电子技术实验 数字体育实验教学中心：刘鹏

第一章 基础型实验 实验1.1 低频单管电压放大电路的研究 实验1.2 差动放大器 实验1.3 集成运算放大器的基本应用（Ⅰ） 第一章 基础型实验 实验1.1 低频单管电压放大电路的研究 实验1.2 差动放大器 实验1.3 集成运算放大器的基本应用（Ⅰ） 实验1.4 集成运算放大器的基本应用（Ⅱ） 实验1.5 基本门电路

实验1.1 低频单管电压 放大电路的研究

[实验目的] 学习放大电路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。 了解放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

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uo，从而实现了电压放大。 [实验原理] 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uo，从而实现了电压放大。 图3-1-1 共射级单管放大器实验电路

1、放大器静态工作点Q的测量与调试 （1）静态工作点的测量 测量放大器的静态工作点，应在输入信号ui=0的情况下进行，选用量程合适的直流毫安表和直流电压表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，采用测量电压，然后算出IC的方法，如：测出UCE，根据 算出IC，为了减小误差提高测量精度，应选用内阻较高的 直流电压表。

（2）静态工作点的调试 放大器静态工作点的调试是指对晶体管集电极电流IC（或UCE）的调整与测试。 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uo的负半周将被削底；如工作点偏低则易产生截止失真，即uo的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行调试。改变电路参数UCC、RC、RB都会引起静态工作点的变化，但通常采用调节偏置电阻RB的方法来改变静态工作点，如RB减小，可使静态工作点提高。 最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切的说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如需满足较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

2、放大器动态指标测试 放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。

（1）电压放大倍数AV的测量 调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和Uo，则。

（2）输入电阻Ri的测量 为了测量放大器的输入电阻，在被测电路的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得：==测量时应注意：电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri为同一数量为好，本实验可取R =1～ 8KΩ。 图3-1-2 输入、输出电阻测量电路

（3）输出电阻Ro的测量 按图3-1-2电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压Uo和接入负载后的输出电压UL，根据 ，即可求出 。 在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。

（4）最大不失真输出电压UOPP的测量 （最大动态范围） 如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节R w（改变静态工作点），用示波器观察uo，当输出波形同时出现削底和缩顶现象时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于2 UO，或通过示波器直接读出UOPP。

（5）放大器频率特性的测量 放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数AV与输入信号频率f之间的关系曲线。 AVm为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/ 倍，即0.707AVm所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带fBW =fH - fL。 测量放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AV 。为此，可采用前述测AV的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时应注意取点要恰当，在低频段与高频段应多测几点，在中频段可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不得失真。

[实验设备] 直流电源一台，函数信号发生器一台，双踪示波器一台，交流毫伏表一块，万用电表一块，晶体三极管3DG6 (β=50～100)或9011一个，电阻器、电容器若干。

接通电源前，先将R w调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋置零。 [实验内容] 为防止干扰，各仪器的公共端必须连在一起。 （1）测量静态工作点 接通电源前，先将R w调至最大，函数信号发生器输出旋钮旋置零。 接通+12v直流电源，用万用表直流电压档测量UCE ，调节R w ，使UCE = 6.0v，或调节Rw，使集电极电流IC =1.25mA，记录RB值。

（2）测量电压放大倍数 在放大器输入端加入频率为1kHz的正弦信号u i，调节函数信号发生器的输出旋钮使U i =10mA，同时用示波器观察放大器输出电压uo的波形，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述三种情况下uo值，并用双踪示波器观察uo与ui的相位关系，记入表中。 表3-1-1 测量电压放大倍数表 RC (KΩ) RL (KΩ) Uo (v) AV 4.8 ∞ 2.4

（3）观察静态工作点对电压放大倍数的影响 表3-1-2 静态工作点对电压放大倍数影响 置RC=4.8KΩ，RL =∞，u i适量，调节R w，用示波器监视输出电压波形，在uo不失真的条件下，测量数组UCE和UO的值，记入表中。 表3-1-2 静态工作点对电压放大倍数影响 测量UCE时，要关掉交流信号源。 UCE （v） Uo (v) Av

（4）观察静态工作点对输出波形失真的影响 置RC =4.8KΩ，RL =∞，Ui =0，调节R w使UCE =6v，再逐步加大输入信号，使输出电压uo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，观察uo的波形，并测出失真情况下的UCE值，记入表中。每次测UCE值时都要将信号源关掉。 表3-1-3 静态工作点对输出波形失真的影响 UCE（v） 失真情况 三极管工作情况

（5）测量最大不失真输出电压 置RC=4.8KΩ，RL =∞，按照实验原理（4）中所述方法，同时调节输入信号的幅度和电位器R w，用示波器和毫伏表测量UOPP及UO值，记入表中。 表3-1-4 测量最大不失真输出电压 UCE（v） Ui m v） UCm（v） UOPP（v）

（6）测量输入电阻和输出电阻 置RC=4.8KΩ，RL = 4.8KΩ，UCE = 6v。输入f =1KHz的正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出US、Ui和UL记入表3-1-5中。保持US不变，断开RL，测量输出电压UO，记入表中。 表3-1-5 测量输入电阻和输出电阻 US (mv) Ui R i (KΩ) UL (mv) Uo(mv) Ro (KΩ) 测量值 计算值

(7)测量幅频特性曲线 取RC=4.8KΩ，RL =4.8KΩ，UCE =6v。保持ui的幅度不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压UO，记入表中，绘出对应的曲线。 表3-1-6 测量幅频特性曲线 fL fo fh f (KHz) Uo (v) Av= Uo / Ui 为了频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。

[预习思考题] (1)如何正确测量RB阻值。 (2)当调节偏置电阻RB，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降UCE怎样变化？ (3)若在晶体管发射极加一个射极电阻有何作用，它对电压放大倍数有何影响？

[实验报告] (1)填写实验表格，分析所得数据，并绘出观察波形图。 (2)回答思考题，总结实验收获。

实验1.2 差动放大器

[实验目的] (1)加深对差动放大器性能及特点的理解。 (2)学习差动放大器主要性能指标的测试方法。

[实验原理] 图12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极放大电路组成。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器RP用来调节T1、T2 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点漂移,稳定静态工作点。 当开关K拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。它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 （认为 ）； 恒流源电路

（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。 单端输出： ； 当输入共模信号时，若为单端输出，则有： 若为双端输出，在理想情况下： 实际上由于元件不可能完全对称，因此AC也不会绝对等于零。 双端输出RE=∞，RP在中心位置：

(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 或 差动放大器的输入信号可采用直流信号也可用交流信号。本实验由函数信号发生器提供频率f=1KHz的正弦信号作为输入信号。

[实验设备与器件] 直流电源0~30v可调两台，函数信号发生器一台，双踪示波器一台，交流毫伏表一只，直流电压表一只，晶体三极管3DG6，要求T1、T2管特性参数一致三个，电阻器、电容器若干。

[实验内容] 1、典型差动放大器性能测试。 图3-1-3差动放大器实验电路 按图连接实验线路，开关K拨向左边构成典型差动放大器。

（1）测量静态工作点 a、调节放大器零点 信号源不接入，将放大器输入端A、B与地短接，接通+12v直流电源，用直流电压表测量输出电压UO，调节调零电位器RP，使UO = 0。 b、测量静态工作点 零点调好以后，用直流电压表测量T1、T2管各电极电位及射极电阻RE两端电压URE，记入表中。 表3-1-7 测量静态工作点 测量值 UC1 (v) UB1 (v) UE1 (v) UC2 (v) UB2 (v) UE2 (v) URE (v) 计算值 IC (mA) IB (mA) UCE (v)

（2）测量差模电压放大倍数。 断开直流电源，将函数信号发生器的输出端接放大器输入A端，地端接放大器输入B端构成双端输入方式（注意：此时信号源浮地），调节输入信号频率f=1KHz的正弦信号，输出旋钮旋置零，用示波器监视输出端（集电极C1或C2 与地之间）。 接通+12v直流电源，逐渐增大输入电压Ui （约100mv），在输出波形无失真的情况下，用交流毫伏表测Ui、UC1、UC2，记入表中，并观察Ui、UC1、UC2之间的相位关系及URE随Ui改变而变化的情况。（如测Ui时因浮地有干扰，可分别测A点、B点对地间电压，两者之差为Ui）。

表3-1-8 测量差模电压放大倍数 典型差动放大电路 具有恒流源差动放大电路 双端输入 共模输入 Ui 100mv 1v UC1 (v)

（3）测量共模电压放大倍数 将放大器A、B短接，信号源接A端与地之间，构成共模输入方式，调节输入信号f =1KHz，Ui =1v，在输出电压无失真的情况下，测量UC1、UC2之值记入表中，并观察Ui、UC1、UC2之间的相位关系及URE随Ui改变而变化的情况。

2、具有恒流源的差动放大电路性能测试 将电路中开关K拨向右边，构成具有恒流源的差动放大电路。重复1-（2）、1-（3）的要求，记入表。

[预习思考题] 1、根据实验电路参数，估算典型差动放大器和具有恒流源的差动放大器的静态工作点及差模电压放大倍数（取β1=β2=100）。 2、测量静态工作点时，放大器输入端A、B与地应如何连接？ 3、实验中怎样获得双端和单端输入差模信号？怎样获得共模信号？画出A、B端与信号源之间的连图。 4、怎样进行静态调零点？用什么仪表测UO？

[实验报告] 1、整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。 a. 静态工作点和差模电压放大倍数。 b. 典型差动放大电路单端输出时的CMRR实测值与理论值比较。 c. 典型差动放大电路单端输出时的CMRR实测值与具有恒流源的差动放大器CMRR实测值比较。 2、比较Ui、UC1、UC2之间的相位关系。 3、根据实验结果，总结电阻RE和恒流源的作用。

实验1.3 集成运算放大器的基本应用（Ⅰ） 模拟运算电路 实验1.3 集成运算放大器的基本应用（Ⅰ） 模拟运算电路

[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、了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

[实验原理] 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、减法和积分等模拟运算电路。

（1）反向比例运算电路 电路对于理想运放，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。 图3-1-4 反比例运算电路和反向加法运算电路

(2)向加法电路 电路输出电压与输入电压之间的关系为： R3 = R1∥R2∥RF

(3)同相比例运算电路 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 图3-1-5 同向比例运算电路 当R1→∞时，Uo=Ui，即得到所示的电压跟随器。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

（4）差动放大器（减法器） 对于减法运算电路，当R1= R2，R3 = RF时，有如下关系式：

(5)积分运算电路 图3-1-6 减法运算电路和积分运算电路 反向积分电路入图3-1-6所示。在理想化条件下，输出电压uo为 式中uC (0)是t = 0时电容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制。 在进行积分运算之前，首先应对运放调零。为了便于调节，将图中K1闭合，即通过电阻R2的负反馈作用帮助实现调零。但在完成调零后，应将K1打开，以免因R2的接入造成积分误差。K2的设置一方面为积分电容放电提供通路，同时可实现积分电容初始电压uC(0)=0，另一方面，可控制积分起始点，即在加入信号ui后，只要K2一打开，电容就将被恒流充电，电路也就开始进行积分运算。

集成运放在使用时应考虑以下几个问题： （1）输入信号选用交、直流量均可，但在选取信号的频率和幅度时，应考虑运放的频响特性和输出幅度的限制。 （2）调零。为提高运算精度，在运算前，应首先对直流输出电位进行调零，即保证输入为零时，输出也为零。当运放有外接调零端子时，如前面的电路图中所示，按组件要求接入调 零电位器RW 。调零时，将输入端接地，调零端接入电位器RW ，用直流电压表测量输出电压UO，调节RW ，使UO为零（即失调电压为零）。如运放没有调零端子，若要调零，可按图3-1-7所示电路进行调零。

（3）消振。 一个集成运放自激时，表现为即使输入信号为零时，也会有输出，使各种运算功能无法实现，严重时还会损坏器件。在实验中，可用示波器监视输出波形。为消除运放的自激，常采用如下措施： ① 电路布线和元器件布局应尽量减少分布电容。 ② 在正、负电源进线与地线之间接上几十μF的电解电容和0.01μF~0.1μF的陶瓷电容相并联以减小电源引线的影响。③ 若运放有相位补偿端子，可利用外接RC补偿电路。

[实验设备与器件] 直流电源0 ~ 30v可调两台，函数信号发生器一台，交流毫伏表一块，直流电压表一块，交流电压表一块，集成运算放大器μA741或353一块，电阻器、电容器若干。

[实验内容] 实验前要看清运放组件各管脚排列和电源电压极性及数值，切忌正、负电源极性接反，否则将会损坏集成块。 1、反向比例运算电路 （1）按图13-1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 =0.5 v的正弦交流信号，测量相应的Uo，并用示波器观察uo和ui的相位关系，记入表13-1。 表3-1-9 Ui = 0.5v，f =100Hz Ui (v) Uo ui 波形 uo波形 AV 实测值 计算值

（1）按图13-3 (a)连接实验电路。实验步骤同上，将结果记入表13-2中。 2、同相比例运算电路 （1）按图13-3 (a)连接实验电路。实验步骤同上，将结果记入表13-2中。 （2）将图13-3 (a)中的R1断开，得图13-3 (b)电路，重复内容1）。 表3-1-10 Ui = 0.5v，f =100Hz Ui (v) Uo ui波形 uo波形 AV 实测值 计算值

3、反向加法运算电路 (1)按图13-2连接实验电路，调零和消振。 图3-1-8 简易可调直流信号源

(2)输入信号采用直流信号，图3-1-8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，记入表中。 表3-1-11输入输出电压 Ui1 (v) Ui2 (v) Uo (v)

4、减法运算电路 （1）按图13-4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3-1-12。 表3-1-12 减法运算电路输入输出电压 Ui1 (v) Ui2 (v) Uo (v)

5、积分运算电路 （1）打开K2，闭合K1，对运放输出进行调零。 （2）调零完成后，再打开K1，闭合K2，使uC (0)=0。 （3）预先调好直流输入电压Ui = 0.5v，接入实验电路，再打开K2，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3-1-13中，直到Uo不继续明显增大为止。 表3-1-13 积分运算电路输入输出电压 t (s) 5 10 15 20 25 ……… Uo (v) （4）将输入改为脉冲信号，接入实验电路，用示波器观察输出电压的波形。

[预习思考题] 1．复习集成运放线性应用部分内容，并根据实验电路参数计算各电路输出电压的理论值。 2．在反向加法器中，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？ 3．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）？ 4．为了不损坏集成块，实验中应注意什么问题？

[实验报告] 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。

实验1.4 集成运算放大器的基本应用（Ⅱ） 波形发生器 实验1.4 集成运算放大器的基本应用（Ⅱ） 波形发生器

[实验目的] 1．学习由集成运放构成的正弦波、方波发生器的组成及振荡条件。 2．学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。

[实验原理] 由集成运放构成的正弦波、方波和三角波发生器有多种形式，本实验选用常用且线路比较简单的几种电路加以分析。 1．RC桥式（文氏电桥）正弦波振荡器 从结构上看，正弦波振荡器是没有输入信号的，带选频网络的正反馈放大器。若用RC元件组成选频网络，就称为RC振荡器，一般用来产生1Hz~1MHz的低频信号。 图14-1为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反馈支路，同时兼作选频网络，R1、R2、RW及二极管等元件构成负反馈和稳幅环节。调节电位器RW，可以改变负反馈深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联的二极管D1、D2正向电阻的非线性特性来实现稳幅。D1、D2采用硅管（温度稳定性好），且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R3的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。

电路的振荡频率： 起振的幅值条件： 式中：RF = RW + R2 +( R3 + rD) ，rD —二极管正向导通电阻。 负反馈太强，应适当加大RF 。如输出波形失真严重，则应适当减小RF 。 改变选频网络的参数R或C，即可调节振荡频率。一般采用改变电容C做频率量程切换，而调节R做量程内的频率细调。

2、方波发生器 由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。图14-2所示为由迟回比较器及简单RC积分电路组成的方波—三角波发生器。它的特点是线路简单，但三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或对三角波要求不高的场合。 该电路的振荡频率： 式中：R1 = R1’+ RW’， R2 = R2’+ RW’’ 方波的输出幅值：Uom = + UZ 三角波的幅值： 调节电位器RW（即改变R1/ R2），可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之改变。如要互不影响，则可通过改变Rf（或Cf）来实现振荡频率的调节。

3．三角波和方波发生器 比较器输出的方波经积分可到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。由于采用运放组成的积分电路，因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。 电路的振荡频率： 方波的输出幅值： 三角波的幅值： 调节RW可以改变振荡频率，改变比值 可调节三角波的幅值。

[实验设备与器件] 直流电源0 ~ 30 v可调两台，函数信号发生器一台，双踪示波器一台，频率计一个，交流毫伏表一块，二极管2CP、2DW三个，三极管3DG12或9013两个，电阻电容若干。

[实验内容] 1．RC桥式正弦波振荡器，按图3-1-9连接实验电路，输出端接示波器。 图3-1-9 RC桥式正弦波振荡器

1）接通+12v 电源，调节电位器RW，使输出波形从无到有，到正弦波出现失真。描绘uo的波形，记下临界起振、正弦波输出及失真情况下的RW值，分析负反馈强弱对起振条件及输出波形的影响。 2）调节电位器RW，使输出电压uo幅值最大且不失真，用交流毫伏表分别测量输出电压Uo、反馈电压U+和U－，分析研究振荡的幅值条件。 3）用示波器或频率计测量振荡频率fo，然后在选频网络的两个电阻R上并联同一阻值电阻，观察记录振荡频率的变化情况，并与理论值进行比较。 4）断开D1、D2，重复2）的内容，将测试结果与2）做比较，分析D1、D2的稳幅作用。

2．方波发生器。 1）将电位器RW调至中心位置，用示波器观察并描绘方波uo及三角波uC的波形（注意对应关系），测量其幅值及频率，记录之。 图3-1-10 方波发生器

3．三角波和方波发生器 按图3-1-11连接实验电路 1）将电位器RW调至合适位置，用示波器观察并描绘方波u’o及三角波uo的波形，测量其幅值、频率及RW值，记录之。 2）改变RW的位置，观察它对u’o、uo幅值及频率的影响。 3）改变R1（或R2），观察对u’o、uo幅值及频率的影响。 图3-1-11 三角波、方波发生器

[预习思考题] 1．复习文氏电桥振荡电路的工作原理，计算振荡电路的频率fo。 2．文氏电桥振荡电路中采用了哪几种反馈，为何采用这几种反馈？

[实验报告] 1．正弦波发生器 (1)列表整理实验数据，画出波形，把实测频率与理论值进行比较； (2)根据实验分析文氏电桥振荡电路的振荡条件； (3)讨论二极管D1、D2的稳幅作用。 2．方波发生器 (1)列表整理实验数据，在同一坐标纸上，按比例画出方波和三角波的波形图（标出时间和电压幅值）； (2)分析RW变化时，对uo波形的幅值及频率的影响； (3)讨论DZ的限幅作用。 3．方波和三角波发生器 (1)整理实验数据，把实测频率与理论值进行比较； (2)在同一坐标纸上，按比例画出方波和三角波的波形图（标出时间和电压幅值）； (3)分析电路参数（R1、R2或RW）变化时，对输出波形的幅值及频率的影响。

实验1.5 基本门电路 [实验目的] 掌握门电路的基本逻辑功能。 学会CMOS集成逻辑门电路的主要参数的测试方法。

[实验原理] 本实验采用2输入四与非门CC4011，即在一块集成块内含有四个互相独立的与非门，每个与非门有两个输入端。其逻辑符号及引脚排列如图3-2-7所示。 图3-2-7 原电子工业部逻辑符号、国家标准逻辑符号和CC4011引脚排列

1.与非门的逻辑功能 与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平（即有“0”得“1”，全“1”“0”）。其逻辑表达式为： 2．CMOS与非门的主要参数 低电平输出电源电流ICCL和高电平输出电源电流ICCH (1)与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。ICCL是指所有输入端悬空，输出端空载时，电源提供器件的电流。ICCH是指输出端空载，每个门各有一个以上的输入端接地，电源提供给器件的电流。通常ICCL>ICCH，它们的大小标志着器件静态功耗的大小。器件的最大功耗为PCCL=VCCICCL。ICCL和ICCH测试电路如图3-2-8所示。

图3-2-8 CMOS与非门静态参数测试电路图 注意：TTL电路对电源电压要求较严，电源电压VCC只允许在+5v+10%的范围内工作，超过5.5v将损坏器件；低于4.5v器件的逻辑功能将不正常。而CMOS电路的电源电压范围广，可在+3v ~ +18 范围内正常运行。

（2）低电平输入电流IiL和高电平输入电流IiH IiL是指输入端接地，其余输入端悬空时，由被测输入端流出的电流值。在多级门电路中，IiL相当于前级门输出低电平时后级向前级门灌入的电流，因此它关系到前级门灌电流负载能力，即直接影响前级门电路带负载的个数，因此希望IiL小些。 IiH是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，流入被测输入端的电流值。在多级门 电路中，它相当于前级门输出高电平时前级门的拉电流负载，其大小关系到前级门的拉电流负载能力，希望IiH小些。由于IiH较小，难以测量，一般免于测试。

（3）扇出系数NO NO是指门电路能驱动同类门的个数，它是衡量门电路负载能力的一个参数，TTL与非门有两种不同性质的负载，即灌电流负载和拉电流负载，因此有两种扇出系数，即低电平扇出系数NOL和高电平扇出系数NOH。通常IiH<IiL，所以NOH>NOL，故常以NOL作为门的扇出系数。 NOL的测试电路如图3-2-9所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载RL，调节RL使IOL增大，VOL随之增高，当VOL达到VOLm时的IOL就是允许灌入的最大负载电流，则 通常NOL≥8

图3-2-9 扇出系数测试电路和传输特性测试电路 CMOS集成电路由于有很高的输入阻抗，要求驱动电流很小，约0.1μA，输出电流在+ 5v电源下约为500μA，远小于TTL电路，如以此电流驱动同类门电路，其扇出系数将非常大。在一般频率时，无需考虑扇出系数，但在高频时，，后级门的输入电容将成为主要负载，使其扇出能力下降，所以工作在较高频率时，CMOS电路的扇出系数一般取10 ~ 20。

门的输出电压UO随输入电压Ui而变化的曲线UO=f（Ui）称为门的电压传输特性，通 （4）电压传输特性 门的输出电压UO随输入电压Ui而变化的曲线UO=f（Ui）称为门的电压传输特性，通 过它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平UOH、输出低电平UOL、关门电平UOff、开门电平UON、阀值电平UT及抗干扰容限UNL、UNH等值。测试电路如图3-2-9所示，采用逐点测试法，即调节RW，逐点测得Ui及UO。然后绘成曲线。 （5）平均传输延迟时间tpd tpd是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的0.5Um至输入波形对应边沿0.5Um点的时间间隔，平均传输延时时间为： 式中的tpdL为导通延迟时间，tpdH为截止延迟时间，

由于CMOS门电路的延迟时间较小，直接测量时对信号发生器和示波器的性能要求较 高，故实验采用测量由奇数个与非门组成的环形振荡器的振荡周期来求得。其工作原理是：假设电路在接同电源后某一瞬间，电路中的A点为逻辑“1”，经过三级门的延时后，使A点由原来的逻辑“1”变为逻辑“0”；再经过三级门的延时后，A点电平又重新回到逻辑“1”。电路的其它各点电平也跟随变化。说明使A点发生一个周期的振荡，必须经过6级门的延迟时间。因此平均传输延迟时间为：

[实验设备与器件] +5v直流电源，逻辑电平开关3．0-1指示器，直流数字电压表，CC4011×2，WS-30-1K、10K电位器，200Ω电阻器（0.5W）。

[实验内容] 在合适的位置选取一个14P插座，接好线，如图3-2-10所示 图 3-2-10 与非门逻辑功能测试电路

CMOS与非门主要参数的定义及测试方法与TTL电路相仿。分别按图3-2-10接线，将测试结果记入表3-2-2中。 1.验证CMOS集成与非门CC4011的逻辑功能 门的两个输入端接逻辑开关输出插口，以提供“0”与“1”电平信号，开关向上，输出逻辑“1”，向下为逻辑“0”。门的输出端由LED发光二极管组成的0-1指示器的显示插口，亮为逻辑“1”，不亮为逻辑“0”。按表17-1的真值表逐个测试集成块中与非门的逻辑功能。 2．CC4011主要参数的测试 CMOS与非门主要参数的定义及测试方法与TTL电路相仿。分别按图3-2-10接线，将测试结果记入表3-2-2中。 表3-2-2测试电流表 ICCL (mA) ICCH IiL (μA) IOL

（2）调节电位器RW，使Ui从0v向高电平变化，逐点测量Ui和UO的对应值，记入表3-2-3中。 表3-2-3测试电压表 Ui (V) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 …… Uo (V) （3）将CC4011的三个门串接成振荡器，用示波器观测输入、输出波形，并计算出tpd值。

选用与非门按图3-2-11接线，将一个输入端接连续脉冲源（频率为20Hz）,用示波器观察两种电路的输出波形，记录之。 3．观察与非门对脉冲的控制作用 选用与非门按图3-2-11接线，将一个输入端接连续脉冲源（频率为20Hz）,用示波器观察两种电路的输出波形，记录之。 图3-2-11与非门对脉冲的控制作用

闲置输入端的处理方法：①按照逻辑要求，直接接UDD（与非门）或USS（或非门）。②在工作频率不高的电路中，允许输入端并联使用。 [CMOS集成电路使用规则] 由于CMOS电路有很高的输入阻抗，外来的干扰信号就很容易在一些悬空的输入端上感应出很高的电压，以至损坏器件。所以CMOS电路使用时有以下的使用规则： 1．UDD接电源正极，USS接电源负极（通常接地┴），不得接反。CC4000系列的电源允许电压在+3 ~ +18v范围内选择，实验中一般要求使用+5 ~ +15v。 2．所有输入端一律不准悬空 闲置输入端的处理方法：①按照逻辑要求，直接接UDD（与非门）或USS（或非门）。②在工作频率不高的电路中，允许输入端并联使用。 3．输出端不允许直接与UDD 或USS连接，否则将导致器件损坏。 4．在装接电路或改变电路连接时，均应切断电源，严禁带电操作。 5．焊接、测试和储存时的注意事项： 电路应存放在导电的容器内，有良好的静电屏蔽。 焊接时必须切断电源，电烙铁外壳必须良好接地，或拔下烙铁，靠其余热焊接。 所有的测试仪器必须良好接地。 若信号源与CMOS器件使用两组电源供电，应先开CMOS电源，关机时，先关信号源最后关CMOS电源。

[实验报告] 记录、整理实验结果，并对结果进行分析，用坐标纸画出传输特性曲线。 根据实验结果，写出门电路的逻辑表达式，并判断被测电路的功能好坏。

第二章 综合型试验 实验2.1 直流稳压电源 实验2.2 译码器及其应用

实验2.1 直流稳压电源 [实验目的] 1．了解整流、滤波电路的结构和工作原理。 2．测定整流、滤波电路的输出电压及波形。 3．了解集成稳压器的特点和性能测试方法。

实验原理 电子设备一般都需要直流电源供电。 图3-2-1直流稳压电源框图

实验原理 直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，原理框图如图3-2-3所示。电网供给的交流电压u1（220v，50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压uI。但这样的直流输出电压还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。 随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分广泛，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线形集成稳压器。在这种类型的器件中，以三端式稳压器应用最为广泛。

实验原理 本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压7812，它的主要参数有：输出直流电压UO为+12v，输出电流L：0.1A，M：0.5A，电压调整率为10mV/V，输出电阻RO = 0.15Ω，输入电压UI的范围15 ~17v。因为一般UI要比UO大3~5v，才能保证集成稳压器工作在线性区。

图3-2-3 由7812构成的串联型稳压电源

图3-2-3是用三端式稳压器7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品（又称桥堆）。滤波电容C1、C2选取几百~几千微法。当稳压器距离整流滤波电路较远时，在输入端必须接入电容器C3（数值为0.33μF），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C4（0.1μF）用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。

图3-2-4为正、负双电压输出电路，例如需UO1=+18v，UO2= -18v，则可选用7818和7918三端稳压器，这时的UI应为单电压输出时的两倍。 图3-2-4正、负双电压输出电路和输出电压扩展电路

当集成稳压器本身的输出电压或输出电流不能满足要求时，可通过外接电路来进行性能扩展。图3-2-4是一种简单的输出电压扩展电路。如7812稳压器的3、2端间输出电压为12v，因此只要适当选择的R值，使稳压管Dw工作在稳压区，则输出电压UO=12+Uz，可以高于稳压器本身的输出电压。 图3-2-5是通过外接晶体管T及电阻R1来进行电流扩展的电路。电阻R1的阻值由外接晶体管的发射结导通电压UBE、三端式稳压器的输入电流Ii（近似等于三端稳压器的输出电流IO1）和T的基极电流IB来决定，即： 式中：IC为晶体管T的集电极电流，应等于IC=IO-IO1；β为T的电流放大倍数；对于锗管UBE可按0.3v估算，对于硅管UBE按0.7v估算。

图3-2-5 输出电流扩展电路

[实验设备与器件] 可调工频电源一台，双踪示波器一台，交流毫伏表一块，三端稳压器7812或7912一个，桥堆ICQ-4B一个，电阻器、电容器若干。

[实验内容] 1．整流、滤波电路测试 分别按图15-6（a）、（b）连接实验电路，取可调工频电源14v电压作为整流电路输入电压。接通工频电源，测量输出端直流电压UL及纹波电压U，用示波器观察u、uL的波形，把数据及波形记入自拟表格中。 图3-2-6 整流、滤波电路

断开工频电源，按图3-2-6连接实验电路，取负载电阻RL=120Ω。 1）初测 2．集成稳压器性能测试 断开工频电源，按图3-2-6连接实验电路，取负载电阻RL=120Ω。 1）初测 接通工频14v电源，测量滤波电路输出电压UI，集成稳压器输出电压UO，它们的数值 应与理论值大致符合，否则说明电路出了故障。 电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项性能指标的测试。 2）各项性能指标测试 a . 输出电压UO和最大输出电流IOmax 在输出端接负载电阻RL=120Ω，由于7812输出电压UO=12v，因此流过RL的电流为IOmax 等于100mA。这时UO应基本保持不变，若变化较大则说明集成块性能不良。 b . 稳压系数S（电压调整率）测量 稳压系数定义为：当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比， 即： RL=常数

取IO=100mA，按表3-2-1改变整流电路输入电压U2（模拟电网电压波动），分别测出相应的稳压器输入电压UI及输出直流电压UO，记入表中。 表3-2-1 IO=100mA U2=14v 测试值 计算值 100 U2 (v) UI UO S IO (mA) RO (Ω) 10 S12= 空载 RO12= 14 12 S23= RO23= 17

输出电阻RO定义为：当输入电压（稳压电路输入）保持不变，由于负载变化而引起的 输出电压变化量与输出电流变化量之比，即： c．测量输出电阻RO 输出电阻RO定义为：当输入电压（稳压电路输入）保持不变，由于负载变化而引起的 输出电压变化量与输出电流变化量之比，即： UI =常数 取U2=14v，改变负载电阻RL的大小，使IO为空载、50mA、100mA，测量相应 的UO值，记入表3-2-1中。 d．测量输出纹波电压 输出纹波电压是指在额定负载条件下，输出电压中所含交流分量的有效值（或峰值）。 取U2=14v，UO=12v，IO=80mA测量输出纹波电压，记录之。

[预习思考题] 复习整流、滤波电路的工作原理。 复习直流稳压电源电路的组成及工作性能。 复习电子示波器的使用方法。

[实验报告] 简述稳压电路的稳压过程。 分析讨论实验中发生的现象和问题。

实验2.2 译码器及其应用 [实验目的] 1．了解中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法。 2．熟悉数码管的使用。

[实验原理] 1．译码器是多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换，终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。 2. 译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器两种。 图3-2-12 3-8译码器74LS138逻辑图及引脚排列

（1）变量译码器（又称为二进制译码器），用以表示输入变量的状态，如2线-4线、3线-8线和4线-16线译码器。若有n个输入变量，则有2n个不同的组合状态，就有2n个输出端供其使用。而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小值。 以3线-8线译码器74LS138为例进行分析，图18-1（a）、（b）分别为其逻辑图及引脚排列。其中A2、A1、A0为地址输入端，是译码输出端，S1、、是使能端。 表3-2-4为74LS138功能表，当S1=1，+= 0时，器件使能，地址码所指定的输出端有信号（为0）输出，其它所有输出端均无信号（全为1）输出。当S1= 0，+= X时或S1=X，+=1时，译码器被禁止，所有输出同时为1。

表3-2-4 74LS138功能表 输 入 输 出 S1 A2 A1 A0 1 × +

二进制译码实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息，器件就成为一个数据分配器（又称多路分配器）如图3-2-13所示。若在S1输入端输入数据信息，==0，地址码所对应的输出是S1数据信息的反码；若从输入端输入数据信息，令S1=1， =0 ，地址码所对应的输出就是端数据信息的原码。若数据信息是时钟脉冲，则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。 根据输入地址的不同组合译出唯一地址，故可用作地址译码器。接成多路分配器，可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点。 图3-2-13 作数据分配器和实现逻辑函数

二进制译码器还能方便地实现逻辑函数，如图3-2-14所示，实现的逻辑函数是： 利用使能端能方便地将两个3/8译码器组合成一个4/16译码器，如图3-2-14所示。 图3-2-14 用两片74LS138组合成4/16译码器

它能将输入的4位二进制数表示的二—十进制数译成十进制数，其逻辑图及引脚功能如图3-2-15所示。 （2）二—十进制译码器CC4028等 它能将输入的4位二进制数表示的二—十进制数译成十进制数，其逻辑图及引脚功能如图3-2-15所示。 图3-2-15 CC4028逻辑图级引脚功能

其中A3、A2、A1、A0为地址输入端，是译码输出端，由逻辑图可知，CC4028的输出能拒绝伪码，当输入为1010～1111时，所有输出全为1。 此外，CC4028没有使能端，因此不能作多路分配器使用。但若用A2、A1、A0作地址输入端，、闲置不用，A3可以作为使能端使用，此时的CC4028变成了3/8译码器，A3的选通功能与74LS138的、相同，为低电平使能。所以CC4028不仅可作为一般译码器使用，也可以作多路分配器使用和实现逻辑函数多种功能。 （3）数码显示译码器 a．七段发光二极管（LED）数码管 LED数码管是目前最常用的数字显示器，图3-2-16（a）、（b）为共阴管和共阳管的电路，（c）为两种不同出线形式的引出脚功能图。

图3-2-16 LED数码管

一个LED数码管可用来显示一位0~9十进制数和一个小数点。小型数码管（0. 5寸和0 一个LED数码管可用来显示一位0~9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2 ~2.5v，每个发光二极管的点亮电流在5 ~10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 b．BCD码七段译码驱动器 此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验采用CC4511 BCD码/七段译码/驱动器。驱动共阴极LED数码管。 CC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为0，数码管熄灭。 其中：A、B、C、D —— BCD码输入端 a、b、c、d、e、f、g —— 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管

LE —— 锁定端，LE=“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE=0时的数值，LE=0为正常译码 —— 测试输入端， =“0”时，译码输出全为“1” —— 消隐输入端， =“0”时，译码输出全为“0” LE —— 锁定端，LE=“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE=0时的数值，LE=0为正常译码 图3-2-17 CC4511引脚排列

表3-2-5 CC4511功能表 输 入 输 出 LT D C B A a b c d e f g 显示字型 × 1 8 消隐 2 3 4 输 入 输 出 LT D C B A a b c d e f g 显示字型 × 1 8 消隐 2 3 4 5 6 7 9 锁 存 锁存

在本数字电路实验箱上已完成了译码器CC4511和数码管BS202之间的连接。实验时，只要接通+5v电源和将十进制数的BCD码接至译码器的相应输入端A、B、C、D即可显示0~9的数字。四位数码管可接受四组BCD码输入。CC4511与LED数码管的连接如图3-2-18所示。 图3-2-18 CC4511驱动移位LED数码管

[实验设备与器件] +5v直流电源双踪示波器，连续脉冲源，逻辑电平开关， 0-1指示器，拨码开关组，译码显示器8. 74LS138×2 CC4028 CC4511。

[实验内容] 1．数据拨码开关的使用 将实验箱中的四组拨码开关的输出Ai、Bi、Ci、Di分别接至4组显示译码 / 驱动器CC4511的对应输入口，、、LT接至三个逻辑开关的输出插口，接上+5v显示器的 电源，然后按功能表输入的要求揿动四个数码的增减键（“+”与“—”键）和操作三个开关，观测码盘上的四位数与LED数码管显示的对应数字是否一致，及译码显示是否正常。 2．74LS138译码器逻辑功能测试 将译码器使能端S1、、及地址端A2、A1、A0分别接至逻辑电平开关输出口，八个输出端依次连接在0-1指示器的八个输入口上，拨动逻辑电平开关，逐项测试74LS138的逻辑功能。

3．用74LS138构成时序脉冲分配器 参照实验原理说明，时钟脉冲CP频率约为10KHz，要求分配器输出端的信号与CP输入信号同相。画出分配器的实验电路，用示波器观察和记录在地址端A2、A1、A0分别取000 ~111八 种不同状态时端的输出波形，注意输出波形与CP输入波形之间的相位关系。 4．用两片74LS138组合成一个四线 —十六线译码器，并进行实验。 5．二—十进制译码器 选取二 — 十进制译码器CC4028，按实验原理的说明，自拟实验线路，进行实验和记录。

[实验预习要求] 复习有关译码器和分配器的工作原理。 根据实验任务，画出所需的实验线路并记录表格。

[实验报告] 画出实验线路，把观察到的波形画在坐标纸上，并标上相应的地址码。 分析实验结果并总结译码、显示电路的功能及特点。

第三章 研究设计型实验 实验3.1 触发器及其应用 实验3.2 555时基电路及其应用

实验3.1 触发器及其应用 [实验目的] 1．掌握基本RS、JK、D和T触发器的逻辑功能。 实验3.1 触发器及其应用 [实验目的] 1．掌握基本RS、JK、D和T触发器的逻辑功能。 2．了解集成触发器的使用方法和逻辑功能的测试方法。 3. 了解触发器之间相互转换的方法。

[实验原理] 触发器具有两个稳定状态，用以表示逻辑状态“1”和“0”，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，它是一个具有记忆功能的二进制信息存贮器件，是构成各种时序电路的最基本逻辑单元。 1．基本RS触发器 图3-3-1为由两个与非门交叉耦合构成的基本RS触发器，它是无时钟控制低电平直接触发的触发器。基本RS触发器具有置“0”、置“1”和“保持”三种功能。通常称为置“1”端，因为 =0是触发器被置“1”； 为置“0”端，因为 =0时触发器被置“0”，当 = =1时状态保持。 基本RS触发器也可以用两个“或非门”组成，此时为高电平触发有效。 图3-3-1 基本RS触发器

图3-3-2 74LS112双JK触发器引脚功能及逻辑符号 在输入信号为双端的情况下，JK触发器是功能完善、使用灵活和通用性较强的一种触发器。本实验采用74LS112双JK触发器，是下降边沿触发的边沿触发器。 图3-3-2 74LS112双JK触发器引脚功能及逻辑符号

其中J和K是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若J、K有两个或两个以上输入端时，组成“与”的关系。Q与 为两个互补输出 =0定 为“1”状态。 后沿触发JK触发器的功能表如表3-3-1所示。

JK触发器常被用作缓冲存储器，移位寄存器和计数器。 输 入 输 出 J K 1 注： —— 任意态； —— 高到低电平跳变 （ ）—— 现态； （ ）—— 次态 —— 不定态 JK触发器常被用作缓冲存储器，移位寄存器和计数器。 CC4027是CMOS双JK触发器，其功能与74LS112相同，但采用上升沿触发，R、S端为高电平有效。

在输入信号为单端的情况下，D触发器用起来最为方便，其状态方程为： = 。其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器，触发器 的状态只取决于时钟到来前D端状态，D触发器应用很广，可用作数字信号的寄存、移位寄存、分频和波形发生等。有很多种型号可供各种用途的需要而选用。如双D （74LS74, CC4013），四D（74LS175，CC4042），六D（74LS174，CC14174），八D（74LS374）等。 图3-3-3 74LS74引脚排列及逻辑符号 图3-3-3为双D74LS74的引脚排列和逻辑符号。

表双D74LS74引脚排列和逻辑符号3-3-2 输 入 输 出 D 1

4．触发器之间的相互转换 在集成触发器的产品中，每一种触发器都有自己固定的逻辑功能。但可以利用转换的方法获得具有其它功能的触发器。例如将JK触发器的J、K两端连在一起，并认它为T端，就得到所需的T触发器。其状态方程为： 表3-3-3 T触发器的功能表 输 入 输出 T 1

图3-3-4 JK触发器转换为T、T’触发器 由功能表可见，当T=0时，时钟脉冲作用后，其状态保持不变；当T=1时，时钟脉冲作用后，触发器状态翻转。所以，若将T触发器的T端置1，如图3-3-5所示，即得T’触发器。在T’触发器的CP端每来一个CP脉冲信号，触发器的状态就翻转一次，故称之为反转触发器，广泛用于计数电路中。

同样，若将D触发器的 端与D端相连，便转换成T’触发器。 图3-3-4 JK触发器转换为T、T’触发器

[实验设备与器件] +5v直流电源双踪示波器，连续脉冲源，单次脉冲源，逻辑电平开关，0-1指示器，74LS112（或CC4027）、74LS00（或CC4011）、74LS74（或CC4013）。

[实验内容] 1．测试基本RS触发器的逻辑功能 用两个与非门组成基本RS触发器，输入端 、 接逻辑开关的输出插口，输出端Q、 接逻辑电平显示输入插口，按表3-3-4的要求测试，记录之。 表3-3-4 RS触发器测试表 Q 1 1 → 0 0 → 1

改变J、K、CP端状态，观察Q、 状态变化，观察触发器状态更新是否发生在CP脉冲的下降沿（即CP由1→0），记录之。 2．测试双JK触发器74LS112逻辑功能 （1）测试RD、SD的复位、置位功能 任取一只JK触发器， 、 、J、K端接逻辑开关输出插口，CP端接单次脉冲源，Q、 端接至逻辑电平显示输入插口。要求改变 、 （J、K、CP处于任意状态），并在 =0（ =1）或 =0（ =1）作用期间任意改变J、K及CP的状态，观察Q、 状态。自拟表格并记录之。 （2）测试JK触发器的逻辑功能 改变J、K、CP端状态，观察Q、 状态变化，观察触发器状态更新是否发生在CP脉冲的下降沿（即CP由1→0），记录之。

（3）将JK触发器的J、K端连在一起，构成T触发器。 在CP端输入1Hz连续脉冲，用实验箱上的逻辑笔观察Q端的变化。 在CP端输入1KHz连续脉冲，用双踪示波器观察CP、Q、 端波形，注意相位与时间的关系，描绘之。 J K CP Qn+1 Qn=0 Qn=1 0 → 1 1 → 0 1

（1）测试、的复位、置位功能测试方法同实验内容2（1），自拟表格并记录之。 （2）测试D触发器的逻辑功能 3．测试双D触发器74LS74的逻辑功能 （1）测试、的复位、置位功能测试方法同实验内容2（1），自拟表格并记录之。 （2）测试D触发器的逻辑功能 表3-3-6测试D触发器表 D CP Qn+1 Qn=0 Qn=1 0→1 1→0 1 观察触发器状态更新是否发生在CP脉冲的上升沿（即由0→1），记录之。 （3）将D触发器的端与D端相连接，构成T’触发器。测试方法同实验内容2（3），记录之。

4．单发脉冲发生器 用74LS74型双D触发器，设计一个单发脉冲发生器的实验线路。要求将频率为1KHz的信号脉冲和手控触发脉冲分别作为两个触发器的CP脉冲输入。只要手控脉冲送出一个脉冲（高电平一次或低电平一次）。单发脉冲发生器就送出一个脉冲，该脉冲与手控触发脉冲的时间长短无关。

[实验预习要求] 复习触发器的有关内容。 列出各触发器功能测试表格。 试着按实验内容四、4的要求设计实验线路，拟定实验方案。

[实验报告] 列表整理各类触发器的逻辑功能。 总结观察到的波形，说明触发器的触发方式。

实验3.2 555时基电路及其应用 [实验目的] 了解555型时基电路的电路结构、工作原理。 实验3.2 555时基电路及其应用 [实验目的] 了解555型时基电路的电路结构、工作原理。 了解555构成的单稳态触发器、多谐振荡器的电路及工作原理。 了解555构成的施密特触发器电路及主要作用。

[实验原理] 集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路。它是一 种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压VCC= +5 ~ +15v，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3 ~ +18v。

1．555电路的工作原理 555电路的内部电路方框图如图3-3-6所示。 图3-3-6 555定时器内部框图及引脚排列

是复位端，当 =0，555输出低电平。平时 端开路或接VCC。 它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。 是复位端，当 =0，555输出低电平。平时 端开路或接VCC。 VC是控制电压端（5脚），平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01μf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。 555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。 2．555定时器的典型应用 （1）构成单稳态触发器，触发电路由C1、R1、D构成，其中D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端F输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端。并使2端电位瞬时低于1/3VCC，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程，电容C开始充电，按指数规律增长。当充电到2/3VCC时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出VO从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关放电，暂态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。波形图如图3-3-7所示。

图3-3-7单稳态触发器 暂稳态的持续时间t w（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小： t w = 1.1RC 通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态触发器作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。此外尚须用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。

（2）构成多谐振荡器 图3-3-8 多谐振荡器 如图3-3-8所示由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端C t放电，使电路产生振荡。电容C在1/3VCC和2 / 3VCC之间充电和放电。

输出信号的时间参数是T = tw1 +tw2 ，t w1 = 0.7（R1+R2）C ，t w2 = 0.7R2C。 555电路要求R1与R2均应大于或等于1KΩ，但R1+R2应小于或等于3.3MΩ。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力，因此这种形式的多谐振荡器应用很广。 3.组成施密特触发器 图3-3-9 施密特触发器

电路如图3-3-9所示，只要将脚2、6连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。图20-5示出了Va、Vi和Vo的波形图。 设被整形变换的电压为正弦拨Va，其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和6脚，得Vi为半波整流波形。当Vi上升到 时，Vo从高电平翻转为低电平；当Vi下降到 时，Vo又从低电平翻转为高电平。电路的电压传输特性曲线如图3-3-10所示。 回差电压 ：

[实验设备与器件] +5v直流电源，双踪示波器，连续脉冲源单次脉冲源，音频信号源，数字频率计，0-1指示器555、2CK13、电位器、电阻、电容若干。

图3-3-10 波形变换图和电压传输特性

[实验内容] 1．单稳态触发器 （1）取R=100K，C=47μf，输出接LED电平指示器。输入信号Vi由单次脉冲源提供，用双踪示波器观测Vi、Vc、Vo波形，测定幅度与暂稳时间。 （2）将R改为1K，C改为0.1μf，输入端加1KHz的连续脉冲，观测波形Vi、Vc、Vo，测定幅度及延时时间。 2．多谐振荡器 用双踪示波器观测Vc与Vo的波形，测定频率。 3．施密特触发器 输入信号由音频信号源提供，预先调好Vi的频率为1KHz，接通电源，逐渐加大Vs的幅度，观测输出波形，测绘电压传输特性，算出回差电压ΔU。

4．模拟声响电路 组成两个多谐振荡器，调节定时元件，使Ⅰ输出较低频率，Ⅱ为高频振荡器，连好线，接通电源，试听音响效果。调换外接阻容元件，再试听音响效果。 图3-3-11 模拟声响电路

[实验预习要求] 复习有关555定时器的工作原理及其应用。 阅读本书第二部分示波器的使用与调整。 拟定各次实验的步骤和方法。

[实验报告] 绘制实验电路图，观察和记录、测试波形。 如何调节施密特触发器的回差电压。

参考文献 曹海平. 电工电子技术实验教程. 北京：电子工业出版社，2010. 朱俊杰. 工与电子技术实验指导. 中南大学出版社，2009. （刘 鹏）