川大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： 贵 阳 学 院 学 生 姓 名： 董浩 专 业： 电气工程及其自动化 层 次： 专 升 本 年 级： 2014年春 学 号： DH1141Y1002 实 验 时 间： 2015年1月10

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、滤波和稳压电路。 9、编码器和译码器。 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，电压的大小和它们的相位关系，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、电压和功率之间的关系，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、共模放大倍数和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Av和最大输出电压vomax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。了解串联稳压电路和并联稳压电路的工作原理。了解保护电路的限流保护作用和工作原理。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、编码器的工作原理和特点。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和测试方法。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、C元件上电流电压的相位关系

一、实验线路、实验原理和操作步骤

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和电阻两端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和电阻两端电压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

e??Ldidt（负号说明自感电动势的实际方向总是阻碍电流的变化）。

应电动势为

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

u??e?Ldidt

相平衡。在电动势、电压、电流三者参考方向一致的情况下，则

设图所示的电感中，有正弦电流i?Imsin?t通过，则电感两端电压为：

u?Ldid(Imsin?t)?L?Umsin(?t?90o)dtdt

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，于是就有：

i?u?dqdu?Cdtdt

也可写成：

1idtC?

设：电容器两端电压

u?Umsin?t

i?Cdud(Umsin?t)?C??CUmcos?t?Imsin(?t?90o)dtdt

由上式可知：

ImUmU1????CUm，即ImI?C

1 实验和理论均可证明，电容器的电容C越大，交流电频率越高，则

?C越

小，也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。

Xc?11??C2?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率因数

越低，线路电流I就越大，从而增加了线路电压降和线路功率损耗，

；负

若线路总电阻为R，则线路电压降和线路功率损耗分别为

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和供电质量，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。当并联电容器此时功率因数

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和功率P，用公式

计算。

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）

coPco?QQ，当功率P和供电电压U一定时，功

时，总无功功率为Q为0，

=1，线路电流I最小。若继续并联电容器，将导致功率因数

（a） (b)

图2-12-1 日光灯电路原理图

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、电压表和电流表的读数，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RC电路

一、实验原理:

1. 动态网络的过渡过程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和测量有关的参数，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，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。

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

T的重复激励下， 当满足τ＝RC<<2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。

RC

RCuiR <>T/2cc

TT

(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

T为响应输出。当电路的参数满足τ＝RC>>2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。

从输入输出波形来看，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和响应uc的信号分别连至虚拟示波器接口箱的两个输入口CH1和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。

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）

由此我们可以看出输出部分即电阻上的电压为i*R，结合上面的计算，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，都是基于电容的冲放电原理，这里就不详细说了，这里要提的是电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件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，

0.01u1000p30K10K10K1001000p0.01u10mH4.7mH6800p0.1u10K0.1u1M1K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，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；电桥的电源通常是正弦交流电源；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IG?0），CD两点的电位相等，电桥达到平衡，这时有：

?UAC?UAD??UCB?UDB（1）

即：

??IZ???I1Z144?????I2Z2?I3Z3（2） 两式相除有： ??I1ZI4Z14???I2ZI3Z23（3）

当电桥平衡时，IG?0，由此可得：

?I1?I2??I4?I3（4） 所以 ?Z???Z13?Z2Z4 （5）

上式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Zx构成，则：

?Z??Zx?1?Z3?Z4（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

I1Z1I4Z4?两式相除有： I2Z2I3Z3

当电桥平衡时，I0=0，由此可得： I1=I2， I3=I4

所以 Z1Z3=Z2Z4

上式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：

Zx?Z2?Z4Z3

当其他桥臂的参数已知时，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。

IC1RC110K?RB 10K?+510?UiK510?-RB 10K?IERE10K?RE35.1K?R236K?-VEE-12VT1T2RL 68K?+UO-IC2RC210K?+VCC+12VRP 100?

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

|V|?UBEIE?EE(认为UB1?UB2?0)RE

1IC1?IC2?2IE 恒流源电路

IC3?IE3R2?VCC?|UBE|??UBER?R2?1RE3

IC1?IC2?12IE

2．差模电压放大倍数和共模电压放大倍数

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

?Uo －?RC Ad= = 1

单端输出

?Ui RB1＋rBo＋ (1＋?)RP

2

?Uo 1 ?UC2 1 Ad1 = = Ad Ad2 = =－ Ad

?Ui 2 ?Ui 2

当输入共模信号时，若为单端输出，则有

?UC1 －?Rc Rc

AC1 = AC2 = = ?－

?U1 RB1＋rbe＋(1＋?)( 1 RP＋2RE) 2RE

2

?Uo

若为双端输出，在理想情况下 AC = =0

?Ui

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)的放大作用和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

AdCMRR?AdAc 或CMRR?20LogAc(dB)

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和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 测量值（V） 6.34 6.37 0.75 0.00 0.00 -7.95 -0.62 -0.62 Ve3 -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 信号 +0.1V -0.1Vc1 5.40 5.40 测量值 Vc2 7.28 7.29 共模输入 V0双 1.88 1.88 Ad1 54 54 计算值 Ad2 -72.8 -72.9 Ad双 -18.8 -18.9 V 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 双端 Av 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和RL上。 测量中频电压放大倍数Av，输入输出电阻Ri和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 负反馈放大器 Us(mV) 5.0 Us(mV) 5.0 Ui(mV) UL(V) 0.5 0.25 Uo(V) 0.48 Uo(V) 0.20 Av 500 Avf 87 Rf(KΩ) Ro(KΩ) 1.11 Rif(KΩ) 8.52 2.208 Rof(KΩ) 1.028 Ui(mV) UL(V) 2.3 0.14 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，减小非线性失真和展宽通频带，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；但是其放大倍数明显变低。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c20t.html