實驗一常用電子儀器的使用一、實驗目的1、學習電子電路實驗中常用的電子儀器——示波器、函數信號發生器、直流穩壓電源、交流毫伏表、頻率計等的主要技術指標、性能及正確使用方法。2、初步掌握用雙蹤示波器觀察正弦信號波形和讀取波形參數的方法。二、實驗原理在模擬電子電路實驗中，經常使用的電子儀器有示波器、函數信號發生器、直流穩壓電源、交流毫伏表及頻率計等。它們和萬用電表一起，可以完成對模擬電子電路的靜態和動態工作情況的測試。實驗中要對各種電子儀器進行綜合使用，可按照信號流向，以連線簡捷，調節順手，觀察與讀數方便等原則進行合理布局，各儀器與被測實驗裝置之間的布局與連接如圖1－1所示。接線時應注意，為防止外界干擾，各儀器的共公接地端應連接在一起，稱共地。信號源和交流毫伏表的引線通常用屏蔽線或專用電纜線，示波器接線使用專用電纜線，直流電源的接線用普通導線。圖1－1模擬電子電路中常用電子儀器布局圖示波器示波器是一種用途很廣的電子測量儀器，它既能直接顯示電信號的波形，又能對電信號進行各種參數的測量。現著重指出下列幾點：1）、尋找掃描光跡將示波器Y軸顯示方式置“Y1”或“Y2”，輸入耦合方式置“GND”，開機預熱后，若在顯示屏上不出現光點和掃描基線，可按下列操作去找到掃描線：①適當調節亮度旋鈕。②觸發方式開關置“自動”。③適當調節垂直（）、水平（）“位移”旋鈕，使掃描光跡位于屏幕中央。（若示波器設有“尋跡”按鍵，可按下“尋跡”按鍵，判斷光跡偏移基線的方向。）2）、雙蹤示波器一般有五種顯示方式，即“Y1”、“Y2”、“Y1＋Y2”三種單蹤顯示方式和“交替”“斷續”二種雙蹤顯示方式。“交替”顯示一般適宜于輸入信號頻率較高時使用。“斷續”顯示一般適宜于輸入信號頻率較底時使用。3）、為了顯示穩定的被測信號波形，“觸發源選擇”開關一般選為“內”觸發，使掃描觸發信號取自示波器內部的Y通道。4）、觸發方式開關通常先置于“自動”調出波形后，若被顯示的波形不穩定，可置觸發方式開關于“常態”，通過調節“觸發電平”旋鈕找到合適的觸發電壓，使被測試的波形穩定地顯示在示波器屏幕上。有時，由于選擇了較慢的掃描速率，顯示屏上將會出現閃爍的光跡，但被測信號的波形不在X軸方向左右移動，這樣的現象仍屬于穩定顯示。5）、適當調節“掃描速率”開關及“Y軸靈敏度”開關使屏幕上顯示一～二個周期的被測信號波形。在測量幅值時，應注意將“Y軸靈敏度微調”旋鈕置于“校準”位置，即順時針旋到底，且聽到關的聲音。在測量周期時，應注意將“X軸掃速微調”旋鈕置于“校準”位置，即順時針旋到底，且聽到關的聲音。還要注意“擴展”旋鈕的位置。根據被測波形在屏幕坐標刻度上垂直方向所占的格數（div或cm）與“Y軸靈敏度”開關指示值（v/div）的乘積，即可算得信號幅值的實測值。根據被測信號波形一個周期在屏幕坐標刻度水平方向所占的格數（div或cm）與“掃速”開關指示值（t/div）的乘積，即可算得信號頻率的實測值。2、函數信號發生器函數信號發生器按需要輸出正弦波、方波、三角波三種信號波形。輸出電壓最大可達20VP－P。通過輸出衰減開關和輸出幅度調節旋鈕，可使輸出電壓在毫伏級到伏級范圍內連續調節。函數信號發生器的輸出信號頻率可以通過頻率分檔開關進行調節。函數信號發生器作為信號源，它的輸出端不允許短路。交流毫伏表交流毫伏表只能在其工作頻率范圍之內，用來測量正弦交流電壓的有效值。為了防止過載而損壞，測量前一般先把量程開關置于量程較大位置上，然后在測量中逐檔減小量程。三、實驗設備與器件1、函數信號發生器2、雙蹤示波器3、交流毫伏表四、實驗內容1、用機內校正信號對示波器進行自檢。1)掃描基線調節將示波器的顯示方式開關置于“單蹤”顯示（Y1或Y2），輸入耦合方式開關置“GND”，觸發方式開關置于“自動”。開啟電源開關后，調節“輝度”、“聚焦”、“輔助聚焦”等旋鈕，使熒光屏上顯示一條細而且亮度適中的掃描基線。然后調節“X軸位移”（）和“Y軸位移”()旋鈕，使掃描線位于屏幕中央，并且能上下左右移動自如。2）測試“校正信號”波形的幅度、頻率將示波器的“校正信號”通過專用電纜線引入選定的Y通道（Y1或Y2），將Y軸輸入耦合方式開關置于“AC”或“DC”，觸發源選擇開關置“內”，內觸發源選擇開關置“Y1”或“Y2”。調節X軸“掃描速率”開關（t/div）和Y軸“輸入靈敏度”開關（V/div），使示波器顯示屏上顯示出一個或數個周期穩定的方波波形。a.校準“校正信號”幅度將“y軸靈敏度微調”旋鈕置“校準”位置，“y軸靈敏度”開關置適當位置，讀取校正信號幅度，記入表1－1。表1－1標準值實測值幅度Up-p(V)頻率f(KHz)上升沿時間μS下降沿時間μS注：不同型號示波器標準值有所不同，請按所使用示波器將標準值填入表格中。b.校準“校正信號”頻率將“掃速微調”旋鈕置“校準”位置，“掃速”開關置適當位置，讀取校正信號周期，記入表1－1。c．測量“校正信號”的上升時間和下降時間調節“y軸靈敏度”開關及微調旋鈕，并移動波形，使方波波形在垂直方向上正好占據中心軸上，且上、下對稱，便于閱讀。通過掃速開關逐級提高掃描速度，使波形在X軸方向擴展（必要時可以利用“掃速擴展”開關將波形再擴展10倍），并同時調節觸發電平旋鈕，從顯示屏上清楚的讀出上升時間和下降時間，記入表1－1。2、用示波器和交流毫伏表測量信號參數調節函數信號發生器有關旋鈕，使輸出頻率分別為100Hz、1KHz、10KHz、100KHz，有效值均為1V（交流毫伏表測量值）的正弦波信號。改變示波器“掃速”開關及“Y軸靈敏度”開關等位置，測量信號源輸出電壓頻率及峰峰值，記入表1－2。表1－2信號電壓頻率示波器測量值示波器測量值周期（ms）頻率（Hz）峰峰值（V）有效值（V）100Hz1KHz10KHz100KHz五、實驗總結1、整理實驗數據，并進行分析。2、問題討論1）如何操縱示波器有關旋鈕，以便從示波器顯示屏上觀察到穩定、清晰的波形？2)用雙蹤顯示波形，并要求比較相位時，為在顯示屏上得到穩定波形，應怎樣選擇下列開關的位置？a)顯示方式選擇（Y1；Y2；Y1＋Y2；交替；斷續）b)觸發方式（常態；自動）c)觸發源選擇（內；外）內觸發源選擇（Y1、Y2、交替）3、函數信號發生器有哪幾種輸出波形？它的輸出端能否短接，如用屏蔽線作為輸出引線，則屏蔽層一端應該接在哪個接線柱上?4、交流毫伏表是用來測量正弦波電壓還是非正弦波電壓？它的表頭指示值是被測信號的什么數值？它是否可以用來測量直流電壓的大小？實驗二晶體管共射極單管放大器一、實驗目的1、學會放大器靜態工作點的調試方法，分析靜態工作點對放大器性能的影響。2、掌握放大器電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。3、熟悉常用電子儀器及模擬電路實驗設備的使用。二、實驗原理圖2－1為電阻分壓式工作點穩定單管放大器實驗電路圖。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發射極中接有電阻RE，以穩定放大器的靜態工作點。當在放大器的輸入端加入輸入信號ui后，在放大器的輸出端便可得到一個與ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號u0，從而實現了電壓放大。圖2－1共射極單管放大器實驗電路在圖2－1電路中，當流過偏置電阻RB1和RB2的電流遠大于晶體管T的基極電流IB時（一般5～10倍），則它的靜態工作點可用下式估算UCE＝UCC－IC（RC＋RE）電壓放大倍數輸入電阻Ri＝RB1RB2rbe輸出電阻RO≈RC由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設計和制作晶體管放大電路時，離不開測量和調試技術。在設計前應測量所用元器件的參數，為電路設計提供必要的依據，在完成設計和裝配以后，還必須測量和調試放大器的靜態工作點和各項性能指標。一個優質放大器，必定是理論設計與實驗調整相結合的產物。因此，除了學習放大器的理論知識和設計方法外，還必須掌握必要的測量和調試技術。放大器的測量和調試一般包括：放大器靜態工作點的測量與調試，消除干擾與自激振蕩及放大器各項動態參數的測量與調試等。1、放大器靜態工作點的測量與調試1)靜態工作點的測量測量放大器的靜態工作點，應在輸入信號ui＝0的情況下進行，即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測量晶體管的集電極電流IC以及各電極對地的電位UB、UC和UE。一般實驗中，為了避免斷開集電極，所以采用測量電壓UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要測出UE，即可用算出IC（也可根據，由UC確定IC），同時也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。為了減小誤差，提高測量精度，應選用內阻較高的直流電壓表。2)靜態工作點的調試放大器靜態工作點的調試是指對管子集電極電流IC（或UCE）的調整與測試。靜態工作點是否合適，對放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點偏高，放大器在加入交流信號以后易產生飽和失真，此時uO的負半周將被削底，如圖2－2(a)所示；如工作點偏低則易產生截止失真，即uO的正半周被縮頂（一般截止失真不如飽和失真明顯），如圖2－2(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點以后還必須進行動態調試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應調節靜態工作點的位置。(a)(b)圖2－2靜態工作點對uO波形失真的影響改變電路參數UCC、RC、RB（RB1、RB2）都會引起靜態工作點的變化，如圖2－3所示。但通常多采用調節偏置電阻RB2的方法來改變靜態工作點，如減小RB2，則可使靜態工作點提高等。圖2－3電路參數對靜態工作點的影響最后還要說明的是，上面所說的工作點“偏高”或“偏低”不是絕對的，應該是相對信號的幅度而言，如輸入信號幅度很小，即使工作點較高或較低也不一定會出現失真。所以確切地說，產生波形失真是信號幅度與靜態工作點設置配合不當所致。如需滿足較大信號幅度的要求，靜態工作點最好盡量靠近交流負載線的中點。2、放大器動態指標測試放大器動態指標包括電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、最大不失真輸出電壓（動態范圍）和通頻帶等。1)電壓放大倍數AV的測量調整放大器到合適的靜態工作點，然后加入輸入電壓ui，在輸出電壓uO不失真的情況下，用交流毫伏表測出ui和uo的有效值Ui和UO，則2)輸入電阻Ri的測量為了測量放大器的輸入電阻，按圖2－4電路在被測放大器的輸入端與信號源之間串入一已知電阻R，在放大器正常工作的情況下，用交流毫伏表測出US和Ui，則根據輸入電阻的定義可得圖2－4輸入、輸出電阻測量電路測量時應注意下列幾點:①由于電阻R兩端沒有電路公共接地點，所以測量R兩端電壓UR時必須分別測出US和Ui，然后按UR＝US－Ui求出UR值。②電阻R的值不宜取得過大或過小，以免產生較大的測量誤差，通常取R與Ri為同一數量級為好，本實驗可取R＝1～2KΩ。3)輸出電阻R0的測量按圖2-4電路，在放大器正常工作條件下，測出輸出端不接負載RL的輸出電壓UO和接入負載后的輸出電壓UL，根據即可求出在測試中應注意，必須保持RL接入前后輸入信號的大小不變。4)最大不失真輸出電壓UOPP的測量（最大動態范圍）如上所述，為了得到最大動態范圍，應將靜態工作點調在交流負載線的中點。為此在放大器正常工作情況下，逐步增大輸入信號的幅度，并同時調節RW（改變靜態工作點），用示波器觀察uO，當輸出波形同時出現削底和縮頂現象（如圖2－5）時，說明靜態工作點已調在交流負載線的中點。然后反復調整輸入信號，使波形輸出幅度最大，且無明顯失真時，用交流毫伏表測出UO（有效值），則動態范圍等于。或用示波器直接讀出UOPP來。圖2－5靜態工作點正常，輸入信號太大引起的失真5)放大器幅頻特性的測量放大器的幅頻特性是指放大器的電壓放大倍數AU與輸入信號頻率f之間的關系曲線。單管阻容耦合放大電路的幅頻特性曲線如圖2－6所示，Aum為中頻電壓放大倍數，通常規定電壓放大倍數隨頻率變化下降到中頻放大倍數的倍，即0.707Aum所對應的頻率分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，則通頻帶fBW＝fH－fL放大器的幅率特性就是測量不同頻率信號時的電壓放大倍數AU。為此，可采用前述測AU的方法，每改變一個信號頻率，測量其相應的電壓放大倍數，測量時應注意取點要恰當，在低頻段與高頻段應多測幾點，在中頻段可以少測幾點。此外，在改變頻率時，要保持輸入信號的幅度不變，且輸出波形不得失真。6)干擾和自激振蕩的消除參考實驗附錄3DG9011(NPN)3CG9012(PNP)9013(NPN)圖2－6幅頻特性曲線圖2－7晶體三極管管腳排列三、實驗設備與器件1、＋12V直流電源2、函數信號發生器3、雙蹤示波器4、交流毫伏表5、直流電壓表6、直流毫安表7、頻率計8、萬用電表9、晶體三極管3DG6×1(β＝50～100)或9011×1（管腳排列如圖2－7所示）電阻器、電容器若干四、實驗內容實驗電路如圖2－1所示。各電子儀器可按實驗一中圖1－1所示方式連接，為防止干擾，各儀器的公共端必須連在一起，同時信號源、交流毫伏表和示波器的引線應采用專用電纜線或屏蔽線，如使用屏蔽線，則屏蔽線的外包金屬網應接在公共接地端上。1、調試靜態工作點接通直流電源前，先將RW調至最大，函數信號發生器輸出旋鈕旋至零。接通＋12V電源、調節RW，使IC＝2.0mA（即UE＝2.0V），用直流電壓表測量UB、UE、UC及用萬用電表測量RB2值。記入表2－1。表2-1IC＝2mA測量值計算值UB（V）UE（V）UC（V）RB2（KΩ）UBE（V）UCE（V）IC（mA）2、測量電壓放大倍數在放大器輸入端加入頻率為1KHz的正弦信號uS，調節函數信號發生器的輸出旋鈕使放大器輸入電壓Ui10mV，同時用示波器觀察放大器輸出電壓uO波形，在波形不失真的條件下用交流毫伏表測量下述三種情況下的UO值，并用雙蹤示波器觀察uO和ui的相位關系，記入表2－2。表2－2Ic＝2.0mAUi＝mVRC（KΩ）RL(KΩ)Uo(V)AV觀察記錄一組uO和u1波形2.4∞2.42.4五、實驗總結1、列表整理測量結果，并把實測的靜態工作點、電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻之值與理論計算值比較（取一組數據進行比較），分析產生誤差原因。2、總結RC，RL及靜態工作點對放大器電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻的影響。實驗三集成運算放大器的基本應用(I)─模擬運算電路─一、實驗目的1、研究由集成運算放大器組成的比例、加法、減法和積分等基本運算電路的功能。2、了解運算放大器在實際應用時應考慮的一些問題。二、實驗原理集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數的直接耦合多級放大電路。當外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負反饋電路時，可以靈活地實現各種特定的函數關系。在線性應用方面，可組成比例、加法、減法、積分、微分、對數等模擬運算電路。理想運算放大器特性在大多數情況下，將運放視為理想運放，就是將運放的各項技術指標理想化，滿足下列條件的運算放大器稱為理想運放。開環電壓增益Aud=∞輸入阻抗ri=∞輸出阻抗ro=0帶寬fBW=∞失調與漂移均為零等。理想運放在線性應用時的兩個重要特性：（1）輸出電壓UO與輸入電壓之間滿足關系式UO＝Aud（U+－U－）由于Aud=∞，而UO為有限值，因此，U+－U－≈0。即U+≈U－，稱為“虛短”。（2）由于ri=∞，故流進運放兩個輸入端的電流可視為零，即IIB＝0，稱為“虛斷”。這說明運放對其前級吸取電流極小。上述兩個特性是分析理想運放應用電路的基本原則，可簡化運放電路的計算。基本運算電路1)反相比例運算電路電路如圖8－1所示。對于理想運放，該電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關系為為了減小輸入級偏置電流引起的運算誤差，在同相輸入端應接入平衡電阻R2＝R1RF。圖8－1反相比例運算電路圖8－2反相加法運算電路2)反相加法電路電路如圖8－2所示，輸出電壓與輸入電壓之間的關系為R3＝R1R2RF3)同相比例運算電路圖8－3(a)是同相比例運算電路，它的輸出電壓與輸入電壓之間的關系為R2＝R1RF當R1→∞時，UO＝Ui，即得到如圖8－3(b)所示的電壓跟隨器。圖中R2＝RF，用以減小漂移和起保護作用。一般RF取10KΩ，RF太小起不到保護作用，太大則影響跟隨性。(a)同相比例運算電路(b)電壓跟隨器圖8-3同相比例運算電路4)差動放大電路（減法器）對于圖8-4所示的減法運算電路，當R1＝R2，R3＝RF時，有如下關系式圖8－4減法運算電路圖8-5積分運算電路5)積分運算電路反相積分電路如圖8－5所示。在理想化條件下，輸出電壓uO等于式中uC(o)是t＝0時刻電容C兩端的電壓值，即初始值。如果ui(t)是幅值為E的階躍電壓，并設uc(o)＝0，則即輸出電壓uO(t)隨時間增長而線性下降。顯然RC的數值越大，達到給定的UO值所需的時間就越長。積分輸出電壓所能達到的最大值受集成運放最大輸出范圍的限值。在進行積分運算之前，首先應對運放調零。為了便于調節，將圖中K1閉合，即通過電阻R2的負反饋作用幫助實現調零。但在完成調零后，應將K1打開，以免因R2的接入造成積分誤差。K2的設置一方面為積分電容放電提供通路，同時可實現積分電容初始電壓uC(o)＝0，另一方面，可控制積分起始點，即在加入信號ui后，只要K2一打開，電容就將被恒流充電，電路也就開始進行積分運算。三、實驗設備與器件1、±12V直流電源2、函數信號發生器3、交流毫伏表4、直流電壓表5、集成運算放大器μA741×1電阻器、電容器若干。四、實驗內容實驗前要看清運放組件各管腳的位置；切忌正、負電源極性接反和輸出端短路，否則將會損壞集成塊。1、反相比例運算電路1)按圖8－1連接實驗電路，接通±12V電源，輸入端對地短路，進行調零和消振。2)輸入f＝100Hz，Ui＝0.5V的正弦交流信號，測量相應的UO，并用示波器觀察uO和ui的相位關系，記入表8-1。表8-1Ui＝0.5V，f＝100HzUi（V）U0（V）ui波形uO波形AV實測值計算值2、同相比例運算電路1)按圖8－3(a)連接實驗電路。實驗步驟同內容1，將結果記入表8－2。2)將圖8－3(a)中的R1斷開，得圖8－3(b)電路重復內容1)。表8－2Ui＝0.5Vf＝100HzUi（V）UO(V)ui波形uO波形AV實測值計算值五、實驗總結1、整理實驗數據，畫出波形圖（注意波形間的相位關系）。2、將理論計算結果和實測數據相比較，分析產生誤差的原因。3、分析討論實驗中出現的現象和問題。實驗四負反饋放大器一、實驗目的加深理解放大電路中引入負反饋的方法和負反饋對放大器各項性能指標的影響。二、實驗原理負反饋在電子電路中有著非常廣泛的應用,雖然它使放大器的放大倍數降低，但能在多方面改善放大器的動態指標，如穩定放大倍數，改變輸入、輸出電阻，減小非線性失真和展寬通頻帶等。因此，幾乎所有的實用放大器都帶有負反饋。負反饋放大器有四種組態，即電壓串聯，電壓并聯，電流串聯，電流并聯。本實驗以電壓串聯負反饋為例，分析負反饋對放大器各項性能指標的影響。1、圖4－1為帶有負反饋的兩級阻容耦合放大電路，在電路中通過Rf把輸出電壓uo引回到輸入端，加在晶體管T1的發射極上，在發射極電阻RF1上形成反饋電壓uf。根據反饋的判斷法可知，它屬于電壓串聯負反饋。主要性能指標如下1)閉環電壓放大倍數其中AV＝UO／Ui—基本放大器（無反饋）的電壓放大倍數，即開環電壓放大倍數。1＋AVFV—反饋深度，它的大小決定了負反饋對放大器性能改善的程度。圖4－1帶有電壓串聯負反饋的兩級阻容耦合放大器反饋系數3)輸入電阻Rif＝(1＋AVFV)RiRi—基本放大器的輸入電阻4)輸出電阻RO—基本放大器的輸出電阻AVO—基本放大器RL＝∞時的電壓放大倍數2、本實驗還需要測量基本放大器的動態參數，怎樣實現無反饋而得到基本放大器呢？不能簡單地斷開反饋支路，而是要去掉反饋作用，但又要把反饋網絡的影響（負載效應）考慮到基本放大器中去。為此:1)在畫基本放大器的輸入回路時，因為是電壓負反饋，所以可將負反饋放大器的輸出端交流短路，即令uO＝0，此時Rf相當于并聯在RF1上。2)在畫基本放大器的輸出回路時，由于輸入端是串聯負反饋，因此需將反饋放大器的輸入端（T1管的射極）開路，此時（Rf＋RF1）相當于并接在輸出端。可近似認為Rf并接在輸出端。根據上述規律，就可得到所要求的如圖4－2所示的基本放大器。圖4－2基本放大器三、實驗設備與器件1、＋12V直流電源2、函數信號發生器3、雙蹤示波器4、頻率計5、交流毫伏表6、直流電壓表7、晶體三極管3DG6×2(β＝50～100)或9011×2電阻器、電容器若干。四、實驗內容1、測量靜態工作點按圖4－1連接實驗電路，取UCC＝＋12V，Ui＝0，用直流電壓表分別測量第一級、第二級的靜態工作點，記入表4-1。表4－1UB（V）UE（V）UC（V）IC（mA）第一級第二級2、測試基本放大器的各項性能指標將實驗電路按圖4－2改接，即把Rf斷開后分別并在RF1和RL上，其它連線不動。1)測量中頻電壓放大倍數AV，輸入電阻Ri和輸出電阻RO。①以f＝1KHZ，US約5mV正弦信號輸入放大器，用示波器監視輸出波形uO，在uO不失真的情況下，用交流毫伏表測量US、Ui、UL，記入表4－2。表4-2基本放大器US(mv)Ui(mv)UL(V)UO(V)AVRi(KΩ)RO(KΩ)負反饋放大器US(mv)Ui(mv)UL(V)UO(V)AVfRif(KΩ)ROf(KΩ)②保持US不變，斷開負載電阻RL（注意，Rf不要斷開），測量空載時的輸出電壓UO，記入表4－2。五、實驗總結1、將基本放大器和負反饋放大器動態參數的實測值和理論估算值列表進行比較。2、根據實驗結果，總結電壓串聯負反饋對放大器性能的影響。六、預習要求1、復習教材中有關負反饋放大器的內容。2、按實驗電路4－1估算放大器的靜態工作點（取β1＝β2＝100）。3、怎樣把負反饋放大器改接成基本放大器？為什么要把Rf并接在輸入和輸出端？實驗五直流穩壓電源（Ⅱ）─集成穩壓器─一、實驗目的1、研究集成穩壓器的特點和性能指標的測試方法。2、了解集成穩壓器擴展性能的方法。二、實驗原理隨著半導體工藝的發展，穩壓電路也制成了集成器件。由于集成穩壓器具有體積小，外接線路簡單、使用方便、工作可靠和通用性等優點，因此在各種電子設備中應用十分普遍，基本上取代了由分立元件構成的穩壓電路。集成穩壓器的種類很多，應根據設備對直流電源的要求來進行選擇。對于大多數電子儀器、設備和電子電路來說，通常是選用串聯線性集成穩壓器。而在這種類型的器件中，又以三端式穩壓器應用最為廣泛。W7800、W7900系列三端式集成穩壓器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進行調整。W7800系列三端式穩壓器輸出正極性電壓，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七個檔次，輸出電流最大可達1.5A（加散熱片）。同類型78M系列穩壓器的輸出電流為0.5A，78L系列穩壓器的輸出電流為0.1A。若要求負極性輸出電壓，則可選用W7900系列穩壓器。圖19－1為W7800系列的外形和接線圖。它有三個引出端輸入端（不穩定電壓輸入端）標以“1”輸出端（穩定電壓輸出端）標以“3”公共端標以“2”除固定輸出三端穩壓器外，尚有可調式三端穩壓器，后者可通過外接元件對輸出電壓進行調整，以適應不同的需要。本實驗所用集成穩壓器為三端固定正穩壓器W7812，它的主要參數有：輸出直流電壓U0＝＋12V，輸出電流L:0.1A，M:0.5A，電壓調整率10mV/V，輸出電阻R0＝0.15Ω，輸入電壓UI的范圍15～17V。因為一般UI要比U0大3～5V，才能保證集成穩壓器工作在線性區。圖19-1W7800系列外形及接線圖圖19－2是用三端式穩壓器W7812構成的單電源電壓輸出串聯型穩壓電源的實驗電路圖。其中整流部分采用了由四個二極管組成的橋式整流器成品（又稱橋堆），型號為2W06(或KBP306)，內部接線和外部管腳引線如圖19－3所示。濾波電容C1、C2一般選取幾百～幾千微法。當穩壓器距離整流濾波電路比較遠時，在輸入端必須接入電容器C3（數值為0.33μF），以抵消線路的電感效應，防止產生自激振蕩。輸出端電容C4(0.1μF)用以濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態響應。圖19－2由W7815構成的串聯型穩壓電源圖19-3(a)圓橋2W06圖19-3(b)排橋KBP306圖19-3橋堆管腳圖圖19－4為正、負雙電壓輸出電路，例如需要U01＝＋15V，U02＝－15V，則可選用W7815和W7915三端穩壓器，這時的UI應為單電壓輸出時的兩倍。圖19-4正、負雙電壓輸出電路圖19-5輸出電壓擴展電路當集成穩壓器本身的輸出電壓或輸出電流不能滿足要求時，可通過外接電路來進行性能擴展。圖19－5是一種簡單的輸出電壓擴展電路。如W7812穩壓器的3、2端間輸出電壓為12V，因此只要適當選擇R的值，使穩壓管DW工作在穩壓區，則輸出電壓U0＝12＋Uz，可以高于穩壓器本身的輸出電壓。圖11－6是通過外接晶體管T及電阻R1來進行電流擴展的電路。電阻R1的阻值由外接晶體管的發射結導通電壓UBE、三端式穩壓器的輸入電流Ii（近似等于三端穩壓器的輸出電流I01）和T的基極電流IB來決定，即式中：IC為晶體管T的集電極電流，它應等于IC＝I0－I01；β為T的電流放大系數；對于鍺管UBE可按0.3V估算，對于硅管UBE按0.7V估算。圖19－6輸出電流擴展電路附：(1)圖19－7為W7900系列（輸出負電壓）外形及接線圖圖19－7W7900系列外形及接線圖(2)圖19－8為可調輸出正三端穩壓器W317外形及接線圖。圖19－8W317外形及接線圖輸出電壓計算公式最大輸入電壓UIm=40V輸出電壓范圍U0=1.2～37三、實驗設備與器件1、可調工頻電源2、雙蹤示波器3、交流毫伏表4、直流電壓表5、直流毫安表6、三端穩壓器W7812、W7815、W79157、橋堆2WO6(或KBP306)電阻器、電容器若干四、實驗內容1、整流濾波電路測試按圖19－9連接實驗電路，取可調工頻電源14V電壓作為整流電路輸入電壓u2。接通工頻電源，測量輸出端直流電壓UL及紋波電壓L，用示波器觀察u2，uL的波形，把數據及波形記入自擬表格中。圖19－9整流濾波電路2、集成穩壓器性能測試斷開工頻電源，按圖19－2改接實驗電路，取負載電阻RL＝120Ω。1)初測接通工頻14V電源，測量U2值；測量濾波電路輸出電壓UI(穩壓器輸入電壓），集成穩壓器輸出電壓U0，它們的數值應與理論值大致符合，否則說明電路出了故障。設法查找故障并加以排除。電路經初測進入正常工作狀態后，才能進行各項指標的測試。2)各項性能指標測試①輸出電壓U0和最大輸出電流Iomix的測量。在輸出端接負載電阻RL＝120Ω，由于7812輸出電壓U0＝12V，因此流過RL的電流。這時U0應基本保持不變，若變化較大則說明集成塊性能不良。②穩壓系數S的測量③輸出電阻R0的測量④輸出紋波電壓的測量②、③、④的測試方法同實驗十，把測量結果記入自擬表格中。五、實驗總結1、整理實驗數據，計算S和R0，并與手冊上的典型值進行比較。2、分析討論實驗中發生的現象和問題。實驗五譯碼器及其應用一、實驗目的1、掌握中規模集成譯碼器的邏輯功能和使用方法2、熟悉數碼管的使用二、實驗原理譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的代碼進行“翻譯”，變成相應的狀態，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。譯碼器在數字系統中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉換、終端的數字顯示，還用于數據分配，存貯器尋址和組合控制信號等。不同的功能可選用不同種類的譯碼器。譯碼器可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。前者又分為變量譯碼器和代碼變換譯碼器。1、變量譯碼器（又稱二進制譯碼器），用以表示輸入變量的狀態，如2線－4線、3線－8線和4線－16線譯碼器。若有n個輸入變量，則有2n個不同的組合狀態，就有2n個輸出端供其使用。而每一個輸出所代表的函數對應于n個輸入變量的最小項。以3線－8線譯碼器74LS138為例進行分析，圖6－1(a)、(b)分別為其邏輯圖及引腳排列。其中A2、A1、A0為地址輸入端，～為譯碼輸出端，S1為使能端。表6－1為74LS138功能表時，或S1＝X，＋＝1時，譯碼器被禁止，所有輸出同時為1。(a)(b)圖6－13－8線譯碼器74LS138邏輯圖及引腳排列表6－1輸入輸出S1+A2A1A0100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111100××××11111111×1×××11111111二進制譯碼器實際上也是負脈沖輸出的脈沖分配器。若利用使能端中的圖6－2所示。若在S1輸入端輸入數據信息，＝＝0，地址碼所對應的輸出是S1數據信息的反碼；若從端輸入數據信息，S1＝地址碼所對應的輸出就是端數據信息的原碼。若數據信息是時鐘脈沖，則數據分配器便成為時鐘脈沖分配器。根據輸入地址的不同組合譯出唯一地址，故可用作地址譯碼器。接成多路分配器，可將一個信號源的數據信息傳輸到不同的地點。二進制譯碼器還能方便地實現邏輯函數，如圖6－3所示，實現的邏輯函數是Z＝＋ABC圖6－2作數據分配器圖6－3實現邏輯函數利用使能端能方便地將兩個3/8譯碼器組合成一個4/16譯碼器，如圖6－4所示。圖6－4用兩片74LS138組合成4/16譯碼器2、數碼顯示譯碼器a、七段發光二極管(LED)數碼管LED數碼管是目前最常用的數字顯示器，圖6－5(a)、(b)為共陰管和共陽管的電路，(c)為兩種不同出線形式的引出腳功能圖。一個LED數碼管可用來顯示一位0～9十進制數和一個小數點。小型數碼管（0.5寸和0.36寸）每段發光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2～2.5V，每個發光二極管的點亮電流在5～10mA。LED數碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當的驅動能力。(a)共陰連接（“1”電平驅動）(b)共陽連接（“0”電平驅動）(c)符號及引腳功能圖