7 逻辑符号图
图 图 8 8 外引线排列如图
74LS47 输出低电平有效,即输出为 0 时,对应字段点亮;输出为 1时,对应字段熄灭。A、B、C、D 接收二进制码输入, a ～f的输出分别驱动 7 段译码器的 a～f 段。其功能见表 4。
表 表 7 4 74LS47 功能表
功能
及数输
入
RBO BI/
输
出
显示字形LT
RBI
D D
C B A a b c d e f g 灭灯
×
×
×
×
×
×
0 0
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
灭灯
试灯
0 0
×
×
×
×
×
1 1
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
8 8
灭零
1 1
1 1
1 1
灭零
0 0
0 0
0 0
1 1
0 0
1 1
1 1
×
1 1
1 1
2 2
1 1
×
0 0
2 2
3 3
1 1
×
0 0
3 3
4 4
1 1
×
0 0
4 4
5 5
1 1
×
0 0
5 5
6 6
1 1
×
0 0
6 6
7 7
1 1
×
1 1
7 7
8 8
1 1
×
1 1
8 8
9 9
1 1
×
1 1
9 9
12
H H
×
H H
H H
L L
L L
H H
1 1
0 0
1 1
1 1
1 1
0 0
0 0
13
H H
×
H H
H H
L L
H H
H H
0 0
1 1 1 1
0 0
1 1
0 0
0 0
14
H H
×
H H
H H
H H
L L
H H
1 1
1 1
1 1
0 0
0 0
0 0
0 0
15
H H
×
H H
H H
H H
H H
H H
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
RBO BI/ ×
×
×
×
×
×
L L
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
熄灭
RBI
H H
L L
L L
L L
L L
L L
L L
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
灭零
LT
L L
×
×
×
×
×
H H
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
测试
二、实验过程( ( 实验步骤、记录、数据、分析) )
1 1 、
实验内容与完成情况: :
(1)测试 74LS148 的逻辑功能,并填表说明。(添表 5) (2)测试译码器 74LS47 控制管脚 LT 、 RBI 与RBO BI/的功能。(添表 6) (3)用 proteus 设计一个简单的数字显示系统,要求输入十进制数据 0～9,通过数码管显示。观察并记录显示结果。(原理图画在下面,记录结果贴在结论部分) A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U174LS47
2 2 、
出现的( ( 已解决的) ) 问题与解决办法 :
(1)在 74LS47 功能表中,当 LT =1, RBI =1, RBO BI/ =0,DCBA=0000 时,输出abcdefg=0000001 就是错误的,要得到输出显示结果为 0,应该将 RBO BI/ =1,此时才不会因静态灭零而不显示任何数字。
(2)再用 Proteus 设计一个简单的数字显示系统中直接把 LT 、 RBI 、 RBO BI/ 三个端口接高电平,不考虑测试、灭灯、灭零的情况,从而使 74LS47 直接工作译码状态。
3 3 、
未解决的问题与可能的解决方案: :
当通过 BUTTON 按键实现 LT 、 RBI 、 RBO BI/ 高低电平控制时,未能实现数字的正常显示。正确设置各个端口的控制电平可能实现对 LT 、 RBI 、 RBO BI/ 三个端口的正常控制。
三、 结论
1 1 、
实验 结 果: :
(1) 测试 74LS148 的逻辑功能 表 表 8 5 74LS148 的逻辑功能测试结果
输
入
输
出
ST
0 I
1 I
2 I
3 I
4 I
5 I
6 I
7 I
3 Y
2 Y
1 Y
EX Y
S Y
1 1
×
× × × × × × ×
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
0 0
0 0 × × × × × × × 0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1 1
0 0 × × × × × × 0 0
1 1
0 0
0 0
1 1
0 0
1 1
0 0 × × × × × 0 0
1 1 1 1
0 0
1 1
0 0
0 0
1 1
0 0 × × × × 0 0
1 1 1 1 1 1
0 0
1 1
1 1
0 0
1 1
0 0 × × × 0 0
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1
0 0
0 0
0 0
1 1
0 0 × × 0 0
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1
0 0
1 1
0 0
1 1
0 0 ×
0 0
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1
1 1
0 0
0 0
1 1
0 0 0 0
1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1
1 1
1 1
0 0
1 1
(2)测试译码器 74LS47 控制管脚 LT 、 RBI 与RBO BI/的功能
表 6 译码器 74LS47 控制管脚 LT 、 RBI 与RBO BI/的功能测试结果 功能
及数输
入
RBO BI/
输
出
显示字形LT
RBI
D D
C B A a b c d e f g 灭灯
×
×
×
×
×
×
0 0
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
灭灯
试灯
0 0
×
×
×
×
×
1 1
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
8 8
灭零
1 1
1 1
1 1
灭零
0 0
0 0
0 0
1 1
0 0
1 1
1 1
×
1 1
1 1
2 2
1 1
×
0 0
2 2
3 3
1 1
×
0 0
3 3
4 4
1 1
×
0 0
4 4
5 5
1 1
×
0 0
5 5
6 6
1 1
×
0 0
6 6
7 7
1 1
×
1 1
7 7
8 8
1 1
×
1 1
8 8
9 9
1 1
×
1 1
9 9
RBO BI/ ×
×
×
×
×
×
L L
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
熄灭
RBI
H H
L L
L L
L L
L L
L L
L L
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
灭零
LT
L L
×
×
×
×
×
H H
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
测试
实验报告十
数据选择器
一、实验原理 数据选择器(multiplexer )又称为多路开关,事一种重要的组合逻辑部件,它可以实现从多路数据中选择任何一路数据输出,选择的控制由专门的端口编码决定,称为地址码,数据选择器可以完成很多逻辑功能,例如函数发生器、桶形移位器、并串转化器、波形产生器等。
双四选一数据选择器 常见的双四选一数据选择器为 TTL 双极型数字集成逻辑电路 74LS153,它有两个四选一,外形为双列直插,示,逻辑符号如图 3、1。其中0, 1, 2, 3 D D D D为数据输入端,Q为数据输出端,0, 1 A A为数据选择器的控制端(地址码),同时控制两个选择器的数据输出, S 为工作状态控制端(使能端),74LS153 的功能参见表 4、1
U174LS153D2Y92C0102C1112C2122C313A14B2~1G11Y71C061C151C241C33~2G15GND8VCC16 图 3、1 1 1 01 0 1 01 0 1 01 0 1 01 02 1 02 0 1 02 0 1 02 0 1 02 0Q A A D A A D A A D A A DQ A A D A A D A A D A A D 输入 S
1 A
0 A 输出 1Q
2Q 1 X X 0 0 0 0 0 1D0 2D0 0 0 1 1D1 2D1 0 1 0 1D2 2D2 0 1 1 1D3 2D3 用四选一数据选择器 74LS153 实现全加器 由题目要求可知,要实现的加法器就是以二进制作运算的,其真值表如图 4、1 所示:其中 A,B 表示参加加法运算的项,C 为来自低位的进位,则 S 为所加数的与,Co 为向高位的进位,则 ABC 的逻辑关系进行转化可得出以下的逻辑关系表 4、1:
全加器真值表
/ C S
A B C S Co
B
A 0 1 0 /1 C /1 C 1 /1 C /1 C 0/ C C B
A 0 1 0 0 /1
/1 C 1 /1 C 1/1
表 4、1
所以:对应于四选一数据选择器,用全加器的输入端 A,B 代替数据选择器的控制端,用来自低位的进位 C 的不同状态来代替数据选择器的输入端,则输出 1Q,2Q 就就是所得的结果:S 与 Co。且输入与输出的关系式为: 0 0OS ABC ABC ABC ABCC AB ABC ABC AB 用四选一数据选择器实现全加全减电路。
按照题目要求,实现全加全减为一体的电路只需要用一个输入量 M 加以区分即可,当 M=1 时电路为全减器,当 M=0 时电路为全加器。此时逻辑电路的真值表可表示为:
全加全减器真值表
0
0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1...
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