电子技术应用实验教程实验报告综合篇(含答案)-电子科技大学-大三上.doc

第一部分 常用电子测量仪器的使用本部分主要涉及实验要用到的三种仪器：数字示波器、信号发生器和稳压电源。学生在自学了电子技术应用实验教程 综合篇（后称教材）第一章内容后，填空完成这部分的内容。一、学习示波器的应用，填空完成下面的内容示波器能够将电信号转换为可以观察的视觉图形，便于人们观测。示波器可分为 模拟示波器 和 数字示波器 两大类。其中， 模拟示波器 以连续方式将被测信号显示出来；而 数字示波器 首先将被测信号抽样和量化，变为二进制信号存储起来，再从存储器中取出信号的离散值，通过算法将离散的被测信号以连续的形式在屏幕上显示出来。我们使用的是 数字示波器 。使用双踪示波器，能够同时观测两个时间相关的信号。信号通过探头从面板上的 通道1 和 通道2 端送入，分别称为CH1和CH2。 在使用示波器时，需要注意以下几点：（1）正确选择触发源和触发方式触发源的选择：如果观测的是单通道信号，就应选择 该信号 作为触发源；如果同时观测两个时间相关的信号，则应选择信号周期 大 （大/小）的通道作为触发源。（2）正确选择输入耦合方式应根据被观测信号的性质来选择正确的输入耦合方式。如图1.1所示，输入耦合方式若设为交流（AC），将阻挡输入信号的直流成分，示波器只显示输入的交流成分；耦合方式设为直流（DC），输入信号的交流和直流成分都通过，示波器显示输入的实际波形；耦合方式设为接地（GND），将断开输入信号。已知被测信号波形如图1.2所示，则在图1.3中， C 为输入耦合方式为交流（AC）时的波形， A 为输入耦合方式为直流（DC）时的波形， B 为输入耦合方式为接地（GND）时的波形。（3）合理调整扫描速度调节扫描速度旋钮，可以改变荧光屏上显示波形的个数。提高扫描速度，显示的波形少；降低扫描速度，显示的波形多。在实际测试时，显示的波形不应过多，以保证时间测量的精度。（4）波形位置和几何尺寸的调整观测信号时，波形应尽可能处于荧光屏的中心位置，以获得较好的测量线性。正确调整垂直衰减旋钮，尽可能使波形幅度占一半以上，以提高电压测量的精度。为便于读数，一般我们调节Y轴位移使0V位置位于示波器显示窗口中的暗格上。数字示波器中被测信号0V标志位于 示波器屏幕显示区的左侧 。在使用示波器前，需要检查示波器探头的好坏。简述检查的方法。将示波器输出的校准信号显示在示波器上，调节示波器的旋钮，使波形显示如图1.4所示。若波形如图1.5所示，0V标志位于波形的中间位置，则原因为 输入耦合方式选为交流 。 图 1.4 图 1.5 图 1.6若所测得的校准信号波形如图1.6所示，图中信号的幅度为30V，则原因为 探头开关设置和示波器上探头衰减系数设置值未匹配，比如探头开关设置为1，而示波器上探头衰减系数选为10 。在实验原始记录纸上画出示波器上显示的波形，目的是方便课后对数据的分析和整理。如图1.7所示，同一个被测信号处于示波器的不同位置，若需要在记录纸上画出这两个波形中，哪一个更容易画呢？ 图（A） 。 （A） （B）图 1.7所以，在画示波器上的波形前，最好先调节旋钮使波形的关键点位于示波器的暗格上，这样在画图时容易定位。二、学习信号发生器的应用，填空完成下面的内容实验中，信号发生器（又称信号源）的作用是为被测电路提供输入信号。你所使用的信号发生器型号为 。在使用信号源之前，需要检查开路电缆线，检查方法为：用信号源产生一个1kHz的三角波，并在示波器上显示出来。信号源的开路电缆线应接在 50W输出 端口。调节 直流偏置（OFFSET） 旋钮，使输出的直流偏置为0V，调节 旋钮，使在示波器观测到的三角波的峰峰值为10V。用信号源产生一个1kHz的TTL信号，并在示波器上显示出来。信号源的开路电缆线应接在 TTL/CMOS 端口。在示波器上调整TTL信号的位置如图1.8所示，则在记录纸上画出波形并记录参数，如图1.9所示。在记录时不仅要画出波形的形状，还要记录0V的位置，垂直和水平方向的挡位选择，这样才能在数据整理时从图中得到波形参数。 图 1.8 图 1.9测试可知，该TTL信号的低电平为 0V ，高电平为 3V ，周期为 1ms ，频率为 1000Hz 。三、学习直流稳压电源的应用，填空完成下面的内容实验中，直流稳压电源的作用是为被测电路提供 稳定的直流电压或电流 。你所使用的稳压电源型号为_。该稳压电源能输出 连续可调的输出电压和稳流电流 ，可同时显示 双 路输出电压和电流，且具有 三（两） 路输出。使用稳压电源输出10V的稳定电压，具体调节方法为：四、实验数据的整理在完成实验后，需要将实验的原始数据进行整理，并将数据以表格或图形的方式表示出来。整理后的数据应完备，输入、输出各项参数应准确；图形应清晰，输入、输出波形应一列排出，坐标轴纵轴对齐，横轴单位长度的选取应便于时序的观察；周期信号应在波形中至少表达出一个完整的周期并在波形图上标出周期和幅度。在坐标纸上画出实验所测得的波形时，应在图上标出相关的参数。不仅要正确描述波形的形状，而且要将相关参数标在图上。例如，原始数据记录如图1.9所示，则整理后的波形图，如图1.10。图 1.10已知原始数据记录波形如图1.11所示，在图1.12的坐标纸上画出整理后的波形图。 图 1.11 图 1.12已知原始数据记录波形如图1.13所示，在图1.14的坐标纸上画出整理后的波形图。 图 1.13 图 1.14在画时序电路的波形时，不仅要记录单个波形的参数和形状，还要记录相关波形之间的时序关系。比如要测一个计数器的输入CP，输出Q1、Q2的波形，已测了CP和Q1，CP和Q2的波形如图1.15所示，则在图1.16中CP、Q1、Q2的波形时序对应关系中，正确的说法是 D 。A.图（a）对 B. 图（b）对 C. （a）、（b）都对 D. 无法确定哪个对图1.15 双踪示波器所测的CP和Q1，CP和Q2的波形图1.16 CP、Q1和Q2的波形若所测波形为CP和Q1，Q1和Q2的波形，如图1.17所示。则在图1.16中CP、Q1、Q2的波形时序对应关系中，正确的说法是 A 。A. 图（a）对 B. 图（b）对 C. （a）、（b）都对 D. 无法确定哪个对图1.17 双踪示波器所测的CP和Q1，Q1和Q2的波形第二部分 实 验 报 告请按照要求完成实验报告的撰写，本部分中的图表序号均为教材中的图表序号。电子技术应用实验实验报告（一）学生姓名： 学 号： 报告评分：实验地点： 实验时间： 指导老师： 一、实验项目名称 触发器实现波形整形及脉冲延时的研究1 二、实验学时 三、实验目的 四、实验器材 五、实验原理（可另加附页）1施密特触发器2CMOS门电路组成的施密特触发器利用CMOS反相器组成的施密特触发器电路图如图2.1.4所示。图2.1.4 CMOS反相器组成的施密特触发器该电路的工作原理为：可得到正向阈值电压VT+：负向阈值电压VT-：回差电压DVT=VT+-VT-2(RW1/R4)VTH。而得到上面的表达式，对反相器的要求是 VTH=1/2VDD 。若电路中RW1为5k的可调电阻，R1为5.6k的固定电阻，则VT+的理论值为： 2.54.775V VT-的理论值为： 0.2672.5V 上式表明，该电路中回差电压的大小 可以 （可以/不可以）通过改变RW1、R4的比值来调节。3集成施密特触发器CD40106图2.1.8为CD40106的测试电路图。图2.1.8 CD40106 测试电路说明图中电阻R1、R2、R3和电容C1的作用。根据该电路，输入Vin的电压峰峰值和处的电压峰峰值相等吗？ 不相等 输入Vin的直流偏置电压变化会影响处的直流偏置电压吗？ 不会 处的直流偏置电压理论上应为 3 V。根据实验原理，回答下列问题：（1）门电路的阈值电压是指 B 。A. 门电路的输入变化引起其输出状态改变时的输出电压值B. 门电路的输入变化引起其输出状态改变时的输入电压值C. 门电路的输入电压值D. 门电路的输出电压值（2）普通的门电路有 B 阈值电压。施密特触发器有 C 阈值电压，A. 零个 B. 一个 C. 两个 D. 三个（3）若已知一反相输出的施密特触发器的输入波形和阈值电压如下图所示，请画出对应的输出电压。（4）若需要测试施密特触发器的阈值电压和回差电压，输入信号可以用TTL信号吗？为什么？不可以。因为无法确定触发时的输入电压值。 （5）什么是施密特触发器电路的整形作用？数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情况，可用施密特触发器获得较理想的矩形脉冲，常称为脉冲整形。（6）施密特触发器电路的工作条件是什么？输入信号变化最大电压值应大于VT+，最小电压应小于VT-。 六、实验内容、实验数据整理及结果分析1测试由CMOS门电路组成的如图2.1.4的施密特触发器电路。输入端Vin接2kHz、直流偏置为0、Vpp=10V（带载实测）的三角波信号，改变RW1的值，用双踪示波器观测两组Vin和Vout的波形变化情况，分别画出两组输入、输出波形并标出VT+及VT-。讨论并说明RW1的改变与输出变化的关系。实验电路图为：实验操作过程中的记录：（1）输入信号从信号源的哪个位置引出？ 50W （2）如何带载测Vpp值？信号源接实验板，实验板接电源正常工作后，用示波器侧信号源输出的实际值。 （3）怎样调节三角波的直流偏置为0V？调信号源的直流偏置，逆时针到底。 （4）三角波的直流偏置对输出波形有影响吗？ 有 （5）三角波的直流偏置对所测参数有影响吗？ 无 在下面的坐标纸上画出两组输入、输出波形并在图上标出VT+及VT-的电压值。 结果分析：（将所测数据与理论值比较，讨论并说明RW1的改变对电路参数的影响）2测试用CD40106实现的如图2.1.8所示集成施密特触发器整形电路。输入端Vin接2kHz的正弦波，按表2.1.3中所给不同幅度的输入情况，观测输出信号Vout，将所测输出信号的幅度填入表2.1.3中。讨论并说明输入信号幅度的改变对输出波形的影响。测试电路图为：实验操作过程中的记录：（1）测试时，示波器的探头接在电路的哪两个地方？输入Vin，输出Vout （2）输入Vin的电压峰峰值和处的电压峰峰值相等吗？ 不相等 （3）该电路可以用来测施密特触发器的VT+及VT-吗？ 可以 （4）输入Vin的直流偏置变化对电路的输出有影响吗？ 无影响 （5）你测得的CD40106的VT+及VT-是多少？ 表2.1.3 集成施密特触发器实验电路测试表输入信号峰峰值（Vpp）（带载实测）1.62.04.55.666.4输出信号峰峰值（Vpp）结果分析：（讨论并说明输入信号幅度的改变对输出的影响）七、实验中的问题及解决办法1常见问题及解决办法现象1：无法准确测试施密特电路的阈值电压。解决办法：用双踪示波器观测施密特触发器阈值电压时，使两个波形的地线重合并利用示波器显示器上的栅格，可以便于观测数据。现象2：不理解电路板上各芯片的供电电压是5V。解决办法：电路板的供电电压是10V，经过7805三端稳压器稳压为5V后，作为电路板上各个集成芯片的供电电源电压。现象3：图2.1.8所示电路无输出。 解决方法：图2.1.8所示电路的输入信号要合适，太小无输出，太大输出波形将会失真。2你在实验中遇到哪些问题？说明问题现象以及你是如何检查和排除的这些问题八、实验结论九、思考题1图2.1.4所示电路中的施密特触发器的阈值可调吗？请写出VT+以及VT-的变化范围。可调。VT+为2.54.775V，VT-为 0.2672.5V2图2.1.8所示电路中输入信号的幅度若小于0.1V，则一定无输出，为什么？ 信号变化范围太小，无法满足信号最大值大于VT+，最小值小于VT-的要求。十、总结及心得体会（总结在实验过程中解决问题的方法和实验心得）十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议（有则写，没有可以不写）学生姓名： 学 号： 座位号：实验原始数据记录（一）1测试由CMOS门电路组成的如图2.1.4的施密特触发器电路。输入端Vin接2kHz、直流偏置为0、Vpp=10V（带载实测）的三角波信号，改变RW1的值，用双踪示波器观测两组Vin和Vout的波形变化情况，分别画出两组输入、输出波形并标出VT+及VT-。讨论并说明RW1的改变与输出变化的关系。 将用双踪示波器观测到的两组Vin和Vout的波形画于下图：（1）RW1旋至最左端或最右端时的输入/输出波形：示波器的输入耦合方式： 记录波形参数： （2）RW1旋至中间某个位置时的输入输出波形：示波器的输入耦合方式： 记录波形参数： 2测试用CD40106实现的如图2.1.8所示集成施密特触发器整形电路。输入端Vin接2kHz的正弦波，按表2.1.3中所给不同幅度的输入情况，观测输出信号Vout，将所测输出信号的幅度填入表2.1.3中。表2.1.3 集成施密特触发器实验电路测试表输入信号峰峰值（Vpp）（带载实测）1.62.04.55.666.4输出信号峰峰值（Vpp）电子技术应用实验实验报告（二）学生姓名： 学 号： 报告评分：实验地点： 实验时间： 指导老师： 一、实验项目名称 触发器实现波形整形及脉冲延时的研究2 二、实验学时 三、实验目的 四、实验器材 五、实验原理（可另加附页）1单稳态触发器2用与非门构成的单稳态触发器微分型单稳态触发器如图2.1.10所示。图2.1.10 微分型单稳态触发器电路的工作原理为：该电路的触发条件为 负脉冲触发 （正脉冲触发/负脉冲触发）。电路中，元件 C2，R5 构成输入微分电路； C3，R6 ，RW2 构成微分定时电路。根据图中参数，输出Vout脉宽tw (0.323.6)s 。若在实验中需要测试Vin，Vi，Va，Vb，Vc，Vout的波形，测试时都选择Vin为触发源，那么触发边沿应选择 下降沿 （上升沿/下降沿）触发。3集成单稳态触发器CD4098根据实验原理，回答下列问题：（1）单稳态触发器的作用有 B D E 。A. 波形变换 B. 脉冲整形 C. 鉴幅 D. 延时 E. 定时 （2）用示波器测试如图2.1.1所示波形Q1，若想在示波器上准确地读出窄脉冲的宽度，下面的水平扫描时基档位中设置哪个最为合适？ C 。图2.1.1 正脉冲的波形A. 100s B. 10s C. 1s D. 100ns （3）集成单稳态触发器有两种类型： 可重触发 和 不可重触发 。（4）图2.1.10所示的微分型单稳态触发器的暂态持续时间和输入信号的脉冲宽度有关吗？ 没有 （有/没有）。若已知暂态持续时间tw=210-6s，若用TTL信号作为输入触发信号，则该TTL信号的频率不能大于 500KHz 。六、实验内容、实验数据整理及结果分析测试用与非门构成的如图2.1.10所示的微分型单稳态触发器电路。实验电路图为：（1）输入Vin接TTL信号，当输入信号频率分别为100kHz和5kHz时，观察输入微分电路的输出Vi和输入波形的关系，得出结论。 （2）当输入Vin接5kHz TTL信号，RW2调至中间位置，用双踪示波器观测并测试Vin和Vi，Va，Vb，Vc，Vout的波形。在右面的坐标纸上画出Vin和Vi，Va，Vb，Vc，Vout的波形，并在图中标出相关参数值。（3）通过改变RW2，测试此电路输出Vout中暂稳态的最大及最小定时时间twmin和twmax。实验结果分析：七、实验中的故障及解决办法1常见故障及解决办法现象：微分型单稳态触发器电路输入微分电路的输出不是对输入信号的微分。解决办法：请检查输入信号是否为TTL信号，并且注意输入信号频率与输入微分电路参数的关系。2你在实验中遇到过哪些故障？说明故障现象以及你是如何检查和排除故障的八、实验结论九、设计型实验利用集成单稳态触发器CD4098设计简易的触摸延时灯电路。要求：可通过触摸按钮打开指示灯，触摸按钮后延时2s左右灯亮，灯亮的时间可在115s之间连续可调。（1）根据任务要求写出设计步骤，选定器件（2）根据所选器件画出电路图（3）写出实验步骤和测试方法，设计实验记录表格（4）进行安装、调试及测试，排除实验过程中的故障（5）分析、总结实验结果十、思考题为什么图2.1.10所示微分型单稳态触发器的Vi端波形会有尖峰？电容两端电压不能突变，输入电压Vin变化使得Vi端跟随变化，而后逐渐趋于稳定状态。十一、总结及心得体会十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议（有则写，没有可以不写）学生姓名： 学 号： 座位号：实验原始数据记录（二）CH1：VinCH2：Vi垂直偏转系数：CH1： CH2： 水平时基：50sCH1：VinCH2：垂直偏转系数：CH1： CH2： 水平时基：500nsCH1：VinCH2：垂直偏转系数：CH1： CH2： 水平时基：500nsCH1：VinCH2：垂直偏转系数：CH1： CH2： 水平时基：500nsCH1：VinCH2：垂直偏转系数：CH1： CH2： 水平时基：500ns测试用与非门构成的如图2.1.10所示的微分型单稳态触发器电路。（1）输入Vin接TTL信号，当输入信号频率分别为100kHz和5kHz时，观察输入微分电路的输出Vi和输入有什么不同？（2）当输入Vin接5kHz TTL信号，RW2调至中间位置，用双踪示波器观测并测试Vin，Vi，Va，Vb，Vc，Vout的波形；（分别将6个波形按时序画于本页右侧栅格中。）（3）通过改变RW2，测试此电路输出Vout中暂稳态的最大及最小定时时间twmin和twmax。twmin= ，twmax= 。电子技术应用实验实验报告（三）学生姓名： 学 号： 报告评分：实验地点： 实验时间： 指导老师： 一、实验项目名称 555集成定时器的应用1 二、实验学时 三、实验目的 四、实验器材 五、实验原理（可另加附页）1555定时器的内部结构和功能简述2555定时器构成的多谐振荡器由555定时器和外接元件R1、R2、C组成多谐振荡器如图2.2.3（a）所示。 （a） （b）图2.2.3 多谐振荡器其工作原理为：输出信号的周期为：输出信号的占空比为：根据公式计算表中不同R、C值对应的输出信号参数的理论值。R1=R2=100 kWC=0.1mFT=21msf=47.62Hz占空比=66.7%R1=R2=100 kWC=0.01mFT=2.1msf=476.2Hz占空比=66.7%R1=22kW，R2=10kWC=0.01mFT=0.294msf=3401.4Hz占空比=72.7%通过实验原理的学习，回答下列问题：（1）555定时器芯片内部的比较器A1和A2，当反相输入端（-）电位高于同相输入端（+）电位时，输出为 低电平 （高电平/低电平）。（2）555定时器内放电晶体管T在管脚3（OUT）输出 低电平 （高电平/低电平）时将7脚与地短路。（3）根据555定时器的逻辑结构图以及功能表判断，若TH端接小于比较器A1同相输入端电压的直流信号、端接小于比较器A2反相输入端电压的直流信号、端接高电平时，输出 高电平 （高电平/低电平）。（4）当555定时器管脚6（TH）电位大于比较器A1同相输入端电压、端电位大于比较器A2反相输入端电压、端接高电平时，RS触发器 复位 （复位/置位），使管脚3输出为 低电平 （高电平/低电平）。（5）图2.2.3所示的555多谐振荡器的占空比总是 大于 （大于/小于）50%。（6）若VCC=6V，图2.2.3所示的555多谐振荡器中VC（2、6脚）处的三角波的最小电压应为 2 V，最大电压应为 4 V。（7）在555定时器的逻辑结构图中，基本RS触发器的输入端为 低电平 （高电平/低电平）时触发器将 复位 （复位/置位）；为 低电平 （高电平/低电平）时触发器将 置位 （复位/置位）；端 不能 （能/不能）同时为低电平，原因是 基本RS触发器，其输入端不能同时有效 。（8）图2.2.3 所示的555多谐振荡器中，若在Vc（2、6脚）处加一个10pF的电容，输出信号频率 会 （会/不会）变化；若在VO（3脚）处加一个10pF的电容，输出信号频率 不会 （会/不会）变化。（9）使555定时器输出低电平“0”有几种方法？举例说明至少两种方法。六、实验内容、实验数据整理及结果分析用555定时器构成多谐振荡器。（1）按图2.2.3（a）连接电路，取R1=R2=100 kW，C1=0.01mF、C=0.01mF。用双踪示波器分别观察并记录VC、VO波形，注意记录各输出电压幅值以及输出波形的周期。（示波器探头设置为10）实验电路图为：在下边的坐标纸上画出VC、VO波形，并标出相应参数。（2）改变C=0.1mF或改变电阻R1=R2=10 kW。分别测试输出信号的频率和占空比，记录相应数据于表2.2.2中。表2.2.2 R、C参数变化测试表R1=R2=100 kWC=0.1mFf=占空比=R1=R2=100 kWC=0.01mFf=占空比=R1=22kW，R2=10kWC=0.01mFf=占空比=结果分析：（实测参数与理论值相比较）七、实验中的故障及解决办法1常见故障及解决办法现象1：多谐振荡器的频率远高于理论值。解决办法：请检查电容C是否完好，注意电路中如果电容C引脚断了，此处的电容为一个很小的值。现象2：不理解电路板上各芯片的供电电压是6V。解决办法：电路板的供电电压是10V，经过7806三端稳压器稳压为6V后，作为电路板上555集成芯片的供电电源电压。2你在实验中遇到哪些故障？说明故障现象以及你是如何检查和排除故障的八、实验结论九、设计型实验（选作）电子圣诞树电路。要求：利用集成定时器555设计频率可调的时钟信号，使电子圣诞树上的灯按照时钟周期闪烁。（1）根据任务要求写出设计步骤，选定器件及相关参数（2）根据所选器件参数画出电路图（3）写出实验步骤和测试方法，设计实验记录表格（4）进行安装、调试及测试，排除实验过程中的故障（5）分析、总结实验结果十、思考题1555定时器，CO端为电压控制端，当它悬空时，触发电平分别为多少？当它接固定电平VCO时，触发电平分别为多少？CO端悬空时，触发电平分别为和；当它接固定电平VCO时，触发电平分别为和。2对于本次实验中用555定时器构成的多谐振荡器，其振荡周期和占空比的改变与哪些因素有关？若只需改变周期，而不改变占空比，应调整哪个元件参数？用555定时器构成的多谐振荡器振荡周期和占空比的改变与电路中的R1、R2、C有关。若只需改变周期，而不改变占空比，应调整电容C的参数。3对于本次实验中用555定时器构成的多谐振荡器电路，若利用实验板上的资源实现其输出矩形波的振荡频率约为300Hz，占空比约为60%，应如何选择外接元件R和C ？（实验板上的资源见教材90页）先确定C的值，再确定两个电阻的值。C=0.1F，计算得R110KW，R220KW，取R1=10KW，R2=22KWC=0.01F，计算得R1100KW，R2190KW，取R1=100KW，R2=190KW（100K+68K+22K）。十一、总结及心得体会十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议（有则写，没有可以不写）学生姓名： 学 号： 座位号：实验原始数据记录（三）用555定时器构成多谐振荡器。（1）按图2.2.3（a）连接电路，取R1=R2=100 kW，C1=0.01mF、C=0.01mF。用双踪示波器观察并记录VC、VO波形，注意记录各输出电压幅值以及输出波形的周期。（示波器探头设置为10）用双踪示波器观测VC和VO的波形为：示波器的输入耦合方式：