川大电工电子综合实践报告.docx

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1、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：吴卫专业：电气工程及其自动化层次：专升本年级：20 1 2年春学号:DH1121Y1002实验时间：2014年1月10实验题目实验目的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。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

2、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 wo r kb e n c h Multi s im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TH208 0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

3、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A和最大输出电压v的测试方法，掌握比例vo max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

4、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J K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74LS9 0,74LS16 1的功能，学

5、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、FB 2 020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

6、路实验箱扩展板、数字万用表、芯片。1 0、计算机、E 1 ectronics Workbench Multisim 20 0 1 电子线路仿真软件。11、四2输入正与非门7 4LSO0、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：调节ZHT2实验台上的交流电源，使其输出交流电源电压值为2o20V。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

7、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

8、电动势。根据电磁感应定律，感应die L电动势为dt （负号说明自感电动势的实际方向总是阻碍电流的变化）。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diu e L 平衡。在电动势、电压、电流三者参考方向一致的情况下，则dt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 - Ld Ld（Imsin ）-Um sint + 90o）dtdt波形与相量图如下：4込心八土i2、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:dqdui Cdtdt也可写成：

9、u = J idtCu = Um sin t设:电容器两端电压i = Cdu = C d （Um sin ）=CUm cos =Imsin（ + 90。） dtdt由上式可知：Um = U = 1Im = CUm 即而=J = Tc、，即、亠亠 C实验和理论均可证明，电容器的电容c越大，父流电频率越咼，则/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 =12兀fC波形与相量图如下:农厂；右： | .结论：电压与电流的关系为:实验报告二 电路功率因素的提咼，也有电I就越，使得功功率因数 越低，线源向负载提提高供一、实验原理:供电系统由电源通感性负载。由于电感性

10、负载有较大的感抗，若电源向负载传送的功率耗，若线路总电阻为R,负载电感进行能量交 电源容量的利用率。施提高电感性负载额功 通常提高电感性器，使负载的总无功功率负载供电。负因而功率路电压降和是在负载传送的有电压降和线率因数提高，线路电流减小。当并联电容时功率因数=1，线路电流I最小。若继降，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U、负计算。时，率为Q为0,此时,用公式（a） （b） 图212-1 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

11、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）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)1(A)036.3 8220219. 916 8.8110. 60. 3 50L0.4 70.4736.54

12、22 02 19.216 8. 5111.50.321L0.5113 6.872202 19.61 68. 4111.40.297L0.561.473 6. 9922 0219.4167.8112.30. 273L 0. 652.237. 272 202 18.6167.3112.00. 2 3 1L0.742. 6737. 262 202 19.016 7.3112.40.211L0.823. 23 7.23220218.416 7.8112.60.199L0. 8 73.673 7.7422 0219. 2167. 4112. 30 .187L0.944.33 7.7422 0218.41

13、6 5.6113. 50.18 2L0.964.7737.7922 02 19.1167. 5111.90.185L0.945.338.5 9220219. 9170.2111.80.19 2L0.91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

14、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T,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T。3时间常数t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-1/ t。当t二t时，Uc (t) = 0.3 6 8Um。此时所对应的时间就等于t。亦可用零状态响应波

15、形增加到0. 6 3 2 Um所对应的时间测得，如图3-1(c )所示。fn. 11Hh. 1零输入响应(C)”零状态响应(b ) RC 阶电路它对电路元件参数O.3SS4 .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，在方波序列脉微分电路和积分电路是呪C 一阶电路中较典型的电路,冲的重复激励下，当满足t=RC2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。ui R c 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

16、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HE14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=10KQ, C=680 0 pF组成如图3 2(b)所示的RC 充放电电路。u i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

17、规律，请测算出时间常数t,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=10KQ, C=0.01uF,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=0.01uF, R = 10 0Q,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= 1 KHz)作用下，观测并描绘激励与响应的波形。6图33 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

18、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-(tCR)i-充电电流(A)； Av-输入信号电压(V)； ar-电路电阻值(欧姆)；aC-电路 电容值(F); Ae自然对数常数(2. 71 8 28)； At 信号电压作用时间(秒)； aCR-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 = Ve-(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

19、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。A 输出信号与输入信号的积分成正比的电路, 称为积分电路。A 原理：Uo=Uc=(1/C) f icdt,因 Ui=UR+Uo,当 t = to 时，Uc= Oo.随后C充电，由于RC三Tk，充电很慢，所以认为Ui二UR二Ric,即i c =Ui/R, 故a Uo=(1/c) ficd t=(1/RC) ficdtA 这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（Ji cdt）RC电路的积分条件:RC三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,

20、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2 00Hz 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。CZ2zzz1一、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

21、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/g一）, CD两点的电位相等,电桥达到平衡,这时有:U = UACAD1）U = UCBDB即：f iZ = I Z|Auf|BWfSR 2nf maxU O max上式中，fmax是输入信号的最高工作频率。UOmax 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：dR R；R -R (1 - A )R 二 id oid ouff2 K =2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R / R O max的选取还必须满足： fL I 。O ma

22、x 。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IOma x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R1RR = 勺1 lAufl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RPRP=R1/Rf(5) 计算输入失调温漂电压AUI+R1 备AT要求AUI 10OAUI，这样才能使温漂引起 的误差小于1%。若不满足要求，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(

23、1) 消除自激振荡按照所设计的电路和计算的参数,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和Auo的大小，考虑是否需要相位 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,应把噪声波形和自激振荡波 形区分开来。噪声波形是一个频率不定，幅值不定的波形,自激振荡波形是一个 频率和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，

24、检查输出电压UO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=0.1 V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,看是否满足设计要求。(4) 观察输出波形在输入端加入f=100 0 Hz, Uim=lV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,表明运放已进入饱和区工作，此时应提高电源 电 压 , 以 消 除 “ 平 顶 形 ” 失 真 。 R1Rf1.同相比例放大电路的特点R 1UI图2由运算放大器组成的同相输入比例741Uo放大电路如图2所示。同相放大器的电压放大倍数为:U R + RRA

25、 o = l f = 1 + 匚uf U RRI 1 1同相放大器的输入电阻为：比例放大器Rif=R1/Rf+Rid(l+Au oF)其中：Rid是运放的差模输入电阻，Au o是集成运放的开环电压增益，F = R1/ (R 1 +Rf)为反馈系数。输出电阻：Ro0放大器同相端的直流平衡电阻为：R P = Rf / R1。A(9)放大器的闭环带宽为:10)BW =十-BW f Aouf最佳反馈电阻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,性能指标和已知条件如下: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Ulmin,最大输出电 压UOmax，负载电阻

26、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AUOC时,集成运放的共模抑制比必须满足：UK - ACMR AUufOC式中:U I C是运放输入端的实际共模输入信号。AUOC是运放的共模误差电 压。实验报告八 整流、滤波和稳压电路一、实验原理 整流电路的任务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。全波桥式整流

27、蕃全波桥式整流电路输出波形整流电路只是将交流电变换为单方向的脉动电压和电流，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。II)IIII)IIIIIIc KU /yCAIl单相桥式整流电容滤波电路由波形可知:I1.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 他八，电容充电，输出电压升高，当（匕 5）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，

28、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，负载开路时耳二忑。2）无电容滤波，电阻负载时，输出电压平均值3）电容滤波，电阻负载时通常用下式进行估算%加料5，通常按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、电感滤波和复式滤波电路（两 个或两个以上滤波元件组成）。电感滤波器L型滤波器电容滤波器LC-耳型滤波器RC-n型滤波器负载特性曲线二、线性串联型稳压电路整流滤波后的电压是不稳压的，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

29、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）爲，该值越小，稳定性越好WE-/V输出电阻（内阻）聲，,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 编码器和译码器一、实验原理：（1）10-

30、4线优先编码器7 4HC14774HC147外引线排列如图1所示,逻辑符号如图2所示。图1 74HC14 7外引脚排列图0 12 3QQQQ图 2 74HC147逻辑符号如图74HC14 7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。他将0一9十个十进制数编成4位BCD码，可把输入端的9路输 入信号和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）。74HC1 47的功能见表1 。表 1 10- 4 线优先编码器 74HC147输入输出11I 213141516171819Y 3Y 2Y iY0HHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXLLHHLXXXXXXXLHLHHHXXXXXXLHHHLLLXXXXXLHHHHLLHXXXXLHHHHHLHLXXXLHHHHHHLHHXXLHHHHHHHHLLXLHHHHHHHHHLHLHHHHHHHHHHHL(2) 8-3线优先编码器7 4LS14874L SI 48是8 3线优先编码器逻辑符号如图3,外引线排列如图4