电工学电子技术实验讲义

电工与电子技术

验 讲 义

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实 实验一 晶体管共射极单管放大电路

一、实验目的

（1）熟悉电子电路实验中常用的示波器、函数信号发生器的主要技术指标、性能及使用方法。 （2）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。

（3）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。 （4）掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的测试方法。 二、实验原理

图2-1为电阻分压式工作点稳定的共射极单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB1和RB2组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RF和RE，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号ui后，在放大器的输出端便可得到一个与ui相位相反、幅值被放大了的输出信号u0，从而实现了电压放大。

*

*

图2-1 共射极单管放大器实验电路

在图2-1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管V的基极电流IB时(一般5-10倍)，

则其静态工作点可用下式估算

IE?UB?UBERE?RFUCE?UCC?IC(RC?RF?RE)

电压放大倍数 Au???RC//RL

rbe?(1??)RF输入电阻 Ri?RB1//RB2//rbe 输出电阻 R0?RC

由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。

在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据；在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质的放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。

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因此，除了学习放大器的理论知识和设计方法外，还必须掌握必要的测量和调试技术。

放大器的测量和调试一般包括放大器静态工作点的测量与调试，消除干扰与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。

1．放大器静态工作点的测量与调试 (1)静态工作点的测量

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，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、

UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压UE或UC，然后算出IC的方法。例如，

只要测出UE，即可用IC?IE?UE/RE算出IC，也可根据IC?(UCC?UC)/RC，由UC确定IC，同时也能算出UBE?UB?UE，UCE?UC?UE。

为了减小误差，提高测量精度，应选用内阻较高的直流电压表。 (2)静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流Ic(或UcE)的调整与测试。

静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如静态工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时u0的负半周将被削底，如图2-2(a)所示；如静态工作点偏低则易产生截止失真，即u0的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱和失真明显)，如图2-2(b)所示。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输入电压ui，检查输出电压u0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 (a)静态工作点偏高 (b)静态工作点偏低 位置。 图2—2 静态工作点对u0波形失真的影响

改变电路参数Ucc、Rc和RB(RB1、RB2)都会

引起静态工作点的变化，如图2-3所示。但通常多采用调节偏置电阻RB1的方法来改变静态工作点，如减小RB1，则可使静态工作点提高等。 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，如输入信号幅度很小，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。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的

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中点。

2．放大器动态指标测试

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)和通频带等。

(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u0不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和u0的有效值Ui和U0，则

（2）放大器输入电阻的测试*

所谓放大器输入电阻。就是指放大器输入端的等效电阻。

测试方法是用“串联电阻法”。如（图2-4）所示，在信号源与放大器之间串入一个电位器Rw。测试方法如下：

先调Rw=0，调信号源的输出信号大小使放大器输出信号uo不失真（频率应在放大器的通带范围内）。然后调节Rw，使放大器输出减少到原来输出的 ，这时电位器的阻值即与放大器的输入电阻相等。

（3）放大器输出电阻的测试

所谓放大器的输出电阻，就是从放大器输出端看进去的等效电阻。

放大器输出端可以等效成一个理想电压源与输出电阻Ro相串联，如（图2-5）所示。输出电阻Ro的大小反映了放大器带负载能力。可以通过测量放大器接入负载后的电压变化来求出。在放大器输入端加入一固定电压（此电压大小的选取，应使放大器在有或没有负载时，输出信号都不失真）先不接入负载电阻，测出放大器输出电压Uo。然后接入负载电位器，调节RL的大小，使放大器输出电压为 (1/2)Uo ,这时电位器的阻值大小即为放大器的输出电阻Ro 。

(4)最大不失真输出峰—峰电压UOPP的测量(最大动态范围)

如上所述，为了得到最大的动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节Rp(改变静态工作点)，用示波器观察u0。当输出波形同时出现削底和缩顶现象(如图2-6)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，且无明显失真时，用交流毫伏表测出U0(有效值)，则动态范围等于22U0。，

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或用示波器直接读出峰—峰值UOPP。

图2-6 静态工作点正常，输入

信号太大引起的失真 三、实验设备与器件 (1)模拟电路实验箱； (2)函数信号发生器； (3)双踪示波器； (4)数字万用电表； (5)电阻器、电容器若干支。 四、实验内容

实验电路如图2-1所示。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。

图2-7 晶体三极管管脚排列

1．调试静态工作点

接通直流电源前，先将Rp调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋至零。接通+12 V电源，调节Rp，使Ic＝2.0 mA(即UE＝2.2 V)，用直流电压表测量UB、UE和UC，用万用电表测量RB1值，并记入表2-1中。

表2-1

测量值 计算值 UB/V

UE/V UC/V RB1/k UBE/V UCE/V Ic/mA 2．测量电压放大倍数

在放大器输入端加入频率为1 kHz的正弦信号uS，调节函数信号发生器的输出旋钮使放大器输入电压Uipp=30mV（峰峰值），同时用示波器观察放大器输出电压u0的波形，在波形不失真的条件下用示波器

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测量下述2种情况下的u0值，并用双踪示波器观察u0和ui的相位关系，并记入表2-2中。 表2-2 Rc/k 2.4 RL/k ∞ uipp／V u0pp／V Av 观察记录一组u0和ui波形 2.4 2.4

3．观察静态工作点对输出波形失真的影响

置Rc＝2.4k，RL＝2.4k，ui＝0V，调节Rp，使Ic＝2.0 mA，测出UcE值；再逐步加大输入信号，使输出电压u0足够大，但不失真(临界失真)。然后保持输入信号不变，分别增大（顺时针调）和减小（逆时针调）Rp，使波形出现失真，绘出u0的波形，并测出失真情况下的Ic和UcE值，并记入表2-4中。注意，在每次测Ic和UcE值时，都要将放大器的输入端短接。

表2-4

Ic/mA UB/V UE/V UBE/V UCE/V u0波形 失真 情况 工作状态 2.0

4*．测量输入电阻和输出电阻

置Rc＝2.4 k，RL＝2.4 k，Ic＝2.0 mA。输入f＝1 kHz的正弦信号电压Uipp=30mV，在输出电压u0不失真的情况下，用交流毫伏表测出US、Ui和UL，记入表2-6中。保持uS不变，断开RL，测量输出电压

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u0，记入表2-6中。

表2-6

US/mV

五、实验总结

Ui/mV Ri(k) 测量值 计算值 UL/V U0/V Ro(k) 测量值 计算值 (1)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。 (2)分析RL及静态工作点对放大器电压放大倍数的影响。 (3)讨论静态工作点变化对放大器输出波形的影响。 (4)分析并讨论在调试过程中出现的问题。

六、预习要求

(1)阅读教材中有关单管放大电路的内容并估算实验电路的性能指标。

假设：3DG6的 β＝100，RB2＝20k，RB1＝60k，Rc＝2.4k，RL＝2.4k。估算放大器的静态工作点、电压放大倍数Av、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

(3)能否用直流电压表直接测量晶体管的UBE? 为什么实验中要采用测UB、UE，再间接算出UBE的方法? (4)怎样测量RB1的阻值?

(5)当调节偏置电阻RB1，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? (6)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?

(7)在测试Av、Ri和Ro时，怎样选择输入信号的大小和频率?为什么信号频率一般选 1 kHz，而不选100 kHz或更高?

(8)测试中，如果将函数信号发生器、交流毫伏表及示波器中任一仪器的两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?

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实验二 组合逻辑电路

一、实验目的

1．了解编码器、译码器、数据选择器等中规模数字集成电路(MSI)的性能及使用方法； 2．掌握74LS48BCD译码器和共阴极七段显示器的使用方法。

3．用集成译码器和数据选择器设计简单的逻辑函数产生器。 二、预习要求

I．复习74LS48、74LS151、74LS138的逻辑功能。 2．按实验内容2、3的要求，设计并画出逻辑电路图。 3．弄懂图5.16.4的工作原理。 三、实验原理

1．编码、译码、显示原理电路如图5.16.4所示。 该电路由8线—3线优先编码器74LSl48、4线—七段译码器/驱动器74LS48、反相器74LS04和共阴极七段显示器等组成。

74LS48具有以下特点：

(1)消隐(灭灯)输入BI低电平有效。当BI=0时，不论其余输入状态如何，所有输出为零，数码管七段全暗，无任何显示。译码时，BI=1。 图5.16.4 编码、泽码、显示电路原理

(2)灯测试(试灯)输入LT低电平有效。当LT=0 (BI／RBO=1)时，无论其余输入为何状态，所有输出为l，数码管七段全亮，显示数字8。可用来检查数码管、译码器有无故障。译码时，LT=1。

(3)脉冲消隐(动态灭灯)输入RBI=1时，对译码无影响；当BI=LT=1时，若RBI=0，输入数码是十进制零时，七段全暗，不显示，输入数码不为零，则照常显示。在实际使用中有些零是可以不显示的，如004.50中的百位的零可不显示；若百位为零且不显示，则十位的零也可不显示；小数点后第二位

的零，不考虑有效位时也可不显示。这些可不显示的零称为冗余零。脉冲消隐输入RBI=0，可使冗余零消隐。

(4)脉冲消隐(动态灭灯)输出RBO与消隐输入BI共用一个管脚4，当它作输出端时。与RBI配合，共同使冗余零消隐。以3位十进制数为例。见图5.18.8。十位的零是否要显示，取决于百位是否为零，有否显示，这就要用RBO进行判断，在RBI和A3～A0全为零时，RBO=0，否则为1。百位为零，且

RBI=0(百位被消隐)，则百位RBO和十位的RBI=0，使十位的零消隐，其余数码照常显示。若百位不

为零，或未使零消隐，则百位的RBO和十位的RBI全为1，使十位的零不具备消隐条件，而与其它数码一起照常显示。

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3．显示器

显示器采用七段发光二极管显示器，它可直接显示出译码器输出的十进制数。七段发光显示器有共阳接法和共阴接法两种。共阳接法就是把发光二极管的阳极都连在一起接到高电平上，与其配套的译码器为74LS46，74LS47；共阴接法则相反，它是把发光二极管的阴极都连在一起接地，与其配套的译码器为74LS48，74LS49。七段显示器的外引线排列图、共阴接法以及数字符号显示如图5.18.9(a)、(b)、(c)所示。

如果输入的频率较高时，显示器所显示的数字可能出现混乱或很快改变结果，这时，可在计数器后面加一级锁存器(如74LS273，八D触发器)。如果显示器所显示的数字暗淡，可加一级缓

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冲器(如74LS07，74LS17)或射随器来提升电流。

2．数据选择器的典型应用之一——逻辑函数产生器

八选一数据选择器74LS151的外引线排列图和功能表分别如图5.16.5和表5.16.4所示。

表5.16.4：74LS151功能表

由表5.16.4可以看出，当选通输入端ST=0时，Y是A2、A1、A0和输人数据D0～D7的与或函数，它的表达式为

(5.16.1) 式中mi是A2、A1、A0构成的最小项，显然当Di=1时，其对应的最小项mi在与或表达式中出现。当Di=0时，对应的最小项就不出现。利用这一点，可以实现组合逻辑函数。

将数据选择器的地址选择输入信号A2、A1、A0作为函数的输入变量，数据输入D0～D7作为控制信号，控制各最小项在输出逻辑函数中是否出现，选通输入端ST始终保持低电平，这样，八选一数据选择器就成为一个三变量的函数产生器。

例如，利用八选一数据选择器产生L?ABC?ABC?ABC?ABC?ABC，可以将此函数改成下列形式

L?m0D0?m2D2?m5D5?m6D6?m7D7 (5.16.2) 式(5.16.2)符合式(5.16.1)的标准形式。考虑到式中没有出现最小项m1、m3、m4，因而只有D0=D2=D5=D6=D7=1，而D1=D3=D4=0。由此可画出该逻辑函数产生器的逻辑图如图5.16.6所示。 3．3线-8线译码器用于逻辑函数产生器和数据分配器

3线-8线译码器74LSl38的外引线排列图和逻辑功能表分别如图5.16.7和表5.16.5所示。

图5.16.6 用74LSl51构成逻辑函数产生器 图5.16.7 74LSl38外引线排列图

由图5.16.7和表5.16.5可以看出，该译码器有三个选通端：STA、只有当STA=1，STB和STC，STB=0、

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STC=0同时满足时，才允许译码，否则就禁止译码。设置多个选通端，使得该译码器能被灵活地组成各

种电路。

在允许译码条件下，由功能表5.16.5可写出

若要产生L?ABC?ABC?ABC?ABC?ABC

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Y0?A2A1A0Y1?A2A1A0?Y7?A2A1A0的逻辑函数，则只要将输入变量A、B、C分

别接到A2、A1、A0端，并利用摩根定律进行变换，可得

L?ABCABCABCABCABC?Y0Y2Y5Y6Y7由此可画出其逻辑图如图5.16.8所示。

图5.16.8 用74LS138构成逻辑函数产生器

此外，这种带选通输入端的译码器又是一个完整的数据分配器，如果把图5.16.7中的STA作为数据输人端，而将A2、A1、A0作为地址输入端，则当STB=STC=0时，从STA端来的数据只能通过由A2、A1、A0所确定的一根输出线送出去。例如，当A2A1A0=100时，STA的状态将以反码形式出现在Y4输出端。 4．用加法器组成一个代码转换电路，将BCD代码的8421码转成余3码。

以8421码为输入，余3码为输出，可得代码转换电路的逻辑真值表，如表5.16.6所示。由表中可见，Y3Y2Y1Y0和DCBA所代表的二进制数始终相差0011，即十进制数的3。故可得

Y3Y2Y1Y0=DCBA+0011 (5.16.4)

根据式(5.16.4)，用一片4位加法器74LS283便可接成要求的代码转换原理电路，如图5.16.9所示。

四、实验内容

1．在图5.16.4所示原理电路中，将A0～A3，分别接至数据开关。验证译码器74LS48的逻辑功能。

2． 试用数据选择器74LS151，设计一个监测信号灯工作状态的逻辑电路。其条件是信号灯由红(用R表示)、黄(用Y代表)和绿(用G表示)三种颜色灯组成，正常工作时，任何时刻只能是红、绿或黄当中的一种灯亮。而当出现其它五种灯亮状态时，电路发生故障，要求逻辑电路发出故障信号。

3． 试用74LS138和与非门实现一位全加的功能。

五、实验报告要求

1．在图5.16.4所示原理图中标出外引线管脚号。 说明实验结果。

六、思考题

在译码电路中，74LS48的输出端与数码管联接时，要注意什么？ 七、注意事项

1．TTL与非门多余输入端可接高电平，以防引入干扰。

2．检查显示器各段好坏时，可与译码器74LS48连接后，用LT=0来实现，也可由电源+5V接470电阻限流后接到显示器各段检查。

八、实验元、器件

集成电路74LS48 一片、74LS20 一片、74LS151 一片、74LSl38 一片、共阴七段显示器 一片

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A 1 0 X X X 输入端 B 1 X 0 X X C 1 X X 0 X D 1 X X X 0 输出端 Y 0 1 1 1 1 2．写出实验内容2、3的设计过程，画出实验原理电路图。【74ls20外引线管脚图 及真值表】

实验三 集成触发器

一、实验目的

1．熟悉并验证触发器的逻辑功能及相互转换的方法。

2．掌握集成JK触发器逻辑功能的测试方法。 3．学习用JK触发器构成简单时序逻辑电路的方法。 4．进一步熟悉用双踪示波器测量多个波形的方法。 二、预习要求 1．复习触发器的基本类型及其逻辑功能。 2．掌握D触发器和JK触发器的真值表及JK触发器转换成D触发器、T触发器、T’触发器的基本方法。

３． 按实验内容4的要求，设计同步时序脉冲输出器电路，其输出波形如图5.17.1所示。 三、实验原理与参考电路

1．集成触发器的基本类型及其逻辑功能。

按触发器的逻辑功能分，有RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和T’触发器。

按触发脉冲的触发形式分，有高电平触发、低电平触发、上升沿触发和下降沿触发以及主从触发器的脉冲触发等。

表5.17.1分别列出了时钟控制触发器的特性方程和功能表。 表5.17.1 时钟控制触发器

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2．触发器的转换

由于目前市场上供应的多为集成JK触发器和D触发器，很少有T触发器和T’触发器，所以有时候我们要用一种类型的触发器代替另一种类型的触发器。这就需要进行触发器的转换。转换方法见表5.17.2。 本实验选用CMOS双JK触发器CD4027，其功能齐全、用途广泛。图5.17.2和表5.17.3分别示出CD4027的外引线排列和功能表。图5.17.3示出CD4023(三3输入端CMOS与非门)的外引线排列。

表5.17.2触发器的转换

图5.17.2 CD4027外引线排列 图5.17.3 CD4023外引线排列

从功能表中可知，CD4027是具有直接清零端、在CP上升沿翻转的边沿触发器。其最大工作频率为16MHz。

表 5.17.3 CD4027功能表

四、实验内容

1．验证JK触发器的逻辑功能。

2．将JK触发器转换成T触发器和D触发器，并验证其功能。

3．将两个JK触发器连接起来，即第二个JK触发器的J、K端连接在一起，接到第一个JK触发器的输出端Q，输入1kHz方波，用示波器分别观察和记录CP、1Q、2Q的波形，理解二分频，四分频的概念。 4．设计一个同步时序脉冲输出器，其输出波形如图5.17.1所示。用示波器观察和记录CP和输出L

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的波形。

五、实验报告要求

1．根据实验内容2，画出实验电路图，列出电路转换后的逻辑功能。

2．根据实验内容3，画出实验电路图，以及对应绘出所测CP、1Q、2Q的电压波形，标出幅值和周期。

3．根据实验内容4.，画出实验电路图，并对应绘出CP和L的波形，标出幅值和周期。 六、思考题

1．在本实验中，能用负方波代替时钟脉冲吗?为什么?

2．观察同步时序逻辑控制器CP和L波形时，若CP信号送示波器CH1通道，输出L送CH2通道，“触发选择”置CH1通道，示波器上所显示的波形能稳定吗?若不能稳定，应如何选择触发电压? 七、注意事项

1．本实验使用的集成芯片(CD4027和CD4023均为CMOS集成电路，因此必须严格遵守CMOS集成电路的使用规则。

2．用示波器观察多个波形时，最好采用外触发方式，并且选用频率最低的电压作外触发电压。 八、实验元、器件

双JK触发器 CD4027 1片 三3输入与非门 CD4023 1片

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实验四 计数电路

一，实验目的

1．掌握中规模集成计数器74LS161、74LS192的逻辑功能。 2．学会用中规模集成计数器构成任意进制计数器的方法。 3．进一步熟悉用示波器测试计数器输出波形的方法。 二、预习要求

1．复习计数、译码和显示电路的工作原理。

2．预习中规模集成计数器74LS161、74LS192的逻辑功能及使用方法。 3．按实验内容2、3、4的要求，设计并画出逻辑电路图。 4．绘出十进制计数、译码、显示电路中各集成芯片之间的连接图。 三、实验原理与参考电路

计数、译码、显示电路是由计数器、译码器和显示器三部分组成的。 1．计数器

计数器是典型的时序逻辑电路，它用来累计和记忆输入脉冲的个数。计数是数字系统中非常重要的基本操作，所以也是应用最广泛的逻辑部件之一。

集成计数器是中规模集成电路，其种类有很多。如果按各触发器翻转的次序分类，计数器可分为同步计数器和异步计数器两种。在同步计数器电路中，所有触发器都以输入计数脉冲为时钟脉冲，应翻转的触发器同时翻转。在异步计数器电路中，有的触发器以计数脉冲作为时钟脉冲，有的则以其它触发器的输出作为时钟脉冲，故而状态更新有先有后，称为异步；如果按照计数数字的增减分类，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器三种；如果按计数器进位规律分类，可分为二进制计数器、十进制计数器和N进制计数器三种。

计数器常从零开始计数，所以应具有“置零(清除)”功能。此外计数器还有“预置数”的功能，通过预置数据于计数器中，可以使计数器从任意值开始计数。

常用集成计数器均有典型产品，不必自己设计，只需合理选用即可。下面介绍几种常用的集成计数器。

(1) 74LS192同步十进制可逆计数器

图5.18.2和表5.18.3分别示出74LS192的外引线排列图和功能表。

表5.18.3 74LS192功能表

74LS192是同步十进制可逆计数器，具有双时钟和可预置功能。

当清除端CR=1时，无论有无计数脉冲，Q3～Q0均为0，即为异步清除。当置数端LD=0时，无论

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有无计数脉冲，数据输入端D3～D0所置数据被并行送到输出端Q3～Q0。

当CPD=1，计数脉冲从CPu送入，则在CP上升沿的作用下，计数器进行加计数，加到9后，进位输出端CO=0。

当CPu=1，计数脉冲从CPD送入，则在CP上升沿的作用下， 进行减计数，减到0后，借位输出端BO=0。 (2) 74LS161 4位二进制同步计数器

图5.18.3和表5.18.4分别示出74LS161外引线排列图和功能表。

74LS161是TTL集成同步四位二进制计数器，它的主要功能为 异步清除：当CR=0时，无论有无CP，计数器立即清零，Q3～Q0均为0，称为异步清除。同步预置：当LD=0时，在时钟脉冲上升沿的作用下，Q3=D3，Q2=D2，Q1=D1，Q0=D0。计数：当使能端ETP=ETT=1时，计数器计数。 锁存：当使能端ETP=0或ETT=0时，计数器禁止计数，为锁存状态。

图5.18.3 74LS161外引线排列

2．任意进制计数器

如果要用中规模集成计数器构成任意进制的计数器，可用反馈清零法和反馈置数法。 （1）反馈清零法

在计数过程中，将某个中间状态N1反馈到清除端，使计数器返回到零重新开始计数。这样可将模较大的计数器作为模较小（模为N）的计数器使用。若是异步清除，则N=N1，有毛刺；若是同步清除，则N=N1+1，且无毛刺。 （2）反馈置数法

反馈置数法可分为三种：

（a）将数据输入端全部接地（所置数为零），然后将某个中间状态N1反馈到输入端LD，当计数到N1时，置数端为有效电平，将预先预置的数（零）送到输出端，即计数器全部清零。（若为同步置数，计数器的模N=N1+1，异步置数，则N=N1）

(b) 将模为N1的计数器的进位信号反馈到置数端，并将数据输入端置成最小数N2。则同步置数时，N=N1-N2；异步置数时N=N1-N2-1（此类计数器称为可编程补码计数器）。

(c) 将数据输入端置成最小数N2，再将计数过程的某一中间状态N1反馈到置数端。计数器计到N1

后再从N2开始重新计数。如为同步置数，构成计数序列为N2到N1、模N=N1-N2+1的计数器；如为异步置数，则构成计数序列为N2到(N1-1)、模N=N1-N2的计数器。

本实验选用74LS161同步二进制计数器，采用反馈方式构成十进制计数器。

反馈式十进制计数器一般有两种形式。其一，利用清除端CR构成。即：当Q3Q2Q1Q0=1010(十进制数10)时，通过反馈线强制计数器清零。如图5.18.4所示。该电路由于1010状态只是瞬间，它会引起译码电路的误动作，因此很少被采用。其二，利用预置端LD构成。把计数器输入端D0D1D2D3全部接地。当计

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数器计到1001(十进制数9)时，利用Q3Q0反馈线使预置端LD=0则当第十个CP到来时，计数器输出端等于输入端电平，即：Q0=Ql=Q2=Q3=0。这样，可以克服利用清除端CR构成的计数器的缺点。利用预置端LD构成的计数器电路如图5.18.5所示。

图5.18.4 利用清零端的反馈式计数器 图5.18.5 利用置数端的反馈式计数器

以上介绍的是一片计数器工作的情况。在实际应用中，往往需要多片计数器构成多位计数状态。所以我们介绍一下计数器的级联方法。级联可分串行进位和并行进位两种。串行进位的级联电路如图5.18.6(a)所示。其缺点是速度较慢。并行进位(也称超前进位)如图5.18.6(b)所示。后者比前者的速度大大提高。

(a) 串行进位式2位十进制计数器 （b）并行进位式2位十进制计数器

四、实验内容

1．验证74LS192、74LS161的逻辑功能。CP选用手动单次脉冲或1Hz正方波。输出接发光二极管LED显示。

2．按图5.18.5组装十进制计数器，并接入译码显示电路(各集成芯片之间的连线自画)。时钟脉冲选择1Hz正方波。观察电路的计数、译码、显示过程。

3．用两片74LS161和三输入与非门74LS10，采用串行进位方式设计并组装六十进制加计数器。 4．用两片74LS161和三输入与非门74LS10，采用并行进位方式设计并组装二十九进制加计数器。 五、实验报告要求

1．画出十进制计数、译码、显示电路中各集成芯片之间的连接图。 2．根据实验内容2、3、4，画出相应电路的原理图，说明实验结果。 六、思考题

1．十进制计数器CP、Q3～Q0波形的时序关系？ 2．串行进位方式是否适用于任意进制的计数器？ 七、实验元、器件

计数器 74LS161 2片，74LS192 1片 三3输入与非门 74LS10 1片

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通用双踪示波器

一、主要用途

观察直流及0～20MHz周期电压和电流波形。测量信号的频率、周期、相位和幅度等。 二、示波器的基本工作原理

通用示波器的结构包括垂直放大、水平放大、扫描、触发、示波管及电源等六个主要部分。其结构方框图如图1.1.3所示。

示波器的主要部件是示波管，示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成。

电子枪的作用是发射高速电子束；偏转系统控制电子束的运动方向；荧光屏显示撞击的轨迹。其基本原理如下：

高速运动的电子束轰击荧光屏在荧光屏上形成光点。如图1.1.4所示。

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如果在电子束前进的方向上、下两侧放置平行平板，并在平行平板上施加直流电压，则电子束通过平行板间电场时，受电场力的作用，运动轨迹偏转，使光点位置产生垂直方向的变化。如图1.1.5所示。 如果在平行平板上施加周期性变化信号(如正弦波)，则电子束在垂直方向上的偏转角度随电场强度周期变化。荧光屏上每一周期中光点位移不同。但由于人眼的视觉暂留，看到的是一条竖直这亮线。参见图1.1.6。

如果在水平方向上也放置一对平行板，并施加电压，则电子 束便同时受到X轴和Y轴方向两个电场力作用。荧光屏显示的是 在X方向和Y方向合电场力作用下的光点运动轨迹。

若在X轴上施加的是周期等于或整数倍于Y轴信号的锯齿波电压 (如图1.1.7)。Y轴的周期电压信号则被展开，使我们看到这个信 号的波形(如图1.1.8)。

这种用线性变化的电压(锯齿波)将被测信号波形展开(使光点在X轴方向移动)的作用叫扫描；调节锯齿波频率使之等于被测信号频率的1／N，或周期的N倍，从而得到稳定的被测波形的过程叫同步。实现同步应满足：

或在示波器中，经常用这样的办法来实现同步：用Y轴输入的被测信去触发扫描发生器。当这个输入信号达到一定电平时，自动产生一个锯波电压。当这次锯齿波扫描结束后，扫描发生器处于等待下一次触发信的状态。这种扫描方式叫做触发扫描。

三、通用双踪示波器面板各开关或旋钮的功能

1.基本开关和旋钮

电源开关：接通时指示灯亮。 辉度旋钮：调节光迹亮度。

聚焦旋钮：调节示波器电子束的聚焦，使显示的光迹呈现出最佳清晰度。 刻度旋钮：调节刻度照明的亮度。

光迹旋转：调节该旋钮使光迹与水平刻度线平行。

标准信号：此端口输出幅度为0.5V，频率为1kHz的方波信号，用以校准电压灵敏度和扫描时机因数。 2.通道开关和旋钮

①垂直工作方式按键：CH1 CH2 ALT CHOP ADD

CH1：仅显示通道1的输入信号。 CH2：仅显示通道2的输入信号。 ALT：交替显示两通道的输入信号，此方式适宜扫描速率较快时。 CHOP: 断续显示两通道的输入信号，适宜扫描速率较慢时。 ADD：显示两个通道输入信号相加的结果。 ②输入耦合方式选择按键： AC--GND--DC。 AC（交流耦合）：信号经电容交流耦合输入到垂直放大器，其直流成分被阻断，仅观察信号中的交流成分。

DC（直流耦合）：信号的所有成分都输入到垂直放大器，可观察信号的直流分量。 GND（⊥接地）：信号从垂直放大器输入端断开且输入端接地。输入信号不接地。

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③电压灵敏度旋钮（V/div）：控制所显示波形的垂直位移。

V/div：分11挡选择垂直偏转因数。要获得校正的偏转因数，应将“微调”旋钮置于校正位置。 电压灵敏度微调旋钮：提供在“V/div”各挡位间连续可调的偏转因数，顺时针旋至端点为校正位置。

极性：用以转换CH2显示极性的开关。当按下时极性反相。 ④垂直位移：控制显示信号在Y轴方向上、下移动。 3.扫描控制开关和旋钮

①水平位移：控制显示的水平位移。

②扫描时基因数选择旋钮（T//div）：控制显示扫描长度的旋钮．

T/div：以1--2--5顺序分18级选择扫描速度。要得到校正的扫描速度，“微调” 旋钮必须置于校正位置。

扫描时基因数微调：提供在“T/div”各挡间连续可调的扫描速度, 顺时针旋至端点为校正位置。 ③电平／触发极性：调节被测信号变化至某一电平时的触发扫描。该旋钮也是用于控制选择触发极性

的推拉开关。推入时为正向触发，拉出时为负向触发。

④扫描方式选择按钮：用以选择以下扫描模式 AUTO（自动）：自动扫描方式。一般情况下，输入信号频率在50Hz以上时扫描方式宜置于AUTO。 NORM（常态）：触发扫描方式。无信号输入时，屏幕上无光迹显示。有信号输入，且触发电平旋钮在适当位置时，电路被触发扫描。此方式适宜观察在50Hz以下的信号。 4. 触发系统：CH1／CH2 EXT

①触发方式选择按钮（TRIGGER）：

CH1／CH2：置于这两个位置时为内触发。

EXT：置于该位置时为外触发扫描。触发信号来自外部信号。

②外触发输入插座：当选择外触发方式时，触发信号由此端口输入。

四、示波器的基本使用方法

1.在示波器通电前，将以下控制旋钮置于下列位置：

输入耦合方式——GND 垂直位移——中间位置 水平位移——中间位置 辉度——中间位置

垂直方式——交替（ALT） 扫描方式——AUTO T/div——0.5ms 扫描微调——顺时针旋到底 2.接通“电源”开关，约15秒后出现两条水平扫描基线。如果没有，可能原因是辉度太暗，或是垂直、水平位置不当，应加以适当调节。扫描基线出现后，调节以下旋钮：

①调节“垂直位移” 旋钮，使扫迹移至荧光屏观测区域的中央。 ②调节“辉度”旋钮，使扫迹亮度适中。 ③调节“聚焦”旋钮，使扫迹纤细清晰。 3.用本机校准信号检查

将CH1通道输入端由探头接到校准信号输出端，依照表1-1所示调节面板上开关、旋钮，此时在屏幕上应出现一个周期性的方波。如果波形不稳定，可调节触发电平旋钮。若探头采用1：1，则波形在垂直方向应占5格，波形的一个周期在水平方向应占2格，此时说明示波器的工作基本正常。

表1.1 校准信号检查

面板控制件 垂直方式 AC ⊥ DC V/div X、Y微调 X、Y位置 作用位置 CH1 AC 0.1V/div 校准 居中 面板控制件 扫描方式 触发源 T/div 耦合方式 极性 作用位置 自动 CH1 0.5ms/div AC +

4.观察波形

接输入信号，按照信号幅度调节V/div旋钮，使波形幅度适中，不超过屏幕上下限：调节电平旋钮，使被测波形稳定：调节T/div旋钮，使屏幕上显示测量所需的波形数。

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5.测量方法

①电压的测量

将“伏特／格 微调” 旋钮置于校准位置就可以进行电压测量。 电压(V)=设定值(T／DIV)×输入信号显示幅度(格)

当用1:10探头测量时，电压值相应×10 当输入恒定直流信号时，显示波形为一条水平线，但它在垂直方向上相对于平衡位置偏转了一段距离，这段距离就代表直流信号电压的大小。

当输入为交流信号时，可以在屏幕上读出波形的幅值或峰-峰值的大小。其幅值为正向或负向的最大值，峰-峰值是指正向最大值到负向最大值之间的距离。当波形对称时，峰-峰值Upp为幅值的2倍。

当输入信号中包含有交流及直流分量时，所显示的波形本身反映了交流分量的变化，将输入耦合方式置于“AC”时，可以看到交流分量。当把“⊥”按钮按下可以找出0点参考点，记下该参考点的位置后，抬起接地按钮，把“AC”挡置换到“DC”挡，可以根据波形偏转格数，求出其直流分量。如图1.1.9所示。

②时间的测量（周期）

将“时间/格 微调” 旋钮置于校准位置就可以进行时间测量。 周期=设定值(T／DIV)×对应被测波形一个周期时间长度(格) 五、示波器的使用注意事项

1.示波器接通电源后预热数分钟后在开始使用。

2.使用过程中，应避免频繁开关电源，以免损坏示波器。暂不使用，只需将荧光屏的亮度调暗即可。

3.荧光屏上所显示的亮点或波形的亮度要适当，光点不要长时间停留在一点上，以免损坏荧光屏。 4.测量被测信号的幅度和周期时，应分别将“V/div”与“T/div”开关的微调旋钮置于校准位置，否则测量结果不准确。

5.示波器的各输入探头的地线都和机壳相连，不可接在电路中不同的电位上。通常示波器的机壳和函数信号发生器的机壳也已经通过大地连接在一起，所以，示波器和函数信号发生器的地线必须接在相同的电位点上。

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