电工电子学试验指导书.pdf

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1、电工电子学实验指导书 机电学院实验中心 2011年9月 目录 实验一 电路基本定律 .错误!未定义书签 实验二 RC阶电路响应测试 .错误!未定义书签 实验三 三相交流电路 .错误!未定义书签 实验四 三相异步电动机的控制 .错误!未定义书签 实验五 共射极单管放大电路 .错误!未定义书签 实验六 集成运算放大器 .错误!未定义书签 实验七 门电路与触发器 .错误!未定义书签 实验八 集成计数器与寄存器的应用 .错误!未定义书签 实验九 555定时器及其应用 .错误!未定义书签 实验十 直流稳压电源综合实验 .错误!未定义书签实验一电路基本定律、实验目的 1.验证基氏定律（KCL KVL）2.

2、验证迭加定理 3验证戴维南定理 4.加深对电流、电压参考方向的理解 5正确使用直流稳压电源和万用电表、仪器设备 1.TPE-DG2 电路分析实验箱 2.MF 10 型万用表及数字万用表、预习内容 1.认真阅读 TPE-DG2 电路分析实验箱使用说明（见附录）2.预习实验内容步骤；写预习报告，设计测量表格并计算理论值 3.根据 TPE-DG2 电路分析实验箱设计好连接线路 四、实验原理 1.基尔霍夫电流、电压定律及叠加定理（1）基尔霍夫电流定律（KCL）在集总电路中，任一瞬时，流向某一结点的电流之和等于由该结点流出的电流之和。电路原理图及电流的参考方向如图 1-1 所示。根据 KCL 当曰、E2

3、共同作用时，流入和流出结点 A 的电流应有：|1+|2-|3=0 成立。B 图 1-1验证基尔霍夫电流、电压定律电路原理图 13（2）基尔霍夫电压定律（KVL）在集总电路中，任一瞬时，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。其电路原理图及电流的参考方向如图 1-1 所示。根据 KVL 应有：EI-URI-UR3=0；或 EI-URI+UR2-E2=0；或 E?-URI-UR2=0 成立。（3）叠加定理 在线性电路中，任一支路中的电流（或电压）等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支路 产生的电流（或电压）的代数和。所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源的作用都 去掉，即理想电压源所在

4、处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，且电 路结构不作改变。由于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。电路原理图及电流的参考方向如图 1-1 所示。分别测量 El、E2共同作用下的电流 11、12、13；E1 单独作用下的电流 1 仆|2、13和E单独作用下的电流 11、b、13。根据叠加原理应有：11=11+1 12=12+|2；|3=|3+|3 成立。2 戴维南定理 任何一个线性有源二端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式 来代替。理想电压源的电压等于原二端口网络的开路电压 UOC，其电阻（又称等效电阻）等于网络 中所

5、有电压源短路、电流源开路时的入端等效电阻 艮q，见图 1-2。线性有 源二端 网络 图 1-2 戴维南定理示意图（1）开路电压的测量方法 a.直接测量法：当有源二端网络的等效电阻 Req与电压表的内阻相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测 量开路电压。b.零示法：在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接 测量会造成较大误差。为了消除电压表内阻的影响，采用零示法。即用一个低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压 Lbc 电源的输出电压与二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为 0。然后将电路断开，测量此 时稳压电源的输出电压，即为二端网络的开路电压 UOC。（2）等效电

6、阻的测量方法 a.短路电流法：用电压表测得开路电压 UOC后，将开路端短路，测其短路电流 ISC,则等效电阻 Req=U0C/lsC。此方法测量简便，但可能因短路电流过大会损坏电路内部的元件，对于等效电阻较小的二端网络，般不宜米用。b.两次电压测量法：先测开路电压 UOC,再在开路端接一个已知负载电阻 RL,测 R.两端的电压 UL,则等效电阻 C.半电压测量法：调电位器 RL大小，当其两端的电压等于二端网络开路电压的一半 时，RL的阻值即为等效电阻 Req的值。五、实验内容与步骤 1、验证基尔霍夫电流（KCL、电压（KVL）定律 实验线路中取的 Ei=3V、E2=6V,Ri=R2=F3=1k

7、 Q,连接电路，测量各支路电流及各元件两端的电 压值，验证结果，自拟表格。2、验证叠加定理 测量吕、E2单独作用和共同作用时，各支路的电流值。数据填入表 1-1。表 1-1 验证叠加定理 l1（mA）l2（mA）l3（mA）计算 测量 误差 计算 测量 误差 计算 测量 误差 E1作用 E2作用 E1、E2作用 3、验证戴维南定理 用戴维南定理测量 R3支路的电流|3。按实验原理，选择合适的测量方法测量开路电压 UOC和等 效电阻 Req的值。然后用直流电压源和可变电位器分别调出（U OC 1）RL。UOC和 Feq的值，再串上 R3支路，测量 R3支路的电流 13。注意：1.一定要接好线后再

8、开电源，切勿带电接线。2选定参考方向后，按参考方向插入指针式万用表表笔。测量电压或电流时，针正偏，测量值为正，电压或电流的实际方向与参考方向一致；如指针反偏，则必须调换万用表表 笔极性，重新测量，此时，测量值为负正，说明电压或电流的实际方向与参考方向相反。六、实验报告要求 1.数据分析：用你所测得的实验数据如何验证定律及定理的 2.与计算值比较，分析误差原因。3 请回答问题：1）你是如何通过电流表的串入，测试并理解参考方向这一概念的 2）在验证戴维南定理的实验中，如果线性二端网络的内阻和你所用的万用电表内阻接近,还能用实验原理中讲述的方法测量 Req吗又应该如何得到 Req的测量值 实验二 R

9、C 一阶电路响应测试、实验目的 如果指 1.掌握 RC阶动态电路零状态响应和零输入响应的概念。2.学习电路时间常数的测量方法。3.掌握有关微分电路和积分电路的概念。4.进一步学会用示波器观测波形。二、仪器设备 1.TPE-A3 模拟电路实验箱 1 台 2.YB1602P系列功率函数信号发生器 或 EM1652 系列数字信号源 1 台 3.KENWOOD CS4125A 20MHz 2 通道示波器 1 台 三、实验原理 1.RC 电路的方波响应 图 2-1(a)所示为 RC 串联电路。为了用示波器观察电路的过渡过程，用方波来代替输入阶跃激 励信号。当输入为正负对称的方波信号时(如图 2-1(b)

10、所示)，电路是一个输入激励和电容初始值 均不为零的全响应过程。图 图 2-1 方波激励下的响应波形 图(c)中，0 T时间段是电容器的充电过程，T T 时间段是电容器的放电过程。它们分别按 2 2 指数规律增长和衰减，其变化的快慢决定于电路的时间常数 T(TRQO当输入方波的脉宽 tp T 电容充电较快，能够达到稳态值时，便可利用示波器测量时间常数 用示波器测量时间常数 T的方法：在电容充电响应波形上，读出电容器从充电起始值到稳态 值之间的值 Um，然后在纵轴上找到X Um值对应的点，通过该 点做水平线与响应波形相交，再通过该点做垂线与横轴交于 a 点，读出电容起始值与 a 点之间的格数(即

11、oa 段的格数)，则 时间常数 T oa 段的格数X扫描时间 s/div。也可以通过放电响应波形，按图示方法测量，即 T bc 段的格数X扫描时间 s/div O 2.微分电路和积分电路 R(a)RC 阶电路 2-1(c)所示为电容两端的响应波形。(b)输入阶跃激励(c)电容响应波形 m (a)微分电路(b)积分电路 图 2-2 微分电路与积分电路 当输入电压 Ui的波形为正负对称的方波时，微、积分电路输入、输出电压波形如图 2-3 所示。如改变时间常数 T与方波脉冲宽度 tp的比值，电容器充放电的快慢就不同，因此输出电压的波形就 不同。(a)微分电路uR波形(b)积分电路UC波形 图 2-3

12、 微分、积分电路输出波形 在微分电路中，当 Ttp时，电容器充电很慢，输出电压 UR与输入电压 Ui的波形很相近。随着 T 和 tp比值的减小，电阻两端电压 UR的波形逐渐变成正负尖脉冲，如图 2-3(a)所示。T越小，尖脉 冲越陡。因此，构成微分电路的条件是：(1)Ttp(通常T tp),(2)从电阻两端输出。在积分电路中，当 冶 tp时，电容器充放电较快，电容两端的波形如图 2-1(C)所示。当 Ttp 时，电容器充电缓慢，后又经电阻缓慢放电，电容两端电压 uc的波形逐渐变成三角波，T越大，充 放电越缓慢，输出三角波的线性度越好，如图 2-3(b)所示。因此，构成积分电路的条件是：(1)T

13、tp(通常T5 tp),(2)从电容阻两端输出。四、实验内容 调节信号发生器，输出 Upp=3V、f=1kHz(tp=T72=)的方波电压作为阶跃激励信号。1.按图 2-2(a)连接电路，将方波信号加在 ui端，改变电阻或电容的参数，分别观察 Ttp时 Ui和 UR的波形。要求：自选元件参数，并测出 UR波形的峰峰值。微分电路和积分电路是电容器充放电现象的一种应用，电路如图 2-2 所示。微分电路中，当时 间常数很小时，输出电压 UR正比于输入电压 Ui的微分，即UR du；RC药；积分电路中，当时间常数 很大时，输出电压 UC正比于输入电压 Ui的积分，即uR 1 RC uidt。R C丄

14、UC 2.按图 2-2（b）连接电路，输入方波不变，改变电阻或电容的参数，分别观察 Ttp、T=tp和T RIC 时（tp为方波半个周期时间），输出三角波的线性度及峰 峰值有何变化。6 过零比较器 实验电路如图所示。1）输入 Ui加频率 IkKHz、峰峰值为 2V 的正弦波 信号，用示波器观察输入输出波形及相位关系，并测 量输出电压 Uo的峰峰值。2）改变输入电压的峰峰值，观察输出电压的变化,说明 UZ的作用。B.设计性内容 设计一运算电路，实现 UO=-5Uii-2Ui2，要求：画出电路图，标出电阻参数，并取值测量。五、实验报告 1.总结本实验中 5 种运算电路的特点及性能。2.分析理论计算

15、与实验结果误差的原因。实验七门电路与触发器、实验目的 1.熟悉与非门的逻辑功能。Ui1(V)1 2 Ui2(V)UO(V)5.反相积 分运算 Uo o 图 6.6 反相过零比较器 2.学习简单的组合逻辑电路的分析与设计方法，并连接电路验证结果。3了解 D 触发器和 JK 触发器的逻辑功能。二、仪器设备 1.THD 4 数字电路实验箱 2.MF 10 型万用表或数字万用表 3.KENWOOD CS4125A 20MHz 2 通道示波器 三、实验原理简述 实验所用的与非门集成电路逻辑器件主要有两种：1)74LS00(74HC00):四 2 输入与非门；2)74LS20(74HC20):双四输入与非

16、门。这两种逻辑器件的管脚及内部结构如下图所示。实验所用 D 触发器为 74LS74 型双 D 触发器，它是在 CP 时钟脉冲前沿翻转的。JK 触发器为 74LS112 型双 JK 触发器，它是在 CP 时钟脉冲后沿翻转。这两种触发器的管脚排列见下图所示。14 13 12 11.10 9 8|16|15|14|13|12 11 10|9 UCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q UCC 1RD 2RD 2CP 2K 2J 2SD 2Q)74LS74 )74LS112 1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 1CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q GND 1 3 4 5 6

17、 71 1 2 3 4 5 6 7 81 四、预习要求 1.复习有关教材，掌握常用基本门电路的逻辑关系及逻辑代数基本运算法则。2.设计并画出实验所需的逻辑电路。3.复习 D 触发器和 JK 触发器的逻辑功能。4.熟悉 THD 4 数字电路实验箱的使用。五、实验内容和步骤 1 测试与非门的逻辑功能，验证“0”电平对与非门的封锁控制作用 将与非门集成芯片连接+5V 直流电源。选择芯片中的一个与非门，在其中一个输入端加入 的脉冲信号，用示波器观察，当另一输入端分别接高电平和低电平时，输出端波形的变化。从而验 证“0”电平对与非门的封锁作用。2 组合逻辑电路设计 用与非门实现下面框图中的组合逻辑电路，

18、使之满足输出等于输入的平方关系。要求列出真值 表、写出逻辑表达式、画出逻辑电路，并在实验箱上搭接逻辑电路，验证设计结果。图中 Ai、A2是 输入，Q3Q2Q1Q0是输出。Q3 Q2 L 接发光二极管 Qi Qo 3 测试触发器逻辑功能（1）JK 触发器（74LS112）逻辑功能测试 测试异步复位端RD和异步置位端SD的功能。将 J,K,RD,SD端分别接逻辑电平输出，CP 接单脉冲源，Q 端接逻辑电平显示，按下表要求,在RD或SD作用期间改变 J、K 和 CP 的状态，测试并记录 改变 J K 状态，测试其相应的 Qn+1状态，并记录下表中。异步复位或置位，以设置现态 Qn）。J K CP Q

19、n 1 Qn 0 Qn 1 0 0 J 0 1 J 1kHz 小-组合逻辑 电 路 Ao -RD和SD对输出状态的控制作用。CP J K SD RD Q Q XXX 0 1 XXX 1 0 ,16 15 14 13 12 11|10 9 Ucc 1RD 2RD 2CP 2K 2J 2SD 2Q 74 LS112 1CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q GND 1 2 3 4 5 6 7 8（说明：用RD和SD端对触发器进行 1 0 1 1 J D CP Qn 1 Qn 0 Qn 1 0 0 1 1 TO 1 0 T1 1 T0 （2）双 D 触发器（74LS74）的逻辑功能测试：测试异步

20、复位端 RD和异步置位端SD的功能，测试方法同前。14 13 12 丁 10 9.8 Ucc 2尺 2D 2CP 2SD 2Q 2Q 74LS74 1FD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 1 2 3 4 5 6 7 改变 D 状态，测试其相应的 Qn+1状态，并记录下表中。（说明：用RD和SD端对触发器进行异 步复位或置位，以设置现态 Qn）。六、实验报告要求 1、根据实验结果总结与非门的用法和特点。2、整理实验数据和图形。3、总结两种触发器的特点。CP D RD SD Q Q X X 0 1 X X 1 0 实验八集成计数器与寄存器的应用、实验目的 1 掌握中规模 4 位双向移位寄

21、存器的逻辑功能及使用方法。2 掌握中规模集成计数器的功能及使用及方法。3了解译码器和显示器的功能。二、仪器设备 1.THD 4 数字电路实验箱 1 台 2.MF 10 型万用表或数字万用表 1台 3.KENWOOD CS4125A 20MHz 2 通道示波器 1 台 三、实验原理简述 1 中规模四位二进制计数器（十六进制计数器）74LS61 74LS61 具有预置数、异步置零和保持等功能，其功能表及管脚如图 8-1 所示。图中：LD为置 数端；D0D3为数据输入端；C 为进位输出端；RD为异步清零（复位）端；EP 和 ET 为工作状 态控制端（使能端）；QAQD为数据输出端；CP 为计数脉冲。

22、根据RD和LD的功能，可用清零法和置数法实现小于十六进制的任意进制计数器。2.中规模 4 位双向移位寄存器 74LS194 移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器。是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下 依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器。只需要改变左、右移的控制信号便可 实现双向移位要求。根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。本实验选用的 4 位双向通用移位寄存器，型号为 74LSI94，其功能表及管脚如图 8-2 所示。其中 CP RD LD EP ET 工作状态 X 0 X X X 置零 1 0 X X 预置数 X 1

23、 1 0 1 保持 X 1 1 X 0 保持（但 C=0）1 1 1 1 计数 16|15|14|13|12 11|10|9 UCC C QA Q QC CD ET LD 74LS161 R D CP Do D1 D2 D3 E P G ND 1 2 5 6 8 的功能表及管脚 图 8-1 74LS16Do、Di、D2、D3为并行输入端；Qo、Qi、Q2、Q3为并行输出端；DIR为右移串行输入端，DIL为左 移串行输入端；0、So为操作模式控制端；RD为直接无条件清零端；CP 为计数脉冲输入端。74LS94 有 5 种不同操作模式：即并行送数寄存，右移（方向由 Qof Q）,左移（方向由 Q3

24、Qo）,保 持及清零。Si、So和RD端的控制作用见下表。16|15|14|13|12|11|10 9 U CC Qo Q1 Q 2 Q 3 CP S1 So 74LS194 RD D IR D 0 D1 D 2 D 3 D IL GND 1 2 I 3 1 4 1 5 1 6 7 8 功能 输 入 输 出 CP RD S1 So DIR DIL DO D1 D2 D3 Qo Q1 Q2 Q3 清除 X 0 X X X X X X X X 0 0 0 0 送数 1 1 1 X X a b c d a b c d 右移 1 0 1 DIR X X X X X DIR Qo Q1 Q2 左移 1

25、1 0 X DIL X X X X Q1 Q2 Q3 DIL 保持 f 1 0 0 X X X X X X Qo Q1 Q2 Q3 保持 J 1 X X X X X X X X Qo Q1 Q2 Q3 图 8-2 74LS194 的功能表及管脚 四、预习要求 1.复习 74LS161 和 74LS194 芯片的管脚和功能。2 根据实验要求设计电路。3.熟悉 THD-4 数字电路实验箱的使用，设计好实验步骤。五、内容和步骤 1.测试 74LS161 的逻辑功能 按图 8-1 管脚图，接通+5V 直流电源。将复位端 RD、置数端LD、数据输入端 D3、D2、D1、Do分别接逻辑电平输出插孔，输出端

26、 QD、QC、QB、QA接 LED 译码显示器的输入插孔 D、C B、A;进位端 C 接逻辑电平显示插孔，计数脉冲由单次脉冲源提供。按图 8-1 中功能表的内容逐项测试 并判断该芯片的功能是否正常。结果记入自拟表格中。2.利用 74LS161 芯片连接成十进制计数器 将输出端 QA、QB、QC、QD接至逻辑电平显示插孔，在 CP 端加入计数脉冲，显示输出状态正确 后，将输出接至译码显示器的输入端 D、C、B、A,即可译出相应的数码并显示出来。3.测试 74LS94 的逻辑功能 按图 8-2 管脚图，接通+5V 直流电源。将 RD、Si、So、DIL、DIR、DO、DI、D2、D3分别接至逻辑

27、电平输出插孔；QO、Qi、Q2、Q3接逻辑电平显示插孔，CP 端接单次脉冲源。按图 8-2 中功能表的内 容逐项进行测试。()清除：令RD=0,其它输入均为任意态，这时寄存器输出 QO、Q1、Q2、Q3应全为 0。测试 完毕后，置RD=1。(2)送数：令RD=SI=SO=1，送入任意 4 位二进制数，女口 DoD1D2D3=abcd，加 CP 脉冲，观察CP=0、CP 由 0T1、CP 由 1T0 三种情况下寄存器输出状态变化是否发生在 CP 脉冲的上升沿。(3)右移：清零后，令 RD=1,S1=0,S=1，依次由右移输入端 DIR送入二进制数码如 0100，由 CP 端连续加 4 个脉冲，观

28、察输出情况，记入下表中。(4)左移：先清零或予置，再令 RD=1,Si=1,S0=0,依次由左移输入端 DIL送入二进制数码 如 1111,连续加四个 CP 脉冲，观察输出端情况，记入下表中。(5)保持：寄存器予置任意 4 位二进制数码XXXX，令 RD=1,S1=S=0,加 CP 脉冲，观察 寄存器输出状态，记入下表中。清除 模 式 时钟 串 行 输 入 输 出 RD S1 SO CP DIL DIR DO D1 D2 D3 QO Q1 Q2 Q3 0 X X X X X X X X X 1 1 1 X X 1 0 1 X 0 X X X X 1 0 1 X 1 X X X X 1 0 1

29、f X 0 X X X X 1 0 1 f X 0 X X X X 1 1 0 f 1 X X X X X 1 1 0 f 1 X X X X X 1 1 0 f 1 X X X X X 1 1 0 f 1 X X X X X 1 0 0 f X X X X X X 4 利用 74LS194 中规模双向移位寄存器使八个灯从左至右依次变亮，再从左至右依次熄灭，应 如何连线在实验箱上搭接逻辑电路并验证设计结果。选做内容：综合性实验四人抢答电路的实现 利用 D 触发器设计四人抢答电路，画出电路原理图及芯片实现图，并在实验箱上搭接逻辑电路 验证设计结果。六、实验报告要求 画出逻辑电路，总结各芯片的功能

30、。实验九 555 定时器及其应用、实验目的 1 熟悉 555 定时器的电路结构、工作原理及其特点。2.掌握 555 定时器的基本应用。、仪器设备 1.THD 4 数字电路实验箱 2.MF 10 型万用表或数字万用表 1台 3.KENWOOD CS4125A 20MHz 2 通道示波器 1 台 三、实验原理及参考电路 555 定时器是一种数字和模拟混合的集成电路，其内部结构和管脚见图 9-1。图 9-1 555 定时器内部结构及管脚 1.555 定时器的工作原理 555 定时器含有两个电压比较器，一个 SR 锁存器，一个放电管 TD比较器的参考电压由三只 5kQ O 的电阻器构成的分压器提供。它

31、们分别使高电平比较器 G 的同相输入端和低电平比较器 C2 的反相 2 1 输入端的参考电平为 UCC和-UCC。G 与 C2的输出端控制 SR 锁存器状态和放电管状态。其功能表 3 3 见表 9-1 o RD是复位端（4 脚），当RD=0 时，555 输出低电平。平时 RD端开路或接 Ucc。2 UCO是控制电压端（5 脚），平时输出UCC作为比较器 G 的参考电平，当 5 脚外接一个输入 3 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 个区的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。表 9-1 输 入 输 出 U CO 55K

32、 J UR1 UI1 (TH)5K 2 UI2(TR)UR2 5K UOD L R Q G2 3 UO(DSC)7 阈值端 6 触发端 2 复位端 4 输出端 3 放电端 7 X X 0 0 导通 2.V 3U CC 1.V 3U CC 1 1 截止 2 U CC 3 1 77 U CC 3 1 0 导通 2,V 3U CC 1,3U CC 1 不变 不变 2.555 定时器的典型应用 用 555 定时器外接电容、电阻元件时，实现单稳、双稳、多谐振荡器、施密特触发器等基本电 路。还可以接成各种应用电路，如变音信号发生器、电子门铃等。四、预习要求 1复习有关 555 定时器的工作原理及其应用。2

33、.拟定实验中所需的数据、表格，准备方格纸。五、实验内容及步骤 用 555 定时器设计一多谐振荡器，要求输出频率为 1kHz,占空比为 50%，画出设计电路，计算 元件参数，记录输出波形。(输出信号的时间参数是：充电时间：TW1=(Ri+R2)CI 放电时间：TW2=2 C 1 i 44 振荡周期：T=TW1+TW2=(R1+2R2)G;振荡频率：f=“T(R+2 R?)C I W1 R1+R2 r 占空比 D=-=-，当 R2 R1时，占空比约为 50%。I 1，1+2 R 2 振荡周期、占空比仅与 R1、R2和 C1有关，不受电源电压变化的影响。改变 R1、R2,即可改变 占空比。改变 G

34、时，只单独改变周期，而不影响占空比。同时要求 R1与 R2均应大于或等于 1kQ,但 R1+R2应小于或等于 3.3MQ。)六、实验报告要求 1.绘出观测到的波形。2.分析、总结实验结果。3.在多谐振荡器电路中，是否能输出锯齿波电压应怎样连接 实验十 直流稳压电源综合实验、实验目的 1.熟悉单相半波整流、全波整流及桥式整流电路的特点和区别。2.观察电容器的滤波作用。3.掌握分立元器件稳压电路与集成稳压电路的原理及测量方法。、仪器设备 1.TPE-A3 模拟电路实验箱 2.YB1602P 系列功率函数信号发生器 或 EM1652 系列数字信号源 1 台 3.KENWOOD CS4125A 20M

35、Hz 2 通道示波器 1 台 4.NY4520 型双通道交流毫伏表 三、实验原理及参考电路 直流稳压电源组成框图如图所示。220V 交流电压 U1经过电源变压器降压后为交流电压 U2,再经过整流电路、滤波电路及稳压电 路，在输出端得到需要的、稳定的直流电压。1.整流电路 整流电流是利用二极管的单相导电性，将交流电压变为单向的脉动的直流电压。有以下三种:2)单相全波整流电路 电路如图 10-1(b)所示。整流输出电压平均值 U=U1 220V 1)单相半波整流电路 电路如图 10-1(a)所示。整流输出电压平均值 U=通过负载的直流电流10 U。RL 0.45匕 RL 二极管截止时所承受的最大反

36、向电压 UDmax 2U0 1.41U0 通过负载的直流电流10 U。RL 0.9 U2 RL 二极管截止时，每个二极管承受的最大反向电压 UDmax 2 2U。2.82U 0 Uo D1 (3)单相桥式全波整流电路 电路如图 10-1(c)所示。整流输出电压平均值 Uo=通过负载的直流电流I0 也 0.9士 RL RL 二极管截止时，每个二极管承受的最大反向电压 UDmax、2U0 1.41U0 在单相桥式整流电路的变压器中，只有交流电流流过；而在半波和全波整流电路中，均有直流 分量流过。因此，单相桥式整流电路的变压器效率较高，总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源中。2.

37、滤波电路 经过整流电路得到的输出电压，因为脉动较大，因此需要利用电感或电容等储能元件，滤去输 出电压中的纹波。小功率稳压电源中常使用电容滤波电路，其电路如图 10-2 所示。在整流电路的内阻不太大，时间常数 T=RC (35T/2 时，电容滤波电路的负载平均电压 U0=,1 1 2U 流经二极管的平均电流 I。-IL-，二极管承受的最大反向电压 U D max 2U 0。因此，电 2 2RL 容滤波电路的优点是：电路简单，输出电压纹波较小，负载平均电压较高；其缺点是：输出电压受 电网电压和负载变化的影响较大，输出不稳定，因此，仅适用于负载电压较高，且负载变动不大的 场合。3.稳压电路 1)稳压

38、管稳压电路 RP 100 Q R 51 Q 是利用稳压二极管的稳压特性，达到稳定输出电压的目的。电路如图 10-3 所示。电阻 R 为限流电阻，起保护稳压管的作用。输出电压 Uo等于稳压管的稳定电压 Uz。稳压电路的工作原理：负载不变，当电网电压升高使电压 U|增大时，输出电压 U0也随之增大。根据稳压管反相特性，IDZ的急剧增加，使得 IR增大，电阻 R 上的压降增大，抵消了 UI的升高，从而 保证了输出电压 U0基本不变。电网电压降低时，其变化与上述过程相反。同理，如果电网电压不变 而负载发生变化时，也将起到稳定输出电压的目的。2)分立元件串联型稳压电路 分立元件构成的串联型稳压电路如图

39、10-4 所示。它由基准电压源、比较放大电路、调整电路和 采样电路四部分组成。其工作原理是：当电源或负载变动而使 U0降低时，由于取样电阻 R5的分压作用使 VT3基极电压 降低，则VT3集电极电位升高，因 VT3集电极与 VT2基极相连，从而导致 VTi管压降减小，使输出电压 有所回升，使 U0得到补偿。反之 U0升高时，降 VT1管压降增大，使 U0减小，从而保证输出电压基 本稳定。输出电压 U0 0RP一(U z UBE)R5 输出电压最大值 U max R4 Rpmax 05(Uz UBE)R5 输出电压最小值 U0mix 04一(Uz U BE)R5 4 三端集成稳压器 1)三端固定

40、输出集成稳压器 三端固定输出集成稳压器的输出电压是固定的，使用时不能调节电压大小。其外形与管脚如图 10-5(a)所示。常用的有 W7800 和 W7900 系列。W7800 系列输出正极性电压，一般有 5、6、9、V O 2 2 MD2 HL 100 Q 图 10-4 串联稳压电路+4 D$3 D 12、15、18、24V 共七个档位，输出电流最大可达 1.5A（加散热片）。同类型的 78M 系列稳压器的 输出电流为 0.5A,78L 系列为 0.1A。W7900 系列输出负极性电压。图 10-5（b）所示为 78L05 集成稳 压器构成的一般应用电路，二极管起输出短路保护作用。三端固定输出

41、集成稳压器最大输出电压是 24V，为了得到可调的输出电压值，可利用图 10-5（C）所示电路。2）三端可调输出集成稳压器 三端可调集成稳压器的输出电压具有 37V（或 -37V）的连续可调范围，并且稳压精度高，输 出波纹小。常用的有 LM317（正电压输出）和 LM337（负电压输出）两种型号。其外形管脚图及应 用电路如图 10-6所示。输出电压：U0 1.25（1旦巴）R1 最大输入电压：UIN=40V 输出电压范围：U0=37V IN GNDOUT 图 10-5（a）三端集 成稳压器外形图 四、实验内容及步骤 1 整流电路 按图 10-1 所示，在实验箱上分别连接半波、全波和桥式整流电路，

42、用示波器观察 U2及 U0的波 形，并测量 U2及 U0的值，自拟表格。2 电容滤波电路 1）按图 10-2 所示电路连线，先不接负载电阻 RL,将电容 Ci和 C2分别接入电路中，用示波器观 察输出 Uo的波形，并测量其值。2）接入负载电阻，取 RL=1k，重复上述实验，并记录。3）改变 FL=150Q，重复上述测量。测量 条件 R_=m RL=1k R_=150Q C1=10uF C2=4710uF C1=10uF C2=4710uF C1=10uF C2=4710uF U0 U0波形 3 稳压管稳压电路 按图 10-3 连接实验电路。1）电源输入电压不变，测量负载变化时电路的稳压性能 改

43、变负载电阻 RP使负载电流 lL=1mA、5mA、10mA，分别测量 Uo、UR、Io、IR，计算电源输出电 阻 r=U0/IL 测量条件 U0 UR IR 计算 r0 lL=1mA 012=lL=5mA|L=10mA 023 2）负载不变，测电源电压变化时电路的稳压性能 断开整流电路，将 UI接可调直流电压源用来模拟 220V 交流电压的变化。先把直流电压源调至 AD OUTIN Di 10V,然后改变为 8V、12V,按表中内容测量，计算稳压系数 UI U0 ILR IR S 10V 512=513=8V 12V 4 分立元件串联型稳压电路 1）按图 10-7 连接实验电路。断开负载 RL

44、,使稳压电路处于空载状态，将直流电压源输出调至 9V 接到 UI端，调电位器 RP的阻值，使 Uo=6V,测量各三极管的静态值，记录下表中。图 10-7 串联型稳压电路 2）调电位器 RP的阻值，观察输出电压 U0的调节范围，记录其最大和最小值。记录下表中。各三极管的静态值 输出电压 U0的调节范围 UB1 UB2 UE3 U max U0mi n 3）测量电源稳压特性 使稳压电路处于空载状态，调电位器 Rp的阻值。为模拟电网电压波动，将 UI由 8V 变为 10V,测出 U0,计算稳压系数。UI=9V 不变，调负载电阻 RL的阻值，测量负载电流由空载时的 IL=0 变化到额定值 lL=100

45、mA 时的 输出电压 U0的变化量，并计算电源内阻。负载不变，改变电源输入电压时 电源输入电压不变，改变负载电阻时 UI U0 S IL U0 r0 8V 0 10V 100mA 4）测试输出的纹波电压 纹波电压时指在额定负载下，输出电压中所含的交流分量的有效值（或峰值）。按图 10-4 连接 实验电路，在负载电流 lL=100mA 的条件下，用示波器观察稳压电路输入和输出中的交流分量 U0,并 用交流毫伏表测量交流分量的大小。5 三端集成稳压器 1）分别按图 10-5（b）和（c）电路连线，测试由 78L05 集成稳压器构成的固定输出和可调输出 Uo/Uo UI/UI VT1 R2+C2 47uF 1.5Q R3 1kT-1 VT3 屈 VL2F RP 330 Q R4 24 Q+R5 220Q C3 100uF 1?RL 100Q 470uF VT2 的稳压电源输出电压 Uo。2）按图 10-8 连接由 LM317L 构成的三端可调稳压器电路。UI接 12V 直流电压，调节 输出电压的范围。五、实验报告 2根据实验结果比较几种稳压电路的优缺点。图 10-8 三端可调稳压器应用电路 I max 讦 100mA RP1，测量 1 整理实验数据,根据数据验证相应的公式。