电路与电子技术实验教案内容.docx
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电路与电子技术实验教案内容
电路与电子技术实验教案内容
电路与电子技术实验教案内容
前言一实验须知
(1)每次实验前,学生应充分预习,确实了解实验原理、内容、方法、操作步骤和注意事项,真正做到心中有数。
(2)实验前,学生要交《实验预习报告》给指导老师审阅,《实验预习报告》合格后,方可进入实验室。
(3)学生在进行实验时,须经指导老师检查线路连接是否正确,经指导老师同意后,学生方能通电操作。
在实验过程中,不得檀自挪用非本组仪表和器材。
操作完毕后,须报告指导老师检查实验数据,经指导老师同意后,学生方能拆线、整理仪表和器材。
(4)注意人身安全和设备安全,防止事故。
在实验过程中,如出现异常现象或故障,须立即切断电源,并保持仪器设备和接线原状,报告指导老师查明原因。
(5)实验时应保持安静,禁止大声喧哗、耍笑。
保持室内整洁,实验完毕后,要整理好导线,仪表、器材放回原处,最后整理实验桌面,清扫地面卫生。
前言二实验预习
2.1预习
实验教学课程的效果如何,在很大程度上取决于预习是否充分,因此,在做实验前,必须进行下列有关内容的预习。
1.仔细阅读实验指导书,复习有关内容,明确实验原理。
2.明确实验目的、内容及实验步骤和操作方法。
3.预习有关仪器设备的基本功用、操作方法与使用注意事项。
4.画出实验线路和记录表格。
2.2实验室工作过程
良好的工作方法与操作程序是使实验能顺利进行、实验效果好又安全的基本保障。
为此,应注意下列几点。
1、仪器设备的检查
每次实验开始时,应首先检查一下仪器设备的类型、规格,了解其性能和功用、使用方法和注意项,检查仪表是否指零。
2、连接电路
(1)电路布局。
连接电路前,应首先把仪器设备、元器件布局好,一般以便于操作和读数为原则,并适当考虑与原理电路中的元器件所在位置一致,这样便于检查线路和找准测量点。
(2)接线。
接线顺序是:
先接原理电路中的元器件,然后接仪器设备,最后接电源(接线时,电源处于断开状态)。
接线时,应按原理电路先串后并,对于较复杂的电路,可先接好一个回路,再接另一个回路。
导线长短要适宜,导线不要从仪表面上跨过,尽量避免在一个接线柱上有三个以上接头,电表和设备接线柱最好各接一个线,接线松紧要适当。
同组人中宜一人接线,另一个人检查,下次实验轮换。
(3)查线。
线路接好后,要仔细检查,一般从电路后面查起,逐步往前查。
不但要查线路是否连接正确,而且要查接线是否可靠,对于直流仪表要特别注意检查正、负极性是否连接正确。
(4)元器件参数调整。
线路接好后,元器件参数要按实验要求进行调整。
分压器、自耦变压器的起始位置要调到最安全处(调到零),仪表要调零,仪表量程要选择合适。
电源的电压或电流调到实验要求的数值(调电源时,电源不要接入电路),电源调好后,断电,并把电源接入线路。
上述工作完成后,经指导老师检查同意后,学生方能通电操作。
3、操作过程
(1)刚通电时,要眼看全局,一切正常才能开始进行实验测量。
否则,要立即断电,并查明原因。
(2)操作时要注意观察实验现象,并作记录,以便以后分析讨论。
(3)读数时,目光应正对仪表指针,不斜对仪表读数,以免产生误差。
一般来说,仪表读数可取三位有效数字,末位数由指针在小格中的位置估计读数;对多量程或不便即刻读数的仪表,先记录格数,实验后再换算。
(4)记录数据要完整、清晰,重测的数据应记在原数据的旁边,或另列表格填写,不要涂改原数据。
4、人身与设备安全
在操作过程中,应随时注意安全。
当电源接通后,不要用手去触带电体或转动部分,改接线路前,必须先断开电源。
使用仪器设备时,切忌违反操作规程,还要注意仪器设备的量限和容量。
2.3实验报告
1.实验报告的封面信息
实验项目名称、班次、姓名、同组人、实验桌号和实验日期。
2.实验报告的主要内容
(1)实验目的。
(2)实验线路。
(3)实验仪器和设备。
(4)实验内容与实验步骤。
(5)测量数据及表格。
(6)分析与讨论。
分析与讨论包据数据处理(绘制曲线、归类、误差分析、理论验算等),分析观察到的现象,回答问题,实验体会,对实验的改进意见等。
在实验报告的主要内容中,前三项在实验前的预习中完成,后两项在实验后写实验报告时完成。
实验报告书写要整洁,简明确切。
绘制曲线需用坐标纸,要标明曲线名称和坐标的分度及单位,比例要适当。
曲线要绘制得光滑,不必强求曲线通过每个实验点,曲线未通过的点,应大致分布在曲线的两侧。
曲线的正确绘制如下图“曲线绘制示例”图(a),不符合要求的曲线如图(b)所示。
实验报告的书写,要参看“实验报告示范”。
曲线绘制示例
附录C实验报告示范
电路与电子技术实验报告
实验项目名称:
欧姆定律的验证
班次:
电信0905
姓名:
XXX
同组人:
XXX
实验桌号:
第X台
实验日期:
2013年X月X日
1.实验目的
(1)通过实验加深对欧姆定律的理解。
(2)学习直流电流表、电压表的使用方法。
(3)学习线路的连接。
(4)学会测量直流电流、电压的基本方法。
2.实验线路
图C.1欧姆定律实验电路
3.实验设备与器材
实验所用设备与器材见表C.1。
表C.1实验设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流可调稳压电源
0~30V
2路
2
万用表
1只
3
直流数字电压表
0~200V
1只
4
直流数字毫安表
0~200mA
1只
5
电阻箱
0~99.9Ω
1台
6
滑线式变阻器
0~75Ω/2A
1个
4.实验内容与步骤
(1)按图C.1所示实验电路接线,将滑线式变阻器RW的C点调至B处,直流电流表的量程选择500mA,直流电压表的量程选择15V。
(2)设置负载电阻RL为常数(20Ω),观察电流随电压的变化关系。
接通15V电源,调节滑线式变阻器,逐步增加电压,记录直流电流表、直流电压表的指示数据,并填入表C.2中。
(3)设直流电压表的指示数据为常数(调节滑线式变阻器,使直流电压表的指示数据为8V),逐步改变电阻箱RL的电阻值,记录直流电流表的指示数据,并填入表C.3中。
表C.2RL=20Ω,改变电压时的测量数据
表C.3V=8V,改变RL时的测量数据
5.分析与讨论
(1)绘制RL的伏安关系曲线
RL的伏安关系曲线见图C.2所示,它是一条通过原点的直线,说明RL是线性电阻。
图C.2RL的伏安关系曲线
(2)误差分析
由表1算得平均误差为
。
产生误差的主要原因是:
①仪表误差,因为直流电流表、直流电压表均含有
1%的相对额定误差;
②测量方法误差,因直流电压表的内阻不是无穷大,这样直流电压表就有小量的分流
作用,即通过直流电流表的电流不完全是RL上的电流,还有小量通过直流电表的电流。
因此,电阻出现负误差。
③读数误差,由于末位数由指针在小格中的位置是估计读数的,因此有一定的误差。
(3)实验现象分析
在做第三步时,发现改变电阻箱RL的电阻值,例如RL由20Ω变到40Ω时,直流电压表的指示增加(不是保持电压为8V),这是由于直流电源有内阻的原因,因为RL增加,电流就会减小,电源内阻上的压降减小,RP上C、B点之间的电压UCB就会增加。
如果要保持负载上电压为8V,就得调节滑线式变阻器。
(4)实验体会
通过实验,验证了欧姆定律,并加深了对线性电阻伏安关系的理解。
学会了直流电流表、直流电压表、滑线式变阻器和电阻箱的使用方法。
学会了线路的连接方法及电流、电压的基本测量方法。
实验一共射极单管放大电路的研究
1.实验目的
(1)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;
(2)掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法;
(3)熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。
2.实验设备与器材
根据实验室提供的元件选取
3.实验电路与说明
实验电路如图1.1所示,为电阻分压式工作点稳定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。
安装电路时,要注意电解电容极性、直流电源正负极和信号源的极性。
图4.1共射极单管放大器实验电路
(注:
实际元件参数根据自己选择的元件参数为准)
4.实验内容与步骤
(1)电路安装
①安装之前先检查各元器件的参数是否正确,区分三极管的三个电极,并测量其β值。
②按图1.1所示电路,在面包板或实验台上搭接电路。
安装完毕后,应认真检查连线是否正确、牢固。
(2)测试静态工作点
①电路安装完毕经检查无误后,首先将直流稳压电源调到12V,接通直流电源前,先将RW调至最大,函数信号发生器输出旋钮旋至零,再接通直流电源,调节RP,使IC=2.0mA(即Ue=2.0V)。
②用万用表测量电路的静态电压UCC、UBQ、UEQ、UBEQ、UCEQ,并记录在表1.2中。
表1.2静态工作点的测量
测试内容
UCC/V
UbQ/V
UeQ/V
UbeQ/V
UceQ/V
IcQ/mA
测量值
理论计算值
(3)测量电压放大倍数
①将信号发生器的输出信号调到频率为1kHz、幅度为10mV左右的正弦波,接到放大电路输入端,然后用示波器观察输出信号的波形。
在整个实验过程中,要保证输出信号不产生失真。
如输出信号产生失真,可适当减小输入信号的幅度。
②用电子毫伏表测量测量下述二种情况下的UO值,并用双踪示波器观察uO和ui的相位关系,记入表2-2;用公式
和
,计算出不接负载时对输入电压Ui的电压放大倍数和对信号源Us的电压放大倍数,记录在表1.3中。
表1.3电压放大倍数的测量
测试
内容
不接负载(RL=∞)
接上负载(RL=2.4kΩ)
Us/
mV
Ui/
mV
Uo/V
Au
Aus
Us/
mV
Ui/
mV
Uo/V
Au
Aus
测量值
理论
计算值
(4)观察静态工作点对输出波形失真的影响
置Rc=2.4kΩ,RL=2.4kΩ,ui=0,调节RP使Ic=2.0mA,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。
然后保持输入信号不变,分别增大和减小RW,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,记入表1.4中。
每次测IC和UCE值时都要将信号源的输出旋钮旋至零。
表1.4Rc=2.4kΩRL=∞Ui= mV
Ic/mA
Uce/V
u0波形
失真情况
管子工作状态
2.0
(5)测量最大不失真输出电压的幅度
置RC=2.4kΩ,RL=2.4kΩ,调节信号发生器输出,使Us逐渐增大,用示波器观察输出信号的波形。
直到输出波形刚要出现失真而没有出现失真时,停止增大Us,这时示波器所显示的正弦波电压幅度,就是放大电路的最大不失真输出电压幅度,将该值记录下来。
然后继续增大Us,观察输出信号波形的失真情况。
5.实验总结与分析
(1)用理论分析方法计算出电路的静态工作点,填入表1.2中,再与测量值进行比较,并分析误差的原因。
(2)通过电路的动态分析,计算出电路的电压放大倍数,包括不接负载时的Au、Aus以及接上负载时的Au、Aus。
将计算结果填入表1.3中,再与测量值进行比较,并分析产生误差的原因。
(3)回答以下问题:
①放大电路所接负载电阻发生变化时,对电路的电压放大倍数有何影响?
②怎样用测量信号电压的方法来测量放大电路的输入电阻和输出电阻?
(4)心得体会与其他。
实验二基本运算电路的测试
1.实验目的
(1)研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能;
(2)学会上述电路的测试和分析方法。
2.实验设备与器材
实验所用设备与器材见表2.1示。
表2.1实验二的设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
实验台
SL-162
1台
2
双踪示波器
0~20M
1台
3
电子毫伏表
1只
4
万用表
1只
5
集成运算放大器
μA741
1片
6
电阻
若干
7
电容
若干
8
连接导线
若干
3.实验电路与说明
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。
在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。
基本运算电路
(1)反相比例运算电路
电路如图2.1所示。
对于理想运放,该电路的输出电压与输入电压之间的关系为
为了减小输入级偏置电流引起的运算误差,在同相输入端应接入平衡电阻R2=R1//Rf。
(2)反相加法电路
电路如图2.2所示,输出电压与输入电压之间的关系为
R3=R1//R2//Rf
图2.1反相比例运算电路图2.2反相加法运算电路
(3)同相比例运算电路
图2.3(a)是同相比例运算电路,它的输出电压与输入电压之间的关系为
R2=R1//Rf
当R1→∞时,UO=Ui,即得到如图2.3(b)所示的电压跟随器。
图中R2=Rf,用以减小漂移和起保护作用。
一般Rf取10kΩ,Rf太小起不到保护作用,太大则影响跟随性。
图2.3同相比例运算电路
(4)差动放大电路(减法器)
减法运算电路如图2.4所示。
图2.4减法运算电路图图2.5积分运算电路
对于图2.4所示的减法运算电路,当R1=R2,R3=Rf时,有如下关系式
(5)积分运算电路
反相积分电路如图2.5所示。
在理想化条件下,输出电压为uO(t)
式中,uC(0+)是t=0+时刻电容C两端的电压值,即初始值。
如果ui(t)是幅值为E的阶跃电压,并设uc(0+)=0,则
即输出电压uo(t)随时间增长而线性下降。
显然RC的数值越大,达到给定的Uo值所需的时间就越长。
积分输出电压所能达到的最大值受集成运放最大输出范围的限值。
4.实验内容与步骤
实验前要看清运放组件各管脚的位置;切忌正、负电源极性接反和输出端短路,否则将会损坏集成块。
(1)反相比例运算电路
①按图2.1连接实验电路,接通±12V电源,输入端对地短路,进行调零和消振。
②输入f=100Hz,Ui=0.5V的正弦交流信号,测量相应的Uo,并用示波器观察uo(t)和ui(t)的相位关系,记入表2.2中。
表2.2 Ui=0.5V,f=100Hz
Ui/V
U0/V
ui波形
uo波形
Au
实测值
计算值
(2)同相比例运算电路
①按图2.3(a)连接实验电路。
实验步骤同内容1,将结果记入表2.3中。
②将图2.3(a)中的R1断开,得图4.9(b)电路重复内容①。
表2.3 Ui=0.5V f=100Hz
Ui/V
U0/V
ui(t)波形
uo(t)波形
Au
实测值
计算值
(3)反相加法运算电路
①按图2.2连接实验电路。
调零和消振。
②输入信号
、
采用直流信号,图2.6所示电路为简易直流信号源,由实验者自行完成。
实验时要注意选择合适的直流信号幅度以确保集成运放工作在线性区。
用直流电压表测量输入电压Ui1、Ui2及输出电压UO,记入表2.4中。
图4.12简易可调直流信号源
表2.4反相加法器测量数据
Ui1/V
Ui2/V
UO/V
(4)减法运算电路
①按图2.4连接实验电路。
调零和消振。
②采用直流输入信号,实验步骤同内容(3),记入表2.5中。
表2.5减法器测量数据
Ui1/V
Ui2/V
UO/V
(5)积分运算电路
实验电路如图2.5所示。
① 打开S2,闭合S1,对运放输出进行调零。
② 调零完成后,再打开S1,闭合S2,使uC(o)=0。
③ 预先调好直流输入电压Ui=0.5V,接入实验电路,再打开S2,然后用直流电压表测量输出电压UO,每隔5秒读一次UO,记入表2.6中,直到UO不继续明显增大为止。
表2.6积分器测量数据
T/s
0
5
10
15
20
25
30
……
U0/V
5.实验总结与分析
(1)整理实验数据,画出波形图(注意波形间的相位关系)。
(2)将理论计算结果和实测数据相比较,分析产生误差的原因。
(3)分析讨论实验中出现的现象和问题。
(4)回答以下问题:
①在反相加法器中,如Ui1和Ui2均采用直流信号,并选定Ui2=-1V,当考虑到运算放大器的最大输出幅度(±12V)时,|Ui1|的大小不应超过多少伏?
②在积分电路中,如R1=100kΩ,C=4.7μF,求时间常数。
假设Ui=0.5V,问要使输出电压UO达到5V,需多长时间(设uC(o)=0)?
(5)心得体会与其他。
实验三基本门电路的逻辑功能测试
1.实验目的
(1)熟悉各种基本逻辑门电路的逻辑符号和逻辑功能。
(2)掌握集成门电路器件的使用及逻辑功能测试方法。
(3)熟悉数字电路实验箱的结构、基本功能和使用方法。
2.实验设备与器材
实验所用设备与器材见表3.1。
表3.1实验设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流电源
+5V
1台
2
双列直插式集成电路插座
1组
3
逻辑电平开关
1组
4
LED发光二极管显示器
1组
5
四2输入与非门
74LS00
2个
6
双四输入与非门
74LS20
1个
7
四2输入异或门
74LS86
1个
8
连接导线
若干
3.实验电路与说明
集成逻辑门电路是最简单和最基本的数字集成元件。
任何复杂的组合电路和时序电路都可用逻辑门通过适当的组合连接而成。
基本逻辑运算有与、或、非运算,相应的基本逻辑门有与、或、非门。
目前已有门类齐全的集成门电路,如与非门、或非门、异或门等。
虽然大、
中规模集成电路相继问世,但要组成某一个系统时,仍少不了各种门电路。
TTL集成电路由于工作速度快、输出幅度大、种类多、不易损坏等特点而使用较广。
如图3.1所示为TTL基本逻辑门电路的逻辑符号图。
CMOS集成电路功耗低,输出幅度大,扇出能力强,电源范围较宽,应用也很广泛。
(a)与门(b)或门(c)与非门(d)反相器
(e)异或门(f)或非门
图3.1TTL基本逻辑门电路
4.实验内容与步骤
(1)芯片管脚的识别
74LS00、74LS20、74LS86芯片管脚排列如图3.2所示,其电源和地一般在芯片的两端,对于14管脚的集成芯片,7脚为电源地,14脚为电源正,其余管脚为输入和输出。
(a)74LS00与非门(b)74LS20与非门
(c)74LS86异或门
图3.274LS00、74LS20、74LS86芯片管脚排列
管脚识别方法是:
将集成块正面(有字的一面)对准使用者,以左边凹口或小标志点“·”为起始脚,从下往上按逆时针方向向前数1、2、3、···、n脚。
使用时,查找IC手册即可知各管脚的功能。
(2)74LS00与非门逻辑功能的测试
将74LS00集成芯片插入IC空插座中,管脚排列见图3.2(a),输入端接逻辑电平开关,输出端接LED发光二极管显示器,管脚14接+5V电源,管脚7接地,将实验结果用逻辑“0”或“1”表示并填入表3.2中。
表3.274LS00与非门逻辑功能的测试结果
输入
输出
AB
Q
00
01
10
11
(3)74LS20与非门逻辑功能的测试
步骤同上,将实验结果用逻辑“0”或“1”表示并填入表3.3中。
表3.374LS20与非门逻辑功能的测试结果
输入
输出
AB
Q
00
01
10
11
(4)74LS86异或门逻辑功能的测试
步骤同上,将实验结果用逻辑“0”或“1”表示并填入表3.4中。
表3.474LS86异或门逻辑功能的测试结果
输入
输出
ABCD
Q
1111
0111
1011
1101
1110
(5)分析、测试用与非门74LS00组成的半加器的逻辑功能
①逻辑表达式:
②实验电路如图3.3所示,用逻辑功能正常的与非门组成半加器电路。
图3.3用74LS00与非门组成的半加器电路
③实测半加器真值表
半加器逻辑功能的测试结果填入表3.5中。
表3.5半加器逻辑功能的测试结果
输入
输出
A
B
SC
0
0
0
1
1
0
1
1
(6)分析、测试用异或门74LS86和与非门74LS00组成的半加器逻辑功能
实验电路如图3.4所示,实测真值表同表3.5。
图3.4用异或门和与非门组成的半加器电路
5.实验总结与分析
(1)按各步骤要求填表并画出逻辑图。
(2)整理测试所得数据,总结TTL基本逻辑门的逻辑功能。
(3)回答问题:
怎样判断门电路逻辑功能是否正常?
与非门器件有多余输入端应如何处理?
(4)心得体会与其他。
实验四编码器与译码器
1.实验目的
(1)验证编码器、译码器的逻辑功能。
(2)了解集成编码器、译码器的应用。
2.实验设备与器材
实验所用设备与器材见表4.1。
表4.1实验设备与器材
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流电源
+5V
1台
2
逻辑电平开关
1组
3
逻辑电平显示器
1组
4
8421码拨码开关
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