电子技术实验指导��

电工电子基础教研室� 编�

 

 

 

 

 

北华航天工业学院电子工程系�

2012.1

前 言

电子技术基础是实践性很强的技术基础课，实验教学和理论教学具有同等重要地位。为了适应

教学改革的要求，必须加强实践环节的教学，提高学生独立分析、解决实际问题的能力，培养具有

工程实践和创新能力的应用型人才。结合我校电工电子实验室建设和电工电子实验教学体系改革的

实际情况，出于从整体上提高电子技术基础实验教学质量的目的，我们编写了这本指导书。本书可

作为电子信息、自动化、通信工程专业或其他相近专业在电子技术实验方面的教材。

本书包括电子技术实验基础知识、模拟电子技术实验、数字电子技术实验和附录四个部分。其

中模拟电子技术实验共 11 个，实验内容参考康华光主编的《电子技术基础（模拟部分）第四版》（高

等教育出版社）安排，包括：常用仪器使用、三极管放大电路的设计与调试、差分放大电路、负反

馈放大电路、集成运算放大器的线性应用、非正弦信号产生电路、RC 正弦波振荡器的设计、OTL

功率放大器、直流稳压电源的设计等。数字电子技术实验共 8 个，实验内容参考阎石主编的《数字

电子技术基础（第五版）》（高等教育出版社）安排，包括：门电路逻辑功能及参数测试、编码、译

码与显示、数据选择器、加法器、触发器、计数器、移位寄存器、555 定时器的应用和 A/D 和 D/A

转换器等。

本书实验内容的安排遵循由浅到深，由易到难的规律。考虑不同层次需要，既有测试、验证性

的实验内容，也有设计、研究性的内容。应外有些选做部分实验只提供设计要求及原理提示，由学

生自己完成设计方案选择、实验步骤及记录表格的设计等，可以充分发挥学生的创造性和主动参与

实验的积极性。在教学中，教师可根据不同专业的教学要求和学时分配情况，灵活地选择不同的实

验内容。

本书实验内容全部经过实际测试和检验。模拟电子技术实验部分由毕亚军编写，数字电子技术

实验部分由张洁编写，电工电子基础教研室全体教师均参与了对实验设备和实验内容的调试与验证。

由于编者水平有限，缺点和错误在所难免，敬请指正。

目 录

第一章 电子技术实验基础知识 ................................................................................................................. 1

1.1 电子技术实验的性质与任务 .......................................................................................................... 1

1.2 电子技术实验的基本要求 .............................................................................................................. 1

第二章 模拟电子技术实验 ......................................................................................................................... 4

2.1 实验一 常用电子仪器的使用 ...................................................................................................... 4

2.2 实验二 三极管共射极放大电路的特性测试 .............................................................................. 8

2.3 实验三 三极管放大电路的设计与调试 .................................................................................... 13

2.4 实验四 差分式放大电路的性能研究 ........................................................................................ 17

2.5 实验五 负反馈放大电路的研究 ................................................................................................ 21

2.6 实验六 集成运算放大器的线性应用研究 ................................................................................ 25

2.7 实验七 RC 桥式正弦波振荡电路.............................................................................................. 28

2.8 实验八 非正弦信号产生电路 .................................................................................................... 30

2.9 实验九 OTL 功率放大电路 ....................................................................................................... 32

2.10 实验十 有源滤波器 .................................................................................................................. 35

2.11 实验十一 直流稳压电源 .......................................................................................................... 39

第三章 数字电子技术实验 ....................................................................................................................... 43

3.1 实验一 门电路逻辑功能及参数测试 ........................................................................................ 43

3.2 实验二 编码、译码与显示 ........................................................................................................ 48

3.3 实验三 数据选择器、加法器及其应用 .................................................................................... 54

3.4 实验四 触发器 ............................................................................................................................ 57

3.5 实验五 移位寄存器及其应用 .................................................................................................... 61

3.6 实验六 计数器及其应用 ............................................................................................................ 64

3.7 实验七 555 定时器及其应用 ..................................................................................................... 67

3.8 实验八 D/A 和 A/D 转换器 ....................................................................................................... 70

附� � 录........................................................................................................................................................... 75

附录 A UT60F 型万用表的使用....................................................................................................... 75

附录 B SFG-1023 型函数信号发生器的使用.................................................................................. 77

附录 C 交流毫伏表的使用 ............................................................................................................... 81

附录 D 示波器的使用 ....................................................................................................................... 82

附录 E SBL 数字电路实验产品介绍 ............................................................................................... 85

附录 F 常用集成电路引脚图............................................................................................................ 87

1

第一章 电子技术实验基础知识 

1.1 电子技术实验的性质与任务

电子技术是一门应用性、实践性很强的学科，实验在这一学科的研究及发展过程中起着至关重

要的作用。电子技术基础作为电气、电子信息类专业的重要技术基础课，实验是这一课程体系中不

可缺少的重要教学环节。通过实验手段，使学生获得电子技术方面的基础知识和基本技能，并运用

所学理论来分析和解决实际问题，提高实际工作的能力，对于正在进行本课程学习的学生来说是极

其重要的。

电子技术实验分为三个层次：

第一个层次是验证性实验。主要是以电子元器件特性、参数和基本单元电路为主，根据实验目

的、实验电路、仪器设备和较详细的实验步骤来验证电子技术的有关原理，从而进一步巩固所学的

基础知识和基本原理。

第二个层次是提高性实验。主要是根据给定的实验电路，由学生自行选择测试仪器，拟定实验

步骤，完成规定的电路性能指标测试任务。

第三个层次是设计性实验。学生根据给定的实验题目、内容和要求，自行设计实验电路，选择

合适的元器件并组装实验电路，拟定调整、测试方案， 后使电路达到设计要求。设计性实验可以

培养学生综合运用所学知识和解决实际问题的能力。

电子技术实验的基本任务是使学生在基本实验知识、基本实验理论和基本实验技能三个方面受

到较为系统的训练，逐步培养他们善于实验能力和乐于实验意识，成为能够把理论知识与实践相结

合的应用型人材。

电子技术实验内容极其丰富，涉及的知识面很广，并且还在不断充实、更新。在整个实验过程

中，对于示波器、信号发生器等常用电子仪器的使用方法；频率、相位、脉冲波形参数和电压、电

流的平均值、有效值、峰值以及各种电子电路主要技术指标的测试技术；常用元、器件的规格与型

号，单元电路的设计、组装与调试技术，以及实验数据的分析、处理能力等，都是需要着重掌握的。

1.2 电子技术实验的基本要求

电子技术实验的内容广泛，每个实验的目的、步骤也有所不同，但基本过程却是类似的。为了

达到实验的预期效果，要求实验者做到：

1.2.1 实验预习

为了避免盲目性，使实验过程顺利进行，每个实验者实验前都要做好以下几方面的实验准备：

1.阅读实验指导书，明确实验目的、任务，了解实验内容。

2.复习教材有关理论知识，熟悉实验原理和方法，认真完成所要求的电路设计等任务。

3.根据实验内容拟好实验步骤，选择测试方案，掌握所用仪器的使用方法。

2

4.对实验中应记录的原始数据和待观察的波形应先列表待用。

1.2.2 实验准备

上好实验课并严格遵守实验操作规则是提高实验效果、保证实验质量的重要前提。在按要求开

始本次实验之前，应做好以下准备工作：

1.进入电子技术实验室后，首先要按照要求进行实验登记，以备审核。

2.检查实验台上交、直流电源和实验所需的元器件、仪器仪表等是否齐全且符合要求，检查各

种仪器面板上的旋钮，使之处于所需的待用位置。

3.对照实验电路图，对实验电路板上的元器件和接线进行仔细的寻迹检查，检查各引线有无接

错，各元器件及接点有无漏焊、假焊，并注意防止碰线短路等问题。经过认真仔细检查，确认安装

无差错后，方可按正确的接线规则把实验电路板与电源和测试仪器接通。在完成实验电路和仪器仪

表的连接之前，切勿随意打开电源开关。

1.2.3 实验的操作规程

与其他许多实践环节一样，电子技术实验也有它的基本操作规程。工程、科研人员经常要对电

子设备进行安装、调试和测量，因此，要求同学们一开始就应注意培养正确、良好的操作习惯，并

逐步积累实验经验，不断提高实验水平。

1.实验仪器的合理布局

实验时，各仪器、仪表和实验对象(如实验板或实验装置)之间应按信号流向，并根据连线简捷、

调节顺手、观察与读数方便的原则进行合理布局。输入信号源 好置于实验板的左侧，测试用的示

波器与万用表置于实验板的右侧，实验用的直流电源放在中间位置。

2.正确的接线规则

仪器和实验板间的接线要用颜色加以区别，以便于检查，如电源线(正极)常用红色，公共地线(负

极)常用黑色。接线头要拧紧或夹牢，以防接触不良或因脱落而引起短路。

电路的公共接地端和各种仪表的接地端应连接在一起，既作为电路的参考零点(即零电位点)，

同时又可避免引起干扰。

信号的传输应采用具有金属外套的屏蔽线，而不能用普通导线，并且屏蔽线外壳要选择一点接

地，否则有可能引进干扰而使测量结果和波形异常。

3.注意人身和仪器设备的安全

为了确保人身安全，在调换仪器时必须切断实验箱的电源。另外，为防止器件损坏，通常要求

在切断实验电路板上的电源后才能改接线路。仪器设备的外壳应良好接大地，防止机壳带电，以保

证人身安全。在调试时，要逐步养成用右手进行单手操作的习惯，并注意人体与大地之间有良好的

绝缘。

爱护仪器设备，确保实验仪器和设备的安全在仪器使用过程中，不必经常开关电源，因为多次

开关电源往往会引起冲击，结果使仪器的使用寿命缩短。切忌无目的地随意扳弄仪器面板上的开关

和旋钮。实验结束后，通常只要关断仪器电源和实验台的电源，而不必将仪器的电源线拔掉。要注

意仪表允许的安全电压或电流，切勿超过!当被测量的大小无法估计时，应从仪表的 大量程开始测

试，然后逐渐减小量程。

3

1.2.4 实验报告的编写

1．为避免盲目性，参加实验者应对实验内容进行预习，明确实验目的和要求，掌握实验电路的

基本原理，初步计算实验结果，写出预习报告。实验前教师要检查预习情况，并对学生进行提问，

预习不合格不得进行实验。

2．实事求是的科学态度认真做好各次实验。在实验过程中，对读测的各种实验原始数据应按实

际情况记录下来，不应擅自修改，更不能弄虚作假。对测量结果和所记录的实验现象，要会正确分

析与判断，不能对测量结果的正确与否一无所知，以致出现因数据错误而重做实验的情况。如果发

现数据有问题，要认真查找线路并分析原因。数据经初步整理后，经指导教师审阅同意后才能拆除

线路，清理现场。

3．实验报告的主要内容包括以下几个方面：

实验目的。

实验设备与器件

实验原理电路和测试方法。

实验步骤以及实验原始数据、波形和现象。

实验结果分析及问题讨论，包括：理论计算与实测结果是否相同，如果不同分析产生误差

的原因是什么；记录实验中产生故障的情况，说明排除故障的过程和方法；回答预习中提

出的问题等。

收获和体会，改进实验方法的建议。

在编写实验报告时，常常要对实验数据进行科学的处理，才能找出其中的规律，并得出有用的

结论。常用的数据处理方法是列表和作图。实验所得的数据可分类记录在表格中，这样便于对数据

进行分析和比较。实验结果也可绘成曲线直观地表示出来。在作图时，应合理选择坐标刻度和起点

位置(坐标起点不一定要从零开始)，并要采用方格纸绘图。当标尺范围很宽时，应采用对数坐标纸。

另外，在波形图上通常还应标明幅值、周期等参数。

实验报告撰写要求书写工整，文理通顺，符号标准，图表齐全，讨论深入，结论简明。

4

第二章 模拟电子技术实验 

2.1 实验一 常用电子仪器的使用

2.1.1 实验目的

1．掌握万用表、示波器、信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表等常用仪器的正确使用方法。

2．掌握电子技术实验中基本电量的测量方法。初步掌握用示波器观察信号波形和测量波形参数

的方法。

3．熟悉电子技术实验台的结构和使用方法。

2.1.2 实验设备与器件

1．直流稳压电源；

2．函数信号发生器；

3．交流毫伏表；

4．双踪示波器；

5．万用表

2.1.3 基本知识

在电子技术实验中，经常要用到各种仪器仪表，常见的有：直流稳压电源、函数信号发生器、

交流毫伏表、万用表和示波器等。在实验中它们的功能如表 2.1 所示。

表 2.1 常用仪器仪表的作用

名 称 作 用

直流稳压电源 为实验电路提供电源。

函数信号发生器 为电路提供频率、幅值可调的各种周期性输入信号（如正弦波、方波、三角波等）

示波器 用于观察电路中各点的波形，以监视电路是否正常工作；同时还可用于定量测量

波形的周期、频率、幅值及相位等特性。

交流毫伏表 用于测量电路交流输入、输出信号的有效值。

万用表 用于测量电路交直流电压或电流，测量电阻以及其他常见电路参数。

利用这些仪器仪表，可以完成对电子电路各种性能参数的测试。

1．电压的测量

（1）直流电压的测量

直流电压可利用万用表进行测量，测量时应注意电压的极性和量程的选择。一般来讲，万用表

的红表笔接直流电压的高电位端（即“+”极），黑表笔接电压的低电位端（即“-”极或“地”端）。

测量时应预先估计被测直流电压的范围并选择万用表合适的量程，如不能确定被测信号的大致范围，

5

则应将万用表置于 高量程，然后在测量过程中选择合适的量程。对于某些型号 (如 UT60 系列) 的

万用表，也可用自动量程功能（AUTO）。

（2）正弦交流电压有效值的测量

对于正弦交流电压，在实验中一般测量其有效值。常用交流毫伏表来测量正弦交流电压的有效

值。模拟式电子电压表的金属机壳为接地端，另一端为被测信号输入端。因此，在实验中应特别注

意，这种表一般只能测量电路中各点对地的交流电压，不能直接测量任意两点间的电压值。为了防

止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程 大位置处然后在测量中逐挡减小量程。

（3）用示波器测量交流电压幅值

某些场合需要测量正弦电压的幅值或峰-峰值，可用示波器进行测量。示波器测量交流电压的主

要测量步骤如下：

① 将待测信号送至示波器垂直输入端；输入耦合开关置于“AC”位置；

② 调整垂直灵敏度开关于适当位置，微调旋钮顺时针旋到头(校正位置)。注意屏幕上所显示的

波形不要超出垂直有效范围；

③ 分别调整水平扫描速度开关和触发同步系统的

相关开关，使屏幕上能稳定显示 1 至 2 个周期的波形。

④ 被测信号电压的峰值为波形在垂直方向上所偏

移距离的 1/2 乘以垂直灵敏度指数。经换算可得到有效值。

例如：假设在图 2.1 中，示波器的垂直灵敏度开关置

于 cm/V2 ，则此正弦波 A 的峰值 mV 为 V422m V ，

有效值为 V828.22

4V 。

2．周期和频率的测量

在实验中经常用示波器来测量信号的时间参数，如信号的周期或频率、信号波形的宽度、上升

时间或下降时间、信号的占空比等。 对信号周期的测量是以时基单位（时间/div）来表示的。将被测信号输入示波器，调节的示波管

时间扫描刻度旋钮，并把扫描时间微调置于校准位置“CAL’’，使荧光屏上至少显示一个完整的周期。

被测信号的周期 XT 等于时基单位刻度乘以一个周期信号在荧光屏上所占格数。

在实验室中，还可利用示波器对信号的周期和频率进行简单测量。在示波器的 X、Y 输入端分

别输入两个正弦电压信号，当两电压信号的频率成整数比时，光点将形成一个特殊形状的轨迹，称

为李萨如图形，其形状由两信号频率比及相位差决定。频率比不同的输入将形成不同的李萨如图形。

图 2.2 1:2: xy ff 的李萨如图形 图 2.3 频率比成简单整数比值的李萨如图形

图 2.1 用示波器测量交流电压

U Y

t0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 5

0 2

3 7

6 8

0 1

2

3 4 5

6

7 8t

U X

（ ） a （ ） b

（ ） d

（ ） c

（ ） e （ ）f

ff

y

x

=11

ff

y

x

=21

ff

y

x

=12

f

fy

x

=31

f

fy

x

=32

f

fy

x

=43

6

图 2.2 所示为 1:2: xy ff 的李萨如图形。图 2.3 是频率比为简单整数比值的几组李萨如图形。从

中可得出如下规律：如果作一个限制光点 X、Y 方向变化范围的假想框，则图形与此框相切时，水

平切点数与竖直切点数之比恰好与频率成反比，即 xyxy nnff :: 。但若出现图（b）或（f）所示的

图形，有端点与假想边框相接时，应把一个端点计为 1/2 个切点。利用李萨如图形能方便地比较两

正弦信号的频率。若已知其中一个信号的频率，数出图上的切点数 xn 和 yn ，就可计算出未知频率。

2.1.4 实验内容及步骤

1．直流稳压电源和万用表的使用练习

电子技术实验台提供直流稳压电源，可输出±5V 及±12V 直流电压和 0～25V 连续可调的直流

电压。注意区分输出直流电压的正负极性。

接通实验台电源，用万用表分别测量±5V 及±12V 直流稳压电源输出电压值。调节 0～24V 直

流稳压电源，使其分别输出+10V、+15V 直流电压，用万用表测量其电压值。将测量结果填入表 2.2。

表 2.2 直流电压测量

稳压电源输出电压值（V) ＋5 －5 ＋12 －12 ＋10 ＋15

直流电压表测量值（V）

2．函数信号发生器及示波器使用练习

将信号发生器输出电压接至示波器输入端，使示波器的荧光屏上显示出信号波形。分别调节示

波器的垂直和水平扫描的各旋钮，体会这些旋钮的作用以及对输入信号波形的形状和稳定性的影响。

分别改变信号的幅值和频率，重复调节并加以体会。

3 交流电压的测量

（1）测量交流信号电压峰值和有效值

调节函数信号发生器使其输出频率为 Hz1k 、电压峰值分别为 V1.0 、 V2 的正弦信号。将信号连

接至示波器，将示波器“可变衰减旋钮”微调旋钮顺时针旋到头（调到“校准”位置），此时垂直电

压灵敏度选择开关“V/div”所在挡位的刻度值表示着屏幕上纵向每格的伏特数。根据屏幕上波形高

度所占的格数，读出电压峰值大小。同时用交流毫伏表测量其输出电压有效值。将测量结果记录于

表 2.3 中。

表 2.3 测量交流电压峰值和有效值

电压峰值 Vm（V） 电压有效值（V） 示波器 V/div 所在档位 峰-峰波形高度（格） 峰-峰电压 VP-P（V）

0.1V

2V

（2）测量信号周期

调节函数信号发生器，输出幅值一定的正弦信号。将信号连接至示波器，将示波器“扫描速度”

可变旋钮旋至“校准”位置（顺时针旋到底），此时扫描速度选择开关“t/div”所置档位的刻度表示

屏幕上水平轴每格的时间值。改变信号频率，根据屏幕上所显示波形在水平轴上所占格数可读出信

号周期，将测量结果记入表 2.4 中。为了保证测量精度，通常要求一个周期在水平方向上应占足够

的格数，也就是应将“扫描速度选择”开关置于合适档位。

7

表 2.4 示波器测量正弦信号周期

信号频率（Hz） 50 1k 100k

t/div 所置刻度值

一周期所占水平格数

信号周期 T(ms)

2.1.5 实验预习要求

1．认真阅读实验指导，了解万用表、示波器以及信号发生器的使用方法；

2．熟悉电子技术实验中常用的测量方法

2.1.6 实验报告要求

1．整理实验数据，分析实验结果，写出实验报告；

2．认真思考以下问题并回答：

（1）若已有信号接到示波器输入端，但示波器荧光屏并无显示，可能的原因有哪些？

（2）如果示波器的显示不稳定，可能的原因有哪些：

（3）怎样用示波器定量地测量交流信号的电压有效值和频率？

8

2.2 实验二 三极管共射极放大电路的特性测试

2.2.1 实验目的

1．掌握三极管共射极放大电路静态工作点的测量和调节方法；

2．掌握三极管共射极放大电路动态工作性能的测试方法；

3．体会静态工作点的变化对放大电路动态性能的影响。

2.2.2 实验设备与器件

1．直流稳压电源；

2．函数信号发生器；

3．交流毫伏表；

4．万用表；

5．双踪示波器

6．元器件：三极管 3DG6，电阻、电容、电位器及开关若干

2.2.3 基本知识

1．放大电路的静态工作点

放大电路的静态工作点的设置是否合适，关系到放大电路能否正常、稳定地工作。因此，放大

电路的静态工作点的设置与调节是十分重要的。

静态工作点的选择对非线性失真的影响

由晶体管的输出特性曲线可知，当输入信号的幅度较小时，适当提高静态工作点电流会降低非

线性失真，但应以输出信号不进入饱和区为限；当静态电流相同时，输入信号的幅度越小，所产生

的非线性失真越小；

静态工作点对放大电路动态输出范围的影响

应使放大电路的静态工作点处于交流负载线的中央，这样可以获得 大的不失真输出，也可得

到 大的动态工作范围。

静态工作点对放大电路放大能力的影响

对于单管共发射极放大电路，其电压放大倍数为：

be

L

i

ov r

R

v

vA

'

， （ LCL RRR //' ） （2.2.1）

其中 ber 与静态工作电流有关：

)(

)(26)1(' mAI

mVrr

Ebbbe （2.2.2）

式中 'bbr 为晶体管基区体电阻，基本上不随工作电流变化； EI 是发射极静态工作电流。所以，静

态工作点的选择会影响放大电路的电压放大倍数。

（1）静态工作点的选择

静态工作点的选择，原则上应使放大电路产生的非线性失真 小，动态范围 大，并且尽可能

9

得到 大增益。在选择静态工作点时，应首先在负载上得到所需的幅值并满足关于非线性失真的要

求；在此基础上，尽可能地获得 大增益。

（2）静态工作点的设置

为了稳定静态工作点，一般采用基极分压式射极偏置电路来设置静态工作点，电路如图 2.4 所

示。这样的电路结构能使静态工作点有较高的温度稳定性。

（3）静态工作点的调节

描述静态工作点的参数是 CI ， BI 和 CEV ，一般可用数字式万用表测量。如果不满足要求，可调

整 1BR ，使其达到设计要求。在具体测试时，一定要考虑测试仪表对被测电路的影响，应注意下列问

题：

测试应在没有交变信号时进行；

测电流时为了不改动电路可用测电压的方法，再由电压换算为电流；

ivov

1C

2C1BR

2BR

LR

eR

CR CCV

C

图 2.4 分压偏置共射极放大电路

2．放大电路的动态性能

放大电路的动态性能主要包括放大电路的电压放大倍数 vA ，输入电阻 iR 和输出电阻 oR 等参数。

（1）电压放大倍数的测量

电压放大倍数的测量实质上是对交流输入电压 iv 与输出电压 ov 的有效值 iV 和 oV 的测量。将测得

的 iV 和 oV 值代入下式，则可得到电压放大倍数的大小：

i

ov V

VA （2.2.3）

（2）输入电阻的测量

放大电路输入电阻的大小，反映了放大电路消耗前级信号功率的大小，是放大电路的重要指标

之一。测试输入电阻的原理如图 2.5 所示。在放大电路的输

入回路中串联一个已知阻值的电阻 SR （一般以选择 SR 的

值接近 iR 为宜），加入交流信号源 Sv 后，在放大电路输入

端产生一个电压 iv 。

则 i

ii i

vR （2.2.4）

sv iv

sR

iRii

图 2.5 输入电阻的测试原理

10

而 R

vvi iSi

(2.2.5)

所以 SiS

ii R

vv

vR

(2.2.6)

可见，放大电路输入电阻的测量，实际上是通过测量串联在输入回路中已知电阻 SR 两端分别

相对于地的电压 sV 和 iV ，并对其进行计算求出其输入电阻 iR 。

（3）输出电阻的测量

放大电路输出电阻的大小反映了放大电路带负载能力的强弱。当放大电路与负载连接时，对负

载来说，放大电路就相当于一个有一定内阻 oR 的信号源，而这个等效信号源的内阻就是放大电路

的输出电阻。 oR 越小，放大电路的输出等效电路就越接近于恒压源，带负载的能力就越强。

放大电路输出电阻的测量电路如图 2.6 所示。设接入负载时的输出电压为 oLV ，输出端开路时的

电压为 oV 。

当接入负载 LR 时， o

oLso i

VVR

(2.2.7)

而 L

oLo R

Vi (2.2.8)

当不接负载时， os VV (2.2.9)

所以 LoL

o

L

oL

oLso R

V

V

R

VVV

R )1(

(2.2.10)

可见，放大电路输出电阻的测量，实际上是通过测量放大电路输出开路时的电压 oV 和接上负载

后的输出电压 oLV ，并进行计算求出输入电阻 oR 。

2.2.4 实验内容及步骤

实验原理电路如图 2.7 所示。

1．测量静态工作点

接通＋12V 电源，调节 WR ，使 mAIC 2 。因直接测量 CI 需要断开集电极回路，所以一般采用

电压测量法来换算成电流，即用万用表直流电压挡测得 CR 两端电压为 4.8V 即可。

sv

ov

iv

1C

2C

kRB

201

kRB

202

kRL

4.2

kRe

1

kRC

4.2

V

VCC

12

F

C

100

kRW

100

SR

k1

F10

F10

K

图2.7 共射极单管放大电路实验电路

设置好静态工作点后，用万用表直流电压挡分别测量基极 B、集电极 C 和发射极 E 的对地电位，

被测放大电

路

信号

源

＋ ＋

－ －sv

ovoRLR

oi S

oLv＋

－

图 2.6 输出电阻的测试原理

11

填入表 2.5。根据测量结果，计算放大电路的静态工作点。（按 100 计算）

表 2.5 静态工作点的测量

测量值 计算值

BV （V） CV （V） EV （V） BEV （V） CEV （V） CI （mA）

2．测量电压放大倍数

调节函数信号发生器，使之输出一个频率为 kHzf 1 ，有效值为 mVVi 10 （用交流毫伏表监测）

的正弦信号 iv ，将其接到放大电路的输入端（B 点）。同时用示波器观察放大电路的输出电压 ov 的波

形，在不失真的情况下，用交流毫伏表测量负载 LR 分别为 2.4K 和无穷大时输出电压 ov 的有效值 oV ，

计算放大电路的电压增益 vA ，并用示波器同时观察 ov 和 iv 的相位关系，把结果计入表 2.6。

表 2.6 电压放大倍数的测量

)( kRL )(VVo vA ov 和 iv 的相位关系

k4.2

3．测量输入电阻和输出电阻

静态工作点保持原状态不变（即 WR 不动），将频率为 kHzf 1 ，有效值为 mVVS 10 的正弦信

号 Sv 接入到 A 点，相当于在信号源和放大电路之间串入一个已知电阻 SR 。用交流毫伏表分别测量

SV （A 点）和 iV （B 点）。将结果记入表 2.7 中。按下式求 iR

RVV

VR

is

ii （2.2.11）

根据表 2 中测量结果，按下式求输出电阻 oR （ oV 为开路时的输出电压有效值， oLV 接负载后的

输出电压有效值），将结果记入表 2.7 中。

LoL

oo R

V

VR )1( （2.2.12）

表 2.7 输入电阻和输出电阻的测量

输入电阻（ )1 kRS 输出电阻（ )4.2 kRL

SV )(mV iV )(mV iR )( k oV )(mV oLV )(mV oR )( k

4．观察静态工作点对输出波形的影响

置 KRC 4.2 ， LR ， mVVi 10 ，调节 WR ，用示波器监视输出电压波形，使之分别出现饱

和失真和截至失真。测量出现失真时输出电压的有效值，计算电压增益，记入表 2.8；测量此时的

静态值 CI 和 CEV ，记入表 2.8 中。（注意测量 CI 和 CEV 时，应断开 iV ）。

表 2.8 静态工作点对放大电路输出波形的影响

静态工作点 测量条件 oV vA

CEV CI

饱和失真

L

C

R

kR 4.2

截至失真

2.2.5 实验预习要求

1．阅读教材中有关单管放大电路的内容；

12

2．掌握单管共射极放大电路静态工作点的设置以及各种动态指标参数的概念；

3．预习实验原理和测量方法，写出预习报告。

2.2.6 实验报告要求

1．记录并整理测量结果，并把测量值与理论值进行比较，分析产生误差的原因。

2．归纳总结实验内容（4）中静态工作点的变化对输出波形的影响。

3．认真思考以下问题并回答：

（1）若电路中基极偏置电阻 1BR 和 2BR 选取过小，将会对放大电路的静态性能和动态性能产生

什么影响？

（2）实验电路参数 Le RR , 及 CCV 的变化，对输出信号的动态范围有何影响？如果输入信号加大，

输出信号的波形将产生什么失真？

13

2.3 实验三 三极管放大电路的设计与调试

2.3.1 实验目的

1．掌握三极管放大电路的基本设计方法；

2．掌握三极管放大电路静态工作点的设置与调整以及电路参数的计算；

3．掌握三极管放大电路的安装与调试技能。

2.3.2 实验设备与器件

1．直流稳压电源；

2．函数信号发生器；

3．交流毫伏表；

4．万用表；

5．双踪示波器

6．元器件：三极管 3DG6，电阻、电容、电位器及开关若干

2.3.3 基本知识

1．三极管共射极放大电路的工作原理

三极管共射极放大电路的结构如图 2.8 所示。该电路的特点是采用分压式电流负反馈偏置电路

以稳定静态工作点 Q ，其工作原理为：当满足 BQII 1 时，利用偏置电阻 1BR 和 2BR 的分压作用可

使三极管基极电位 BQV 固定；当环境温度升高时，电路产生如下变化：

)( CQBQEQBQBEEQCQ IIVVVVI （2.3.1）

上述过程抑制了 CQI 的变化，从而获得稳定的静态工作点。

此电路能够实现静态工作点稳定需要满足以下条件。

（1） BQII 1

满足此条件时，可认为 BQV 是由电阻 1BR 和 2BR 对 CCV 的分压作用决定的。因为 CBOI 流过 1BR 和

ivov

1C

2C1BR

2BR

LR

ER

CRCCV

EC

1I

CQI

BQI

图 2.8 三极管共射极放大电路

14

2BR 时会影响 BQV ，而通常硅管的 CBOI 比锗管小，故硅管放大电路的电流 1I 可取小一些，一般取

（锗管）（硅管）

)20~10( )10~5(

1

1

BQ

BQ

IIII

（2.3.2）

（2） BQV 固定不变

由于 EQBQBE VVV ，所以要求 BEBQ VV 。但是 BQV 过大会导致 EQV 增大（ ER 取得较大），

从而引起 CEQV 减小而使放大电路的动态范围缩小。一般取 )10~5( BEBQ VV ，或根据经验公式取

)5/1~3/1( CCBQ VV ，即

（锗管）（硅管）

V 3~1 V 5~3

BQ

BQ

VV

（2.3.3）

2．三极管共射极放大电路参数的计算

当确定了放大电路的形式如图 2.8 所示后，可按照以下步骤计算电路中相关参数。

（1）根据（2.3.3）式选定 BQV 值，

（2）确定集电极电流 CQI 并计算 ER 。

一般情况下，对于小信号的放大， CQI 取 0.5 ~ 2A，由此可得：

CQ

BEBQ

CQ

EQE I

VV

I

VR

（2.3.4）

（3）确定偏置电阻 1BR 和 2BR 。

CQ

BQBQB I

V

I

VR

)10~5(12 （2.3.5）

21 BBQ

BQCCB R

V

VVR

（2.3.6）

（4）根据所需放大电路的增益 VA 计算 CR 。

为了便于电路的调试，计算 CR 时通常将 VA 扩大 20% ~ 50%。另外，由于 Co RR ，计算 CR 时

还会受到 oR 的限制，一般取 CR 比 oR 略小一些。由于

be

LCV r

RRA

// （2.3.7）

)mA(

mV)(26)1(200

)mA(

mV)()1('

EQEQ

Tbbbe II

Vrr （室温时） （2.3.8）

在（2.3.7）式中负号表示反相，计算 CR 时可不考虑负号，所以有

beV

LCL

rARRR

//' （2.3.9）

（5）校验参数

电路参数初步确定后，还要根据（2.3.10）校验三极管管压 CEQV 的值。以确定参数是否需要调

整，一般取 CEQV 略小于 2/CCV 。

)( ECCQCCCEQ RRIVV （2.3.10）

（6）选确定耦合电容和旁路电容的参数

三极管放大电路中耦合电容 1C 、 2C 和旁路电容 EC 的值会影响电路的低频特性。若电路的下限

截止频率已知，可根据以下表达式估算电容值。

15

)(2

1)10~3(1

beSL rRfC

（2.3.11）

)(2

1)10~3(2

LCL RRfC

（2.3.12）

)1

//(2

1)3~1(

beS

EL

E rRRf

C （2.3.13）

通常取 21 CC ，可从（11）和（12）式中选择电阻较小的一个进行计算作为耦合电容 1C 、 2C的取值。

3．三极管共射极放大电路的安装、调试与测量

（1）电路的安装

在实验台上用所给的元器件组装自己设计的电路，组装时尽量按照信号传输的顺序进行布线。

完成电路的安装后，接通预先调整好的直流电源。

（2）电路的调试

放大电路的调试与测量需要用到万用表、交流毫伏表、示波器和函数信号发生器。万用表可用

于测量电路的静态电压和电流；交流毫伏表用来测量放大电路输入、输出电压的有效值；示波器由

于观测放大电路的输入、输出电压波形；函数信号发生器用来给放大电路提供正弦电压输入信号。

特别需要指出的是，所有仪器的接地端都应与放大电路的地线相连接，即“共地”。

首先调节函数信号发生器，使之产生一个频率处于放大电路中频区的正弦信号，例如 kHz1f ，

mV10iV 的信号。将其接到放大电路的输入端。用示波器同时观察放大电路输入、输出信号，如

果输出信号出现如图 2.9（a）所示现象，即输出波形的顶部被压缩，说明静态工作点偏低，应增大

基极偏置电流 BQI ，即减小 1BR ；如果输出信号出现如图 2.9（b）所示现象，即输出波形的底部被削

波，说明静态工作点偏高，应减小电流 BQI ，即增大 1BR 。

通常用一个电位器 WR 和 1BR 串联以便调节。调节电位器 WR 可相应地改变电流 BQI ，使输出波

形不失真，如图 2.9（c）所示，表明电路的输出信号和输入信号之间是线性放大的。此时逐渐增大

输入信号幅值，如果出现输出波形顶部和底部几乎同时出现畸变，则说明静态工作点 Q 正好位于交

流负载线中间，输入信号的正半周和负半周都得到了 好的放大，此时电路的工作点为 佳静态工

作点。关闭信号发生器，移去输入信号，准备测量静态工作点。 （3）静态工作点的测量

不加输入信号，将放大电路输入端对地短接，即 0iV 。用万用表分别测量三极管的 B、E、C

极对地电位 BQV 、 EQV 和 CQV ，并计算 CQI 、 BQI 和 CEQV 。如果 CEQV 接近 CCV ，说明 Q 点接近截止

区，易发生截止失真；如果 V5.0CEQV ，说明三极管处于饱和区；如果 CEQV 为正几伏，说明三极

管工作在放大区。 （4）动态性能参数的测量

（a）截止失真 （b）饱和失真 （c）不失真

图 2.9 放大电路的波形变化

16

三极管放大电路的主要性能指标有电压增益 VA 、输入电阻 iR 和输出电阻 oR ，其测量方法参见

实验二中相关内容，不再赘述。

2.3.4 设计内容及步骤

1．设计任务

设计一个三极管共射极放大电路。要求： 30VA ， kRi 2 ， kRo 3 ， Hz30Lf ，

Hz500Hf ，电路稳定性良好。已知 VVCC 12 ， kRL 2 ， V10mVi 。

2. 实验步骤与测试内容

（1）掌握三极管放大电路的设计方法，根据已知条件和设计任务要求，确定电路参数并设置静

态工作点，并对所设计电路进行仿真。

（2）在实验板上安装所设计的放大电路，调整并测量静态工作点，使其满足设计要求，记录静

态参数。

（3）测试动态性能指标，调整并修改元件参数，使放大电路满足设计任务要求的性能指标。记

录调整后的元件参数以及电路的动态参数。

（4）完成设计性实验报告。

17

2.4 实验四 差分式放大电路的性能研究

2.4.1 实验目的

1．加深对差分式放大电路工作原理及特点的理解；

2．掌握差分式放大电路静态和动态参数的测试方法。

2.4.2 实验设备与器件

1.直流稳压电源 V12 ；

2.交流毫伏表；

3.双踪示波器；

4.函数信号发生器；

5.万用表；

6.元器件：三极管 9013×3，电阻、电容若干

2.4.3 基本知识

差分式放大电路是集成运算放大器的重要组成单元，它既能放大直流信号，也能放大交流信号。

由于差分式放大电路具有较强的放大差模信号、抑制共模信号和零点漂移的能力，常用来作为集成

运放的输入级。 图 2.10 是差分式放大电路的基本结构。调零电位器 PR 用来调节 1T 、 2T 管的静态工作点，当输

入信号 0iv 时，使得双端输出电压 0ov ，即抑制零点漂移。当开关 K 置于“1”时，构成典型差动

放大器。 ER 为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无反馈作用，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，可以有效地抑制共模。

当开关 K 置于“2”时，构成具有恒流源的差分式放大电路。由于三极管 3T 的交流等效电阻远

大于 ER ，可进一步提高差分式放大电路抑制共模信号的能力，使其具有更高的共模抑制比。

T1 T2

T3

B

A

1 2

1CI 2CI

EI

ov

iv

1bR

2bR

kRC

101

kRC

102

100 PR

kR

681

kR

362

kR

1.53

kRE

10

V

VCC

12＋

V

VEE

12

图 2.10 差分式放大电路

18

1．静态工作点的估算

典型差分式放大电路的静态工作情况为：

E

BEEEE R

VVI

， ECC III

2

121 （认为 021 BB VV ） （2.4.1）

对于具有恒流源的差分式放大电路，其静态工作情况为：

3

21

2

33

)(

R

VVVRR

R

IIBEEECC

EC

， 321 2

1CCC III （2.4.2）

2．差模电压放大倍数和共模电压放大倍数

差分式放大电路的基本功能是放大两个输入信号之差。差分式放大电路有两个输入端，分别接

输入信号 1iv 和 2iv 。双端输出时的输出信号为 ov ，在电路完全对称的理想情况下， ov 可表示为：

)( 21 iiVDo vvAv （2.4.3）

式中 VDA 即差分式放大电路的差模电压放大倍数。由上式可知，理想时差分式放大电路两输入端所

共有的任何信号对输出电压都不会有影响。但在一般情况下，实际的输出电压不仅取决于两个输入

信号的差模分量 idv ，而且还与两个输入信号的共模分量 icv 有关，它们分别表示为：

21 iiid vvv ， )(2

121 iiic vvv （2.4.4）

当用共模分量和差模分量表示两个输入电压时有：

idici vvv2

11 ， idici vvv

2

12 （2.4.5）

在差模信号和共模信号同时存在的情况下，对于线性放大电路来说，总的输出电压为

icVCidVDo vAvAv （2.4.6）

式中 VCA 即差分式放大电路的共模电压放大倍数。

当差分式放大电路的发射极电阻 ER 足够大，或采用恒流源电路时，共模电压放大倍数趋于零，

差模电压放大倍数 VDA 由输出方式决定，而与输入方式无关。

双端输出（ ER ， PR 在中心位置）时:

Pbe

C

i

oVD

Rr

R

v

vA

)1(2

1

（2.4.7）

单端输出时，

VDi

odVD A

v

vA

2

111

， VDi

odVD A

v

vA

2

122

（2.4.8）

当输入共模信号时，若为单端输出，则有

E

C

EPbe

C

i

ocVCVC R

R

RRr

R

v

vAA

2)22

1)(1(

121

（2.4.9）

若为双端输出，在理想情况下

0

i

oVC v

vA （2.4.10）

实际上由于元件不可能完全对称，因此 VCA 也不会绝对等于零。

3．共模抑制比

为了说明差分式放大电路放大差模信号、抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项重要

的技术指标来衡量。其定义为放大电路对差模信号的电压放大倍数 VDA 与对共模信号的电压放大倍

数 VCA 之比的绝对值，即

19

VC

VDCMR A

AK 或 )(lg20 dB

A

AK

VC

VDCMR （2.4.11）

差模电压放大倍数越大，共模电压放大倍数越小，则放大差模、抑制共模的能力越强，差分式

放大电路的性能越好。因此希望 CMRK 越大越好。

差分式放大电路的输入信号可采用直流信号也可采用交流信号。本实验由函数信号发生器提供

频率 KHzf 1 的正弦信号作为输入信号，由于函数信号发生器是不平衡输出方式，所以本次实验采

用单端输入双端输出。

2.4.4 实验内容及步骤

1. 调零及静态工作点的测量

实验电路如图 2.10 所示，开关 K 置于“1”位置。

首先调节放大器零点。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，

用万用表直流电压挡测量输出电压 oV ；调节调零电位器 PR ，使 0oV 。调节要仔细，力求准确。零

点调好以后，用万用表测量 T1、T2 管各极电位，记入表 2.9。

表 2.9 差动放大器静态工作点的测量

)(1 VVC )(1 VVE )(2 VVC )(2 VVE 测量值

)(1 mAIC )(1 mAVCE

)(2 mAIC )(2 mAVCE

计算值

2．基本差动放大器性能测试

（1）测量差模电压放大倍数

调节函数信号发生器，使之输出有效值 mVVi 30 ，频率 KHzf 1 的正弦信号，将其送入三极管

T1 的 A 输入端，T1 输入端 B 接地。用示波器观察输出电压波形保证其不失真。注意，由于示波器

是不平衡仪器，因此需用示波器分别观测两个输出端对地输出信号 1odv 和 2odv 的波形。计算出双端输

出 odv （ )( 21 ododod vvv ）及差模放大倍数，记入表 2.10。

（2）测量共模电压放大倍数

调节函数信号发生器产生 KHzfVVi 1,1 输入信号。将差动放大器 A、B 两端短接，输入信号

接于 A 端与地之间，构成共模输入方式。在示波器观察输出电压无失真的情况下，用交流毫伏表测

量两个输出端对地输出信号 1ocv 和 2ocv ，计算 ocv 、 vcA 及 CMRK 之值，记入表 2.10。

表 2.10 差动放大器动态性能的测试

输入信号 mVvid 30 Vvcd 1

电路形式 基本差放 恒流源差放 电路形式 基本差放 恒流源差放

1odv 1ocv

2odv 2ocv

)( 21 ododod vvv

21 ocococ vvv

id

odvc v

vA ic

ocvc v

vA

20

VC

VDCMR A

AK

3．具有恒流源的差动放大电路的性能测试

将图 1 电路中开关 K 置于“2”位置，构成具有恒流源的差动放大电路。重复内容 2 中的（1）、

（2）的步骤，记入表 2.10 。

2.4.5 实验预习要求

1．熟悉差分式放大电路的工作原理及性能；

2．预习实验原理、内容和测量方法，写出预习报告。

2.4.6 实验报告要求

1．将实验数据列成表格，并求出测量值与计算值的误差。

2．根据实验中观察到的现象，分析差分式放大电路对零点漂移的抑制能力。

3．思考：差分式放大电路中 eR 和恒流源起什么作用？提高 eR 受到什么限制？

21

2.5 实验五 负反馈放大电路的研究

2.5.1 实验目的

1．掌握负反馈放大电路动态性能的测量方法；

2．理解不同组态负反馈对放大电路性能的影响；

2.5.2 实验设备与器件

1．函数信号发生器；

2．交流毫伏表；

3．直流稳压电源；

4．万用表

5．双踪示波器；

6．元器件：9013×2，电阻、电容若干

2.5.3 基本知识

为改善放大电路的性能，常在放大电路中加入负反馈。根据负反馈放大电路输出端取样方式和

输入端比较方式的不同，可分为四种组态：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、

电流并联负反馈。本实验以电压串联负反馈为例，研究负反馈对放大电路性能的影响。

1.电压串联负反馈降低了放大电路的电压增益

若原放大电路的增益为 A ，反馈放大电路的电压增益为 vfA ，反馈系数为F ，则有：

FA

AAvf

1

(2.5.1)

FA 1 为衡量反馈程度的重要指标，称为反馈深度。对于负反馈，

U Y

t0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 5

0 2

3 7

6 8

0 1

2

3 4 5

6

7 8t

U X

（ ） a （ ） b

（ ） d

（ ） c

（ ） e （ ）f

ff

y

x

=11

ff

y

x

=21

ff

y

x

=12

ff

y

x

=31

ff

y

x

=32

ff

y

x

=43

，故引入负反

馈会使放大电路的增益下降。

2.负反馈提高了放大电路增益的稳定性

环境温度的变化，电源电压的波动，负载以及晶体管参数的变化等因素，都会使放大电路的增

益发生变化。引入负反馈可以使这种变化相对减小，提高了增益的稳定性。 为表示增益的稳定程度，常用有、无反馈两种情况下增益相对变化之比来衡量。由于增益的稳

定性是用它的绝对值的变化来表示的，在不考虑相位关系时，可以用正实数 A 和 F 分别表示增益 A和反馈系数F 的绝对值，因此反馈放大电路的增益可表示为：

AF

AAvf

1

(2.5.2)

对上式进行微分，得：

)1( AFA

A

dA

dA ff

，

AFA

A

A

A

f

f

1

1 (2.5.3)

对于负反馈，1＋AF>1，所以负反馈可以使增益的相对变化减小为无反馈时的AF1

1，提高了

增益的稳定性，且反馈深度越大，增益稳定性就越好。

22

3.负反馈扩展了放大电路的通频带

引入负反馈，放大电路的上限截至频率增大，而下限截至频率下降，所以通频带 fBW 比开环时

增大，且增大的程度与反馈深度有关。

HHHf ffAFf )1( ； LL

Lf fAF

ff

1； (2.5.4)

LH ffBW ； LfHff ffBW (2.5.5)

所以， BWBW f

4.负反馈对输入电阻和输出电阻的影响

在反馈电路中，对输入电阻的影响只取决于反馈网络与基本放大电路在输入端的连接方式，串

联反馈使输入电阻增大，并联反馈使之减小。 在反馈电路中，对输出电阻的影响只取决于反馈信号的输出取样方式，电压反馈使输出电阻减

小，电流反馈使之增大。

设无反馈时的输入电阻为 iR ，输出电阻为 oR ，则引入电压串联负反馈后，输入、输出电阻分别

为：

iif RAFR )1( ， (2.5.6)

AF

RR o

of

1 (2.5.7)

5.负反馈可以减少反馈环节中的非线性失真

在多级放大电路的 后几级，输入信号的幅度较大，在动态过程中，放大器可能工作在其输出

特性的非线性部分，因而使输出波形产生非线性失真。引入负反馈后，可以使这种失真减小。但是，

负反馈减小的是只是反馈环内的失真。如果输入波形本身就是失真的，这时即使引入负反馈也不会

起作用。

2.5.4 实验内容及步骤

实验原理电路如图 2.11 所示。

1．测量静态工作点

1K 、 2K 断开（向上为断开，向下为闭合）， 1LR 、 2LR 开路，取 VVCC 12 ， iV 输入端接地（即

B 端接地），调整 1WR 、 2WR ，使 mAIC 21 ， mAIC 22 （可通过测量 1CR 、 2CR 两端电压为 4.8V 得

到）。用万用表直流电压挡分别测量第一级、第二级的静态工作点，记入表 2.11。

表2.11 反馈放大电路静态工作点的测量

参 数 1BV 1EV 1CV 2BV 2EV 2CV

电压值（V）

2．负反馈对电压增益的影响

（1）测量无反馈时的电压增益 vA

1K 、 2K 断开， 3K 闭合，在放大电路的输入端（B 点）加入频率为 kHz1 ，有效值为 mVVi 10 的

正弦信号 iv ，用示波器观察放大电路输出电压 ov 的波形，在 ov 不失真的情况下，用交流毫伏表测量

其有效值 oV ，计算 vA ，并将结果记入表 2.12。

（2）测量闭环电压增益 vfA

1K 断开， 2K 、 3K 闭合，此时为级间电压串联负反馈。保持输入信号 iv 不变，用示波器观察放

23

大电路输出电压 ofv 的波形，在 ofv 不失真的情况下，用交流毫伏表测量其有效值 ofV ，计算 vfA ，并将

结果记入表 2.12。

表 2.12 负反馈对放大电路增益的影响

无反馈时 有反馈时

iV oV vA iV ofV vfA

10mV 10mV

图2.11 电压串联负反馈放大电路

3. 串联负反馈对输入电阻 iR 的影响

（1）测量无反馈时的输入电阻 iR

1K 、 2K 断开，在电路 A 点输入频率为 kHz1 ，有效值为 mVVS 10 的正弦信号 Sv ，测量 B 点电压

有效值 iV ，利用公式

SiS

ii R

VV

VR

(2.5.8)

可计算出输入电阻 iR 。将测量结果和计算结果记入表 2.13。

（2）测量闭环输入电阻 ifR

保持输入信号 Sv 不变，将 1K 断开， 2K 闭合，测量 B 点电压 iV ，计算闭环输入电阻 ifR 。将测量

结果和计算结果记入表 2.13。

表 2.13 电压串联负反馈对放大电路输入电阻的影响

无反馈时 有反馈时

SV iV iR SV iV ifR

10mV 10mV

24

4．电压负反馈对输出电阻 oR 的影响

（1）测量无反馈时的输出电阻 oR

1K 、 2K 断开，保持上一步骤中输入信号不变，分别测量放大电路输出电压有效值 oV

（ kRL 4.22 时）和 'oV （ 2LR 时）。根据公式： L

o

oo R

V

VVR

0

'

，可计算出输出电阻 oR 。将测

量结果和计算结果记入表 2.14。

（2）测量闭环输出电阻 ofR

1K 断开， 2K 闭合，保持上一步骤中输入信号不变，分别测量输出电压 ofV （ kRL 4.22 ）和'

ofV

（ 2LR ）。根据公式计算闭环输出电阻 ofR 。将测量结果和计算结果记入表 2.14。 表 2.14 电压负反馈对输出电阻的影响

无反馈时 有反馈时

oV 'oV oR ofV '

ofV ofR

5．观察负反馈对非线性失真的改善

实验电路接成基本放大电路的形式（即 1K 、 2K 断开）， kRL 4.22 。在输入端(B 点)加入 kHzf 1

的正弦输入信号 iv ，输出端接示波器。调节函数信号发生器，使输入信号 iv 的幅值逐渐增大，直至

输出波形出现失真，测量此时的输入信号 iv 的有效值并记录， iv 。

将实验电路接入电压串联负反馈（即 1K 断开、 2K 闭合），再次观察输出情况，并适当增加输入

信号 iv 的幅值，直至输出波形出现失真，测量此时的输入信号 iv 的有效值并记录， iv 。

6．测量引入负反馈后的放大电路的频率特性

置放大电路于开环状态（即 1K 、 2K 断开），选择 iv 适当幅值且 kHzf 1 ，使输出信号在示波器

上有满幅度正弦波显示。保持输入信号幅度不变（用交流毫伏表监测输入信号，如有变化，可及时

做适当调节），逐步增加频率，直至输出信号波形幅值减少为 kHzf 1 时幅值的 70％，此时信号频率

即为放大电路的上限截止频率 Hf 。在同样条件下，逐渐减少频率，可测得放大电路的下限截止频率

Lf 。

将电路置于闭环状态（即 1K 断开、 2K 闭合），重复上述测量步骤，分别测出 Hff 和 Lff 。将以上

测量结果记入表 2.15

表 2.15 反馈放大电路频率特性测量

上限截止频率 Hf 下限截止频率 Lf 带宽 BW（ Hf - Lf ）

开环

闭环

2.5.5 实验预习要求

1．阅读教材中有关负反馈放大电路的内容；理解电压串联负反馈电路的工作原理及其对放大电

路性能的改善；

3．预习实验原理、内容和测量方法，写出预习报告。

2.5.6 实验报告要求

1．记录并整理测量结果，并把测量值与理论值进行比较，分析产生误差的原因；

2．由实验结果，总结电压串联负反馈对放大电路的影响

25

2.6 实验六 集成运算放大器的线性应用研究

2.6.1 实验目的

1．熟悉集成运算放大器的性能及其线性工作状态的特点，

2．掌握由集成运算放大器构成的各种运算电路的结构和特点。

2.6.2 实验设备与器件

1．直流稳压电源 V12 ；

2．函数信号发生器；

3．交流毫伏表

4．直流电压表；

5．双踪示波器；

6．元器件：集成运放 1741A ，电阻、电容若干。

2.6.3 基本知识

集成运算放大器是一种具有高增益、直接耦合的多级放大电路，它一般有两个输入端（同相端

和反相端）和一个输出端。在集成运放的输入端和输出端之间加上反馈网络，就可以实现不同的电

路功能。如果反馈网络由线性电路元件（如线性电阻、电容等）组成，可以构成基于集成运放的多

种模拟运算电路，如：比例运算电路、和差运算电路、微分和积分运算电路等。

1．反相比例运算电路

电路如图 2.12 所示，对于理想集成运算放大器，该电路的输

出电压与输入电压之间的关系为：

(2.6.1)

为了减小输入偏置电流引起的运算误差，在同相输入端接入

平衡电阻 fRRR //12 。

2．同相比例运算电路

电路如图 2.13 所示，对于理想集成运算放大器，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：

if

o vR

Rv )1(

1

（ fRRR //12 ） (2.6.2)

if

o vR

Rv

1

+12V

-12V

ivov

1R

k10

kR

2.92

kR f 100

图 2.12 反相比例运算放大电路

iv ov

+12V

-12V

1R k10

kR 2.9 2

kR f 100

iv ov

kR f 10

2R

k10

图2.13 同相比例运算放大电路 图2.14 电压跟随器

26

当 1R 时， io vv ，即得到如图 2 所示的电压跟随器。图中 fRR 2 ，用于减小漂移和起保护

作用。一般 fR 取 k10 ，若 fR 太小则起不到保护作用，太大则影响跟随性。

3．反相加法运算电路

电路如图 2.15 所示，对于理想集成运算放大器，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为：

)( 22

11

if

if

o vR

Rv

R

Rv ； ( FRRRR //// 213 ) (2.6.3)

4．差分式减法运算电路

电路如图 2.16 所示，当 21 RR ， fRR 3 时，输出电压与输入电压之间的关系为：

)( 121

iif

o vvR

Rv (2.6.4)

当 fRR 1 时， 12 iio vvv ，为减法电路。由于电路存在共模电压，实际电路中应选用共模抑

制比较高的集成运放，以保证一定的运算精度。

5．积分运算电路

积分运算电路如图 2.17 所示。在进行积分运算之前，应先对运放调零，为了便于调节，将图中

S1 闭合，通过电阻 R2 的负反馈作用实现调零。在完成调零后，需将 S2 断开，以免因 R2 的接入造

成积分运算的误差。S2 的设置一方面为积分电容提供放电通路，将其闭合可实现积分电容初始电压

Vc（0）= 0；另一方面，可控制积分的起点。在加入输入信号

后，只要断开 S2，电容就被恒流充电，即开始积分运算。

利用积分电路可将方波转换为三角波。当积分电路的输入

信号为方波时，在其输出端可得到三角波。需要注意的是，输

入信号的频率和幅值及电容值要配合合适，才能得到线性度较

好的三角波，因此，我们可以取 iv 的频率为 400Hz，幅值为

1V，电容 C 取 F047.0 。

2.6.4 实验内容及步骤

1．反相比例运算电路

按图 2.12 连接实验电路，接通 V12 电源，输入端对地短路，进行调零和消振。输入 Hzf 100 ，

VVi 5.0 的正弦信号，测量相应的 oV ，并用示波器观察 oV 和 iV 的相位关系，记入表 1

2．同相比例运算电路

按图 2.13 连接实验电路，实验步骤同上，将结果记入表 2.16。将图 2.13 中的 1R 断开，得到图

2.14 的电路，重复内容上述内容。

ov1iv

2iv

1R

2R kR f 100

k10

k10

kR

2.63

ov

1iv

2iv

kR

2.93

1R

2R

k10

k10

kR f 100

图2.15 反相加法运算放大电路 图2.16 差分式减法运算放大电路

ivov

1R

k100

kR

1002

2R

M1

F1

图 2.17 积分电路

27

表 2.16 比例运算电路的测量（ 1f kHz ， VVi 5.0 ）

vA 内容

项目 iV （V） oV （V） iV 和 oV 的相位关系

实测值 计算值

反相比例电路

同相比例电路

电压跟随器

3．反相加法电路

按图 2.15 连接实验电路，并进行调零和消振。输入信号 1iV 、 2iV 采用直流信号，可由直流信号

产生模块提供。为了保证集成运算放大器工作在线性状态下，选择大小合适的直流信号， 1iV 、 2iV 输

入范围不应超过 1 V，实验时要用直流电压表测量输入电压 1iV 、 2iV 以确定其大小。测量反相加法

电路的输出电压 oV ，记入表 2.17。

表 2.17 加减运算电路的测量

反相加法电路 差分输入减法电路

1iV （V） 1iV （V）

2iV （V） 2iV （V）

oV （V） oV （V）

4．差分式减法电路

按图 2.16 连接实验电路，并进行调零和消振。采用直流输入信号，实验步骤同内容 3，把实验

结果记入表 2.17。

5．积分运算电路

利用函数信号发生器产生频率为 400Hz，幅值为 1V 的方波信号 iv ，将其输入到积分电路的输入

端。用示波器观察其输出端的三角波并测量三角波的幅值及频率，填入表 2.18，绘制方波和三角波

的波形。

表 2.18 积分运算电路的测量（ 1f kHz ， VVi 5.0 ）

幅值及频率 iV （V） oV （V） 频率

积分电路 1V

2.6.5 实验预习要求

1．复习由集成运放组成的各种基本运算电路的工作原理；

2．写出各基本运算电路的传递函数运算关系

3．计算实验内容中有关的理论值，以便于和实验测量值进行比较。

2.6.6 实验报告要求

1．整理实验数据，画出波形图。

2．记录并整理测量结果，并把测量值与理论值进行比较，分析产生误差的原因；

3．认真思考以下问题并回答：

（1）集成运放用于直流信号放大，为何要进行调零？

（2）运放做精密放大时，同相端和反相端对地直流电阻要相等。如果不等，会引起什么现象？

28

2.7 实验七 RC 桥式正弦波振荡电路

2.7.1 实验目的

1．通过实验进一步理解 RC 低频桥式正弦波振荡电路的工作原理；

2．掌握由集成运放构成的方波和三角波发生器的电路组成及工作原理；

3．掌握信号产生电路的调试和主要性能指标的测试。

2.7.2 实验设备与器件

1．直流稳压电源 V12

2．交流毫伏表

3．万用表

4．双踪示波器

5．元器件：集成运放 741A ×1，二极管 2CP×2，电阻、电容若干。

2.7.3 基本知识

RC 低频桥式正弦波振荡电路又称文氏桥振荡电路。它适用于产生频率小于等于 1MHz 的低频正

弦波振荡信号，振幅和频率较稳定，而且频率调节比较方便。许多低频信号发生器其主振器均采用

这种电路。

图 2.18 是典型的 RC 桥式正弦波振荡电路。其中 RC 串、并联电路构成选频网络，同时兼作反

馈环节，连接于集成运放的输出端和同相输入端之间，构成正反馈，以产生正弦自激振荡。而 R1、

R2、RW 及二极管 D1、D2 构成负反馈网络和稳幅环节。调整 RW 即可改变负反馈的反馈系数，从而

调整放大电路的电压增益，使之满足振荡的幅值条件；二极管 D1、D2 为自动稳幅元件，其作用原理

为：当 ov 幅值很小时，二极管 D1、D2相当于开路，此时由 D1、D2 和 R3 组成的并联支路等效电阻较

大，设 R2、RW和 D1、D2、R3 并联支路总的等效电阻为 Rf ，则 Rf也较大，所以

ov1R

2R3RWR

R

R C

C

k10

k10

k10

k10

k15 k2.2

F01.0

F01.0

1D

2D

图 2.18 RC 桥式正弦波振荡电路

29

3)1(1

R

Rvf

fA （2.7.1）

有利于起振；反之，当 ov 幅值较大时，D1、D2 导通，并联支路的等效电阻下降，Rf 也下降，所以

Avf随之下降，如果此时 Avf =3，则 ov 幅值趋于稳定。另外，采用两只二极管反向并联，目的是使输

出电压在正、负两个半周期内轮流工作，使正半周和负半周振幅相等。显然，这两只二极管特性应

相同，否则正负半周振幅将不同。 由图 2.18 可知，当 RCo /1 时，经 RC 串并联选频网络反馈到运放的同相输入端的电压与

输出电压相位相同，满足自激振荡的相位条件。如果此时负反馈放大电路的增益 3vfA ，则满足

1FAvf 的起振条件。电路起振之后，经过放大、选频网络反馈、再放大等过程，使输出电压幅度

越来越大, 后受到电路中器件的非线性限制，使振荡幅度自动地稳定下来，放大电路的增益由

3vfA 过渡到 3vfA ，即由 1FAvf 过渡到 1FAvf ，从而达到平衡状态。因此，我们得出正弦

波振荡器的振荡条件是：

相位平衡条件：

nfa 2 ， n =0,1,2,… （2.7.2）

振幅平衡条件：

1FAvf （2.7.3）

RC 串、并联网络的选频特性表明，只有当 RCo /1 时，才能满足振荡的相位平衡条件，

即振荡的频率由相位平衡条件决定。

RCfo 2

1 （2.7.4）

电路的起振条件为 3)1(1

R

RA f

vf ，调节负反馈的反馈系数可使 vfA 略大于 3，在图 2.18 电路

中，可通过调节 WR 完成这一目的。

2.7.4 实验内容及步骤

1.正弦波幅值和频率的测量

按图 2.18 设计一个实验电路，要求产生接通 V12 电源，调节 WR ，使电路输出正弦信号。观察

负反馈强弱（即 vfA 的大小）对输出波形 ov 的影响。调节 WR ，使输出正弦波形 ov 幅值 大且不失真

的情况下，分别用示波器测出输出电压 ov 的幅值和振荡频率 of ，并记录在自行设计的表格中。

2.二极管稳幅措施的作用研究

D1、D2 分别在接入和断开的情况下，调节电位器 WR ，在 ov 不失真的条件下，记下 WR 的可调

范围，进行比较，分析 D1、D2 的作用。

2.7.5 实验预习要求

1．复习 RC 桥式正弦波振荡电路的工作原理和用示波器测量幅值和频率的方法； 2．在图 2.18 所示的 RC 桥式振荡电路中，负反馈支路中某一元件（如 2R ）发生断路，分析此

振荡电路能否振荡？若能振荡，其输出信号为何种波形？ 3．设计实验步骤及计算相关参数。

2.7.6 实验报告要求

1．将实验测得的正弦波振荡器的频率与计算值比较，分析产生误差的原因。 2．思考：在 RC 桥式振荡电路中，若电路不能起振，应调节哪个参数？如何调? 若输出波形失

真，应调节哪个参数？如何调？

30

2.8 实验八 非正弦信号产生电路

2.8.1 实验目的

1．掌握由集成运放构成的方波和三角波发生器的电路组成及工作原理；

2．掌握信号产生电路的主要性能指标的测试方法。

2.8.2 实验设备与器件

1．直流稳压电源 V12 ；

2．交流毫伏表；

3．万用表；

4．双踪示波器

5．集成运放μA741×2，稳压管 2DW7×1，电阻、电容若干。

2.8.3 基本知识

方波-三角波发生器实验电路如图 2.19 所示。运放 1A 接成同相输入迟滞比较器， 2A 构成积分器，

两者首尾相连构成一个正反馈闭环系统。由图中可知，比较器输出的方波经积分可得到三角波，经

反馈至比较器输入端，触发比较器自动翻转形成方波，这样就构成了三角波、方波发生器。由于采

用运放组成的积分电路，可实现恒流充电，使三角波线性度得到改善。

1A 构成的同相输入迟滞比较器的参考比较信号为零，被比较信号就是 2A 的输出信号 2ov 。设 ZV

为稳幅元件 2DW7 的稳压值，则比较器的门限电压为：

ZT VR

RV

2

1 ， ZT VR

RV

2

1 （2.8.1）

2A 为积分器，对 1ov 进行积分。即

dtvRC

v oo 121

（2.8.2）

当 Zo Vv 1 时，电容被充电， Cv 上升，则 tVRC

v Zo1

2 线性下降。

1oV

2oV1R

2R

WR3R fR

k10

k10

k100 k1500

fC

pF1000

1A2A

图 2.19 方波、三角波发生器

31

当下降到 To Vv 2 时，比较器状态翻转， Zo Vv 1 ，于是电容 C 放电， Cv 下降，则 tVRC

v Zo1

线性上升。当上升到 To Vv 时，比较器状态再次翻转， Zo Vv 1 ，于是电容 C 又充电。如此周而复

始。波形如图 2.20 所示， 1ov 为对称方波， 2ov 为三角波，二者波形均比较理想。

由以上分析可知，此电路的振荡频率为：

fWf CRRR

Rf

)(4 1

20 （2.8.3）

方波的幅值为：

Zmo VV 1 ， （2.8.4）

三角波的幅值为：

Zmo VR

RV

2

12 （2.8.5）

调节 WR 可以改变振荡频率，改变比值2

1

R

R可调节三角波的幅值。

2.8.4 实验内容及步骤

1．方波信号的测量

按图 2.19 连接实验电路，调节 WR 至合适位置，用示波器观察方波输出 1ov ，测量其幅值、频率

以及 WR 值，并描绘出波形。将测量结果计入表 2.19。

改变 WR 的位置，观察对 1ov 、 2ov 幅值及频率的影响，将结论进行描述并记录。

2．三角波信号的测量

按图 2.19 连接实验电路，调节 WR 至合适位置，用示波器观察三角波输出 2ov ，测量其幅值、频

率以及 WR 值，将测量结果计入表 2.19，并描绘出波形。

改变 WR 的位置，观察对 1ov 、 2ov 幅值及频率的影响，将结论进行描述并记录。

表 2.19 方波-三角波信号参数的测量

幅值 频率 WR 增大 WR 减小

方波

三角波

2.8.5 实验预习要求

1．复习有关方波-三角波产生电路的知识；

2．设计实验及记录实验数据。

2.8.6 实验报告要求

1．整理方波-三角波发生器实验数据，把测量值与理论值进行比较。

2．在同一张坐标纸上按比例画出三角波和方波的波形，并标明时间和电压幅值。分析电路参数

（ 1R 、 2R 和 WR ）变化对输出波形频率及幅值的影响。

1ov2ov

TV

TV

图 2.20 方波-三角波发生器波形

32

2.9 实验九 OTL 功率放大电路

2.9.1 实验目的

1．熟悉 OTL 功率放大电路的工作原理和特点；

2．掌握 OTL 功率放大电路的调试及主要性能指标的测量方法；

3．了解自举电路的原理及其在 OTL 功率放大电路中的作用。

2.9.2 实验设备与器件

1．直流稳压电源 V12

2．函数信号发生器

3．交流毫伏表

4．双踪示波器

5．万用表

7．元器件：三极管 3DG6×1，8550×1，8050×1，二极管 2CP×1，电阻、电容若干

2.9.3 基本知识

在电子电路中，功率放大电路通常工作在大信号状态下，用于向负载提供功率。一般对于功率

放大电路的要求是在不失真（或失真较小）的情况下，输出功率较且效率较高。目前应用较为广泛

的功率放大电路有 OCL（无输出电容）和 OTL（无输出变压器）两种类型。

图 2.21 所示为 OTL 低频功率放大电路。其中由晶体三极管 T1 组成推动级，T2、T3 是一对参

数对称的 NPN 和 PNP 型晶体三极管，他们组成互补推挽 OTL 功率放大电路。由于三极管 T2 和 T3

都接成射极输出器的形式，因此具有输出阻抗低，带负载能力强等优点，适于用作功率输出级。

T1 管工作在甲类状态，它的集电

极电流 1CI 的一部分流经电位器 2WR

及二极管 D，给 T2、T3 提供偏置电压。

调节 2WR ，可以使 T2、T3 得到适合的

静态电流而工作于甲乙类工作状态，

以克服交越失真。另外，静态时要求

输出端中点 A 的电位 CCA VV21 ，这可

以通过调节 1WR 来实现；又由于 1WR 的

一端接在 A 点，因此在电路中引入交、

直流电压并联负反馈，一方面能够稳

定放大器的静态工作点，同时也改善

了非线性失真。 当输入正弦交流信号 iv 时，经 T1

放大、倒相后同时作用于 T2、T3 的基

极。在 iv 的负半周，T2 管导通，T3

管截止，有电流通过负载 LR ，同时向

电容 3C 充电；在 iv 的正半周，T3 导通，

T2 截止， 已充好的电容器 3C 起着电

1C

F10

2CF100

1WR

k10

1R

2WR

1CR

1ER

R

1EC

F100

F1000

3C

D 2CP

8550

8050

3DG61T

2T

3T

k3.3

k4.2

k1

510

10

A

k4.22R

+

+

V

VCC

5

iv

ov

mAK

图 2.21 OTL 低频功率放大电路

33

源的作用，通过负载 LR 放电，这样在 LR 上就得到完整的正弦波。

2C 和 R 构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。OTL 功率放大

电路的性能指标主要有：

1． 大不失真输出功率 omP

在理想情况下， 大不失真输出功率为

L

CCom R

VP

8

2

（2.9.1）

在实验中可通过测量 LR 两端的电压有效值 oV ，求得实际的 omP

L

oom R

VP

2

（2.9.2）

2．直流电源供给的平均功率 VP

在理想情况下（即 CCom VV2

1 时）， omV PP

4

；实验中可在测量 oV 的同时，记下直流毫安表的

读数 I ，可计算出此时电源供给的功率为 IVP CCV 。

3．效率

OTL 功率放大电路的效率为

%100V

om

P

P （2.9.3）

4． 大输出功率时三极管的管耗 TP

当输出功率为 大值 omP 时，三极管的管耗为 omVT PPP 。

2.9.4 实验内容及步骤

1．静态工作点的测试

按图 2.21 连接实验电路，电源进线中串入直流毫安表（应注意电流表的量程）。电位器 2WR 置为

小值， 1WR 置中间位置。接通+5V 电源，观察毫安表示数，若电流过大，则应立即断开电源检查

原因（如 2WR 开路、电路自激或管子性能不好等等）。如无异常现象，可开始调试。

（1）调节电位器 1WR ，用直流电压表测量 A 点电位，使 CCA VV21 。

（2）调节 2WR ，使 T2、T3 两管基极间的电压大约为 V2.1 ，这样两管在静态时都处于微导通状

态，可以减少和克服交越失真。 从减小交越失真的角度来看，应适当加大输出级的静态电流，但这又会使功放的效率降低。输

出级的静态电流一般以几个 mA 左右为宜。调节 2WR ，使 mAII CC 5~132 。由于毫安表是串在电源

进线中，因此测量的是整个放大器的电流。但一般 T1 的集电极电流 1CI 较小，可以把测得的总电流

近似认为是输出级的静态电流。如要准确得到输出级静态电流，还需从测得的总电流中减去 1CI 。

调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使 02 WR （逆时针旋转到头），在输入端接

入 KHzf 1 ， V20mVi 的正弦信号 iv 。逐渐加大输入信号的幅值，当出现饱和失真和截止失真时停

止，此时输出波形会出现较严重的交越失真。然后缓慢增大 2WR （顺时针调节旋钮），当交越失真刚

好消失时，停止调节 2WR 。恢复 0iv ，此时直流毫安表计数即为输出级静态电流。一般数值也应在

几个 mA 左右，如过大，则需要检查电路。 输出级电流调好以后，测量各级静态工作点，记入表 2.20。

34

表 2.20 OTL 功率放大电路静态工作点的测量

T1 T2 T3

)(VVC

)(VVE

在实验中应注意以下两点： 在调整 2WR 时，要注意旋转方向，不要调得过大，更不能开路，以免损坏输出管。

输出级静态电流调好后，如无特殊情况，不得随意旋动 2WR 的位置。

2． 大输出功率 omP 和效率的测试

在加自举的情况下（即开关 K 闭合），输入端接 KHzf 1 的正弦信号 iv ，用示波器观察输出电

压 ov 的波形，逐渐增大 iv ，使输出电压达到 大不失真输出，用交流毫伏表测量输出电压 ov ，并记

下此时的直流电流 I 和电源电压 CCV ，计算出 omP 、 VP 、 TP 和，填入表 2.21 中。

表 2.21 OTL 功率放大电路输出功率和效率的测量

)V(ov )(mAI )V(CCV

L

oom

R

VP

2 IVP CCV omVT PPP

加自举

不加自举

3．自举电路的作用的研究

在不加自举情况下（即将开关 K 断开，R 短路），调节 iv ，使输出电压 ov 达到 大不失真输出，

测量放大器的 ov 、 CCV 和 I 值，记入表 2.21 中。

2.9.5 实验预习要求

1．复习 OTL 功率放大电路的工作原理及主要性能指标的计算方法；

2．熟悉实验原理和主要的实验内容及步骤。

2.9.6 实验报告要求

1．整理实验数据，计算静态工作点、 大不失真输出功率 omP 、效率等，并与理论值比较。

2．分析自举电路的作用。

3．认真思考以下问题并回答：

（1）交越失真产生的原因是什么？怎样克服交越失真？

（2）图 2.21 中电位器 2WR 如果开路或短路，对电路工作有何影响？

（3）为什么收入自举电路能够扩大输出电压的动态范围？

35

2.10 实验十 有源滤波器

2.10.1 实验目的

1．了解 RC 有源滤波器的性能特点。

2．掌握 RC 有源滤波器有关参数的测量方法。

2.10.2 实验设备与器件

1．直流稳压电源 V12

2．函数信号发生器

3．交流毫伏表

4．双踪示波器

6．元器件： 741A ×1，电阻、电容若干

2.10.3 基本知识

滤波器是一种能让一定频率范围内的信号通过，同时又能抑制（或急剧衰减）其它频率的信号

的电子装置。能够通过的信号频率范围定义为通带；阻止信号通过的频率范围定义为阻带。在工程

上，滤波器常用于信号处理、数据传输和抑制干扰等方面。

由有源器件（晶体管或集成运放）和电阻、电容构成的滤波器称为 RC 有源滤波器。滤波器分

为一阶、二阶和高阶滤波器。阶数越高，其幅频特性越接近于理想特性，滤波器的性能就越好。但

因受到集成运算放大器频带限制，目前有源滤波器的 高工作频率只能达到 1MHz 左右，主要用于

低频范围。根据滤波器的通带和阻带位置的不同，滤波器可分为低通、高通、带通与带阻等四种滤

波器。它们的幅频特性如图 2.22 所示。本实验主要研究二阶有源低通、高通滤波器。

图 2.22 滤波器的幅频特性

H0

uA

2uA

)(vA

0

uA

2uA

)(vA

0

uA

2uA

)(vA

0

uA

2uA

)(vA

理想

理想

理想

理想

实际

实际

实际

实际

(a) 低通 L

(b) 高通

HL 0

(c) 带通

HL 0

(d) 带阻

BWBW

36

1．二阶有源低通滤波器（LPF）

低通滤波器是一种用来传输低频段信号，抑制高频段信号的电路。当信号的频率高于某一特定

的截止频率 Hf 时，通过该电路的信号会被衰减（或被阻止），而频率低于 Hf 的信号则能够畅通无阻

的通过该滤波器。通带与阻带之间的分界点就是截止频率 Hf 。 oA 为通带内的电压放大倍数，称为

通带电压增益。当输入信号的频率由小到大增加到使滤波器的电压放大倍数等于 oA707.0 时，所对应

的频率称为截止频率 Hf 。

图 2.23 是压控电压源（VCVS）有源二阶低通滤波器电路。它是由两节 RC 滤波电路和同相比

例放大电路组成。信号从运放的同相端输入，故滤波器的输入阻抗很大，输出阻抗很小，运放 A 和

1R 、 fR 组成电压控制的电压源，因此称为压控电压源 LPF。该电路性能较稳定，增益容易调节。

1R FR

R R

k10 k10

k47k47

F

C

01.0 F

C

01.0

ivov

V12

V12

图 2.23 二阶有源低通滤波器

图 2.23 中同相比例放大电路的电压增益就是低通滤波器的通带电压增益 oA ，即

1

1R

RAA f

vfo （2.10.1）

这种滤波器的传递函数为：

2)()3(1)(

)()(

sCRsCRA

A

sV

sVsA

vf

vf

i

o

（2.10.2）

令RC

10 ，称为特征角频率；

vfAQ

3

1称为等效品质因数；

则 20

02

200

20

02

20)(

sQ

s

A

sQ

s

AsA vf （2.10.3）

用 js 代入上式，可得到幅频响应表达式

2

0

22

0

1

1lg20

)(lg20

Q

A

jA

vf

（2.10.4）

上式中的特征角频率RC

10 就是 dB3 截止频率。因此，上限截止频率为

RCfH 2

1 （2.10.5）

当等效品质因数 707.0Q 时，这种滤波器称为巴特沃斯滤波器。此时通带幅频特性 平坦，且

电路工作时较稳定。当 Hff 时，具有 平幅度响应；当 Hff 时，幅频特性以 dB40 /十倍频的

速率衰减，这表明二阶比一阶低通滤波电路的滤波效果好得多。

37

2．二阶有源高通滤波器

高通滤波器是一种用来传输高频段信号，抑制或衰减低频段信号的电路。滤波器的阶数越高，

幅频特性越接近理想高通特性。如果将图 2.23 中的电阻 R 和电容 C 位置互换，就可得到压控电压源

（VCVS）有源二阶高通滤波器电路，如图 2.24 所示。

1R FR

R R

k1.5 k1.5

k47k47

C

ivov

F01.0

C

F01.0

V12

V12

图 2.24 二阶有源高通滤波器

二阶高通滤波器电路的传递函数为：

2)1

(1

)3(1)(

)()(

sCRsCRA

A

sV

sVsA

vf

vf

i

o

（2.10.6）

令 RC

10 ，和

vfAQ

3

1，

则 20

02

20

20

02

2

)(

sQ

s

sA

sQ

s

sAsA vf （2.10.7）

用 js 代入上式，可得到幅频响应表达式

2

0

220 1

1lg20

)(lg20

Q

A

jA

vf

（2.10.8）

其下限截止频率为：

RCfL 2

1 （2.10.9）

2.10.4 实验内容及步骤

1．二阶低通滤波器的安装与测试

参照图 2.23 电路连接实验电路。计算上限截止频率 Hf 、通带电压放大倍数 oA 和等效品质因数

Q 的值。接通 V12 电源，将函数信号发生器输出端接二阶低通滤波器的输入端。

调节函数信号发生器，使其输出 VVi 1.0 的正弦波，由低到高改变输入信号的频率多次（注意

保持 VVi 1.0 不变），用交流毫伏表测量输出电压 oV 和截止频率 Hf 记入表 2.22 中；根据测量值，画

出幅频特性曲线，并将测量结果与理论值相比较。

38

表 2.22 二阶低通滤波器的测试

)(Hzf 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400

)(VVo

计算值 测量值 )(HzfH

2．二阶高通滤波器的安装与测试

参照图 2.24 电路安装二阶高通滤波器。计算下限截止频率 Lf 、通带电压放大倍数 oA 和等效品

质因数 Q 的值。接通 V12 电源，将函数信号发生器输出端接二阶低通滤波器的输入端。

调节函数信号发生器，使其输出 VVi 1.0 的正弦波，由低到高改变输入信号的频率（注意：保

持 VVi 1.0 不变），测量输出电压 oV 和截止频率 Lf ，记入表 2.23 中；根据测量值，画出幅频特性曲

线，并将测量结果与理论值相比较

表 2.23 二阶高通滤波器的测试

)(Hzf 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100

)(VVo

)(HzfL 计算值 测量值

2.10.5 实验预习要求

1．复习有源低通、高通和带通滤波器的工作原理

2．计算二阶有源低通滤波器（图 2.23）和二阶有源高通滤波器（图 2.24）的截止频率。

2.10.6 实验报告要求

1．记录实验结果，计算通带电压放大倍数 oA 和等效品质因数 Q，并根据实验所得数据，用逐

点法画出各电路实测的幅频特性。

2．总结二阶有源滤波电路的特性。

39

2.11 实验十一 直流稳压电源

2.11.1 实验目的

1．掌握直流稳压电源的构成特点和性能指标的测试方法。

2．了解集成稳压器的使用方法。

2.11.2 实验设备与器件

1．工频交流电源

2．双踪示波器

3．交流毫伏表

4．万用表

5．元器件：三端集成稳压器 W7812×1；整流全桥×1；电阻、电容若干。

2.11.3 基本知识

电子设备一般都需要直流电源提供电能。除了少数情况可以直接利用干电池和直流发电机外，

大多数是采用把交流电转变为直流电的直流稳压电源。

1V

t

2V

t

3V

t

4V

t

oV

t

电

源

变

压

器

整

流

电

路

滤

波

电

路

稳

压

电

路

交流

输入

50Hz220V

直流

输出

图 2.25 直流稳压电源组成示意图

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，其原理框图如图 2.25 所示。

电网供给的交流电压 1V （220V，50HZ）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压 2V ,经单

相桥式整流电路产生脉动的直流整流电压 3V ，再由滤波电路滤去其高次谐波分量，就可得到比较平

直的直流电压 4V 。但这样的直流输出电压会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化，在对直流

供电的稳定性要求比较高的场合，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、工作可靠和通用性强等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，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，使用时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，通常选用串联线性集成稳压器。而在这种类

40

型的器件中，又以三端式稳压器应用 为广泛。

W7800、W7900系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。W7800系列

三端式稳压器输出正极性电压，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V 、24V 七个档次，输出电流

大可达1.5A（加散热片）。同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A，78L 系列稳压器的输出电流为

0.1A。若要求输出负极性电压，则可选用W7900系列稳压器。图2.26为W7800系列集成稳压器的外形

和接线图, 图2.27为W7900系列集成稳压器的外形和接线图。它们都有三个引出端：

输入端（集成稳压器电压输入端） 标以“1”

输出端（稳定电压输出端） 标以“2”

公共端 标以“3”

78 78 79 79

图2.26 W7800系列集成稳压器外形 图2.27 W7900系列集成稳压器外形

及接线示意图 及接线示意图

除固定输出三端集成稳压器外，还有可调式三端集成稳压器，后者可通过外接元件对输出电压

进行调整，以适应不同的需要。

本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压器W7812，输出直流电压为 VVo 12 ，输出电流为

AL 1.0: ； AM 5.0: ，电压调整率为 VmV /10 ，输出电阻为 15.0oR ，输入电压 IV 的范围14～17V 。

IV 一般要比 oV 大3～5V ，才能保证集成稳压器工作在线性区。

1C 2C3C

4CF100 F33

F100F1.0

120LR

1V 2V

4V oV

3V

图2.28 由W7812构成的串联型稳压电源

图2.28 是用三端式集成稳压器W7812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桥式整流器成品（又称桥堆），其内部接线和外部管脚引线如

图2.29 所示。滤波电容 1C 、 2C 一般选取几百～几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较远时，

在输入端必须接入电容器 3C （数值为 F33.0 ），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出

端电容 4C （数值为 F1.0 ）用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。

41

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2.30是一种简单的输出电压扩展电路。如W7812稳压器的3、2端间输出电压为12V，因此只要适当

选择 R 的值，使稳压二极管 ZD 工作在稳压状态下，则输出电压 Zo VV 12 ，可以高于稳压器本身的

输出电压。

78

IVoV1C

R

WD2C

78IV

oV1C 2C

1R

LR

EI CI

RIBI

iI 1oI oI

图2.30 输出电压扩展电路 图2.31 输出电流扩展电路

图2.31是通过外接晶体管T及电阻 1R 来进行电流扩展的电路。电阻 1R 的阻值由外接晶体管的发

射结导通电压 BEV 、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 1oI ）和T的基极电

流 5I 来决定，即：

c

o

BE

Bi

BE

R

BE

II

V

II

V

I

VR

1

1 （2.11.1）

式中： cI 为晶体管T的集电极电流，且 1ooc III ； 为T的电流放大系数；对于锗管 BEV 可按0.3V

估算，对于硅管 BEV 按0.7V估算。

2.11.4 实验内容及步骤

1．整流滤波电路测试

按图2.32连接实验电路，取工频交流电源14V电压作为整流电路输入电压 2V 。接通工频电源，用

示波器观察 2V 和 LV 的波形，把数据及波形记入自拟表格中。

1C 2C

F100 F100 5002R

1V 2V

LV

3V

图 2.32 整流滤波电路

+

_

~ ~

图2.29 整流全桥管脚

42

2．集成稳压器性能测试

断开工频电源，按图2.28改接实验电路，取负载电阻 120LR 。

接通工频14V 电源，测量 2V 值；测量滤波电路输出电压 4V (即稳压器输入电压)，集成稳压器

输出电压 oV ，它们的数值应该与理论值大致符合，否则就意味着电路出了故障，应设法查找故障并

加以排除。电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项指标的测试。

（1）输出电压 oV 和 大输出电流 maxoI 的测量。

输出端接负载电阻 120LR ，由于W7812输出电压 VVo 12 ，流过 LR 的电流为 mAIo 100max 。

这时 oV 应基本保持不变，若变化较大则说明集成电路性能不良。

（2）稳压系数 S 的测量

取 mAIo 100 ，按表 2.24 改变整流电路输入电压 2V 以模拟电网电压波动（可在交流电压入端串

入不同阻值电阻），分别测出相应的稳压器输入电压 4V 及输出直流电压 oV ，记入表中。

表 2.24 稳压系数的测量 （ mAIo 100 ）

测试值 计算值

)(2 VV )(4 VV )(VVo 常数

LR

ii

oo

VV

VVS

/

/

14

12S

23S

（3）输出电阻 oR 的测量

取 VV 142 ，改变负载大小，使 0oI （空载）、 mAIo 50 和 mAIo 100 ，测量相应的 oV 值，

记入表 2.25。

表 2.25 输出电阻的测量

测试值 计算值

)(mAIo )(VVo )(

常数iVo

oo

I

VR

空载

50

100

12oR

23oR

3.集成稳压器性能扩展

根据实验器材，选取图2.30和2.31中各元器件，并自拟测试方法与表格，记录实验结果。

2.11.5 实验预习要求

1．复习有关集成稳压器的内容；列出实验内容中所要求的各个数据表格；

2．讨论在测量稳压系数和输出电阻时，应怎样选择测试仪表？

2.11.6 实验报告要求

1.整理实验数据，计算 S 和 oR ，并与手册上的典型值进行比较。

2.分析讨论实验中发生的现象和问题。

43

第三章 数字电子技术实验 

3.1 实验一 门电路逻辑功能及参数测试

3.1.1 实验目的

1．掌握集成门电路的逻辑功能和主要参数的测试方法；

2．掌握 TTL 和 CMOS 集成器件的使用规则；

3．熟悉门电路的外形和引脚排列；

4．熟悉电子综合实验台数字电路部分及双踪示波器的使用方法。

3.1.2 实验设备与器件

1．+5V 直流稳压电源； 2．逻辑电平开关； 3．逻辑电平显示；

4．万用表； 5．双踪示波器； 6．信号发生器；

7．元器件：74LS00×1；CC4001×1；74LS125×1；74LS20×1；管座若干。

3.1.3 基本知识

1．TTL 集成门电路

TTL 集成门电路主要由双极型三极管组成。TTL 集成门电路的生产工艺已非常成熟，其产品参

数稳定、工作可靠、开关速度高，获得了广泛应用。

（1）TTL 门电路的功能（以与非门为例）

本次实验所用到的 TTL 集成逻辑门电路 74LS00 是四二输入与非门，即在一片集成块内含有四

个互相独立的与非门，每个与非门有两个输入端。其引脚排列及逻辑图如图 3.1 所示。其功能是 A、

B 输入全为高时，输出才为低。

9 8

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

V CC 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

2A 2B 2Y1A 1B 1Y GND

& &

& &

图 3.1 74LS00 引脚排列图

（2）TTL 门电路的主要参数

① 低电平输出电源电流 CCLI 和高电平输出电源电流 CCHI

门电路处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。 CCLI 指所有输入端悬空，输出端空载

44

时，电源提供器件的电流。 CCHI 指输出端空载，每个门各有一个以上的输入端接地，其余输入端悬

空时，电源提供给器件的电流。通常 CCLI ＞ CCHI ，它们的大小标志着门电路静态功耗的大小。

导通功耗： CCL CCL CCP I V

截止功耗： CCH CCH CCP I V

由于 CCLI 较大，一般手册中提供的功耗值为 CCLP 。

② 输入短路电流（输入低电平电流） ISI

ISI 是指被测输入端接地、其余输入端悬空时被测输入端流出的电流。

③ 输入高电平电流（输入漏电流） IHI

IHI 是指被测输入端接高电平，其余输入端悬空时，流进输入端的电流。

④ 平均延迟时间 pdt

pdt 是门电路重要的开关时间参数， pd PLH PHL( ) / 2t t t 。 pdt 越小，说明门电路的开关速度越

高，工作频率也越高。

⑤ 电压传输特性

电压传输特性是反映输出电压与输入电压之间关系的特性曲线。利用电压传输特性曲线可检查

和判断门电路是否具备很好的开关特性，可确定主要参数 OHV 、 OLV 、开门电平 ONV 、关门电平 OFFV 、

阈值电压 THV 及表征抗干扰能力的参数高电平噪声容限、低电平噪声容限等。

（3）TTL 集成门的使用注意事项

TTL 集成门电路的使用比较简单方便，但要注意以下几点：

① 插装集成电路时，要认清定位标记，不得插反。

② 电源电压使用范围比较窄，一般在 4.5~5.5V 之间，严禁颠倒电源极性。

③ 多余输入端的处理方法：

悬空，相当于逻辑 1，对于一般小规模电路（如与门、与非门）的输入端，实验时允许悬空处

理，但输入端悬空，易受外界干扰，有时会造成电路的误动作，对于中规模以上电路或较复杂的电

路，不允许悬空，而是直接接入 VCC或串入一个适当阻值电阻（1~10kΩ）接到 VCC；若前级驱动能

力允许，可以与有用端并联使用。

④ 除“三态门、集电极开路门”外，TTL 电路的输出端不允许并联使用，更不允许与电源或地

短路，否则可能造成器件损坏。

2．CMOS 集成门电路

CMOS 集成门电路是一种互补的 MOS 集成电路，它是由一只 P 沟道 MOS 管和一只 N 沟道 MOS

管组合起来构成的 MOS 电路。国产 CMOS 电路主要有 4000 系列和高速系列。高速 CMOS 电路主

要有 CC54HC/CC74HC 和 CC54HCT/CC74HCT 两个子系列。

（1） CMOS 门电路逻辑功能（以或非门为例）

本次实验所用到的 CC4001 是四二输入或非门，其引脚排列及逻辑图如图 3.2 所示。CMOS 或非

门的内部结构虽然与 TTL 或非门结构不同，但它们的逻辑功能完全一样，即： A、B 输入有一位为

高，输出 Y 就为低，输入全低，输出才为高。

（2） CMOS 集成门主要参数

CMOS 集成门电路主要参数的定义及测试方法与 TTL 相仿，只不过结构不同，性能特点、具体

参数值不同。

45

（3） CMOS 集成门使用注意事项

由于 CMOS 集成门电路具有很高的输入阻抗，很容易因感应静电而被击穿。虽然内部有多层保

护电路，但使用时还要注意以下几点：

① CC4000 系列的电源电压范围为 3~18V，实验中一般要求使用+12V 或+15V 电源。工作在不

同电源电压下的器件，其输出阻抗、工作速度和功耗等参数也会不同，在设计使用时应引起注意。

② 为避免瞬态电压损坏器件，严禁带电插、拔器件或拆装电路板。

③ 焊接 CMOS 电路应采用 20W（或 25W）内热式电烙铁，功率不宜过大并且烙铁要良好接地。

④ 闲置输入端一律不准悬空。输入端悬空，不仅会造成逻辑混乱，而且容易损坏器件；闲置输

入端不宜与使用输入端并联使用，因为这样会增大输入电容，使电路的工作速度下降。但在工作速

度很低的情况下，允许与有用输入端并联使用。闲置端的处理方法：按照逻辑要求直接接 VDD或 VSS。

⑤ 除三态门、漏极开路的门电路外，一般不允许几个器件输出端并联使用。但为了增加驱动能

力，允许把同一芯片上电路并联使用，此时器件的输入端与输出端均对应相连。如图 3.3 所示。

9 8

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

VDD 4B4A 4Y 3B 3A3Y

2A2B2Y1A 1B 1Y VSS

≥1

≥1

≥1

≥1

1

1

1

同一集成芯片

IvOv

图 3.2 CC4001 引脚排列图 图 3.3 增大 CMOS 电路驱动能力的接法

3.1.4 实验内容及步骤

1．TTL 与非门的逻辑功能及主要参数测试

（1） TTL 与非门的逻辑功能测试

将 74LS00 中的一个与非门按图 3.4 连线，输入端接逻辑电平开关，输出端接逻辑电平显示，改

变输入端的状态，观察输出状态并填入表 1 中。写出 Y 的逻辑式，Y= 。

图 3.4 74LS00 逻辑功能测试电路

（2） 测试输出高电平 OHV

输出高电平 OHV 是指与非门中有一个（或几个）输入端接低电平时，输出端的电平值。测试电

路如图 3.5(a)所示，用数字万用表测出 OHV = 。

（3） 测试输出低电平 OLV

输出低电平 OLV 是指与非门中输入端全为高电平时，输出端的电平值。测试电路如图 3.5(b)所示，

用万用表测出 OLV = 。

表 3.1 74LS00 逻辑功能测试表

A B Y

0 0

0 1

1 0

1 1

Y&A

B

VCC

46

&A

BOHV

CCV

CCV

&A

BOLV

(a) (b)

图 3.5 74LS00 输出电平测试电路

（4） 电压传输特性的测试

按图 3.6 接线，调节电位器 WR ，用电压表测量当 Iv 分别为 0.3V、1.0V、1.3V、1.4V、2V、3V、

3.5V 时对应的 Ov 的值。填入表 3.2 中，并画出传输特性曲线。

（5） 用 TTL 与非门控制矩形脉冲信号输出

按图 3.7 所示，将 A 端接数字信号发生器连续脉冲输出插孔，接入频率为 1kHz 的连续脉冲（注

意从信号发生器的 TTL 输出端输出脉冲信号），B 端接逻辑电平开关，输出送示波器，改变 B，记录

输出波形，填入表 3.3 中，总结实验现象。

Y&A

B

VCC

图 3.7 与非门控制脉冲输出测试电路

2．CMOS 或非门的逻辑功能及主要参数测试

如图 3.8，在 CC4001 中选择一个或非门，将输入端接逻辑电平开关，输出端 Y 接逻辑电平显示，

逻辑电平开关按表 3.4 置位，将输出端状态和电压表测得的输出电压填入表中，并写出 Y 的逻辑式，

Y= 。

I/Vv 0.3V 1.0V 1.3V 1.4V 2V 3V 3.5V

O/Vv

表 3.3 与非门控制脉冲输出测试表

A B Y

0

1

表 3.2 电压传输特性测试表

CCV

&A

BWR

10k Y

Iv

Ov

图 3.6 74LS00 电压传输特性测试电路

YA

B

VCC

≥1

图 3.8 CC4001 逻辑功能测试电路

表 3.4 CC4001 逻辑功能及输出电压测试表

输入 输出

A B Y VY（V）

0 0

0 1

1 0

1 1

47

3．TTL 三态门逻辑功能测试

将 TTL 三态门 74LS125 和与非门 74LS00 按图 3.9 连线，输入端（A、B、E）接逻辑电平开关，

输出端接逻辑电平显示。按表 3.5 置位，观察输出端 Y 的状态，将结果填入表中，写出 Y 的逻辑式，

Y= ，总结该电路是如何传递信息的。

Y

A

B

&E

图 3.9 74LS125 三态门测试电路

3.1.5 选做实验

简易竞赛抢答器电路原理图如图 3.10 所示，其中

S1、S2、S3 分别为三组抢答开关。

要求：在分析电路工作原理的基础上，利用逻辑电

平开关，逻辑电平显示，自行设计实验步骤并连接简易

竞赛抢答器电路，检查电路无误后接通电源，完成竞赛

抢答器电路的调试。

3.1.6 预习要求

1．预习 TTL 与非门的工作原理、真值表及各参数的意义；

2．复习 CMOS 门电路的功能及特点及三态门的使用方法；

3．熟悉本实验所用集成芯片的外引脚图；

4．分析选作实验原理，拟定实验步骤。

3.1.7 实验报告要求

1．整理测试记录，填写表格；

2．分析实验结果，与理论值是否相符；

3．分析简易竞赛抢答器电路的工作过程；

4．思考并回答问题：

（1）TTL 门电路和 CMOS 门电路各有什么特点？它们的多余输入端应如何处理？

（2）若用 74LS00 实现异或门，画出实现该电路的逻辑图，且回答：需要几片 74LS00？

& & &

+5V

+5V S3 S1S2

图 3.10 简易竞赛抢答器电路原理图

表 3.5 74LS125 三态门测试表

E A B Y

0 0 0

0 1

1 0 1

1 1

48

3.2 实验二 编码、译码与显示

3.2.1 实验目的

1. 掌握中规模数字集成电路编码器、译码器的逻辑功能及工作原理；

2. 熟悉编码器、译码器、数码管的使用方法；

3. 了解编码器、译码器的应用。

3.2.2 实验设备与器件

1. +5V 直流稳压电源； 2. 逻辑电平开关； 3. 逻辑电平显示；

4. 数字万用表； 5. 双踪示波器； 6. 数字信号发生器；

7. 元器件：74LS138×1；74LS148×1；CC4511×1；BS201×1；管座若干。

3.2.3 基本知识

编码和译码是数字电路（包括工业控制、单片机和 PC 机）常用的一种手段。通过编码器、译

码器可以解决家电、工业和工程上的许多问题，也是初学者必须掌握的数字电路知识。要正确使用

这些器件，必须清楚其逻辑功能表、器件各引脚的功能及有效电平。

1．编码器

在数字系统里，将表示了一定信息的高（低）电平编成二进制代码的过程称为编码。具有编码

功能的逻辑电路称为编码器。例如，计算机的键盘输入逻辑电路就是由编码器组成，它将键盘上的

大、小写英文字母、数字及符号等每一输入信号转化为对应的二进制代码。

按照被编码信号的不同特点和要求，编码器可分为二进制编码

器、二－十进制编码器和优先编码器。

本次实验所用到的编码器为 8 线－ 3 线优先编码器

74LS148，其引脚排列如图 3.11 所示，其管脚功能如下：

0 7~I I 为 8 线输入端， 0 2~Y Y 为 3 线输出端， S 端为使能

输入端（低电平有效）， sY 为使能输出端( sY =0，表示无输入信号)，

EXY 为扩展输出端( EXY =0，表示有输入信号)。74LS148 的真值表

如表 3.6 所示。

2．译码器

译码器又称多路分配器，其逻辑功能是将输入的每个二进制

代码译成对应的高、低电平信号，是编码的逆过程。

译码器在数字系统中有广泛的应用，不仅应用于代码的转换，终端的数字显示，还用于数据分

配，存贮器寻址和实现多种组合逻辑函数等。译码器按其用途可分为二进制译码器(也称变量译码器)，

二—十进制译码器(也称代码变换译码器)和显示译码器。不同的功能可选用不同种类的译码器。

(1) 二进制译码器

二进制译码器是用来表示输入变量状态的译码器，如n 位二进制译码器，即指译码器输入端有 n

图 3.11 74LS148 引脚排列图

1

2

3

4

5

6

7 10

11

12

13

14

VCC4I

3I

2I

1I

0I

5I

6I

7I

EXY

2Y

1Y

0YGND

S

9

15

16

8

SY

74LS148

49

个，输出端有2n个。2线—4线译码器74LS139，3线—8线译码器74LS138，4线—16线译码器74LS154

等都属于此类译码器。

表 3.6 8 线-3 线优先编码器 74LS148 真值表

输入 输出

S 0I 1I

2I 3I 4I 5I 6I 7I 2Y 1Y 0Y EXY

SY

1 × × × × × × × × 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

0 × × × × × × × 0 0 0 0 0 1

0 × × × × × × 0 1 0 0 1 0 1

0 × × × × × 0 1 1 0 1 0 0 1

0 × × × × 0 1 1 1 0 1 1 0 1

0 × × × 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1

0 × × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1

0 × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1

0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1

本次实验所用到的三位二进制译码器为 74LS138，其引脚排列如图 2 所示。图中 A2、A1、A0

为 3 个代码输入端； 0 7~Y Y 为 8 个译码输出端，输出低电平有效；S1、 2S 、 3S 为使能端（控制输

入端）。当 S1=1， 2S + 3S =0 时，器件使能，代码输入端所指定的输出端有信号 0 输出，其它输出端

为信号 1。

二进制译码器实际上也是数据分配器。任何一个带使能端的译码器都可做分配器使用。使用时，

译码器的使能端为分配器的数据信号输入端。图 3 为 74LS138 作为八输出分配器使用的原理图，图

中使能端 2S 作为数据输入端（同时令 S1=1， 3S =0），那么输入的数据信息将以原码的形式从地址码

A2、A1、A0 指定的输出端输出；若 S1 作为数据输入端（同时令 2S = 3S ＝0），那么输入的数据信息

将以反码的形式从地址码 A2、A1、A0 指定的输出端输出；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。

此外，利用使能端可以把两个 3 线－8 线译码器组合成一个 4 线－16 线译码器，利用二进制译

码器可以实现一些逻辑函数。

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

V CC

GND

91516

8

74LS138

521

0A 1A 2A S1S3S2 7Y

6Y0

Y Y Y 3Y 4Y Y

图 3.12 74LS138 引脚排列图 图 3.13 74LS138 作数据分配器

(2) 二—十进制译码器

二—十进制译码器的功能是将 4 位 BCD 码的 10 组代码译成与 10 个十进制数字相对应的输出信

号。例如，常用芯片 74LS42 便是一个将 8421 码转换成十进制数字的译码器，其输入 A3～A0 为 8421

654

74LS138

“1” “0”

0Y 1Y 2Y 3Y Y Y Y 7Y

S2 S3S12A1A0A

地址输入数据输入

分配器输出

“0”

3

50

码，输出 0Y ～ 9Y 分别代表十进制数字 0～9，该译码器的输出为低电平有效。另外，对于 8421 码中

不允许出现的 6 个非法码（1010～1111），译码器输出端 0Y ～ 9Y 均无低电平信号产生，即译码器对

这 6 个非法码拒绝翻译。这种译码器的优点是当输入端出现非法码时，电路不会产生错误译码。

(3) 显示译码器

显示译码器是驱动显示器件的核心部件，它可以将输入代码转换成相应数字并显示在显示器上。

① 显示器件

显示器件有多种类型，各有特点，应按使用的场所选购。这里主要介绍目前 常用的数字显示

器 LED 数码管。

LED 数码管是由发光二极管作为显示字段的数码显示器件，分共阴和共阳两种。常用共阴型有

BS201、BS202、BS203 等；共阳型有 BS211、BS212、BS213 等。图 3.14 分别是共阴数码管、共阳

数码管的引脚功能和相应接法。图中七只发光二极管(a～g 七段)构成字型“8”，还有一只发光二极

管 dp 作为小数点。另外，图中 com 端为公共端，若为共阴数码管，使用时 com 端接地；若为共阳

数码管，com 则接电源。

(a) 引脚功能 (b) 共阴极 (c) 共阳极

图 3.14 LED 显示器引脚功能和两种接法

② 七段显示译码器

由于 LED 数码管分为共阳型和共阴型，因此，七段显示译码器也相应分为输出低电平有效和输

出高电平有效两类，分别与相应类型的数码管配合使用。如输出高电平有效的显示译码器 74LS48、

74LS248、74LS49、74LS249 以及 CC4511 等必须配合共阴极数码管使用，而 74LS46、74LS47、74LS247

则必须驱动共阳极数码管。74LS48、74LS248、CC4511 内部具有上拉电阻，其余均为 OC 输出。

在使用时七段显示译码器驱动数码管时，应注意以下几个方面：

如果七段显示译码器是 OC 输出，则需要接上拉电阻。

如果七段显示译码器的驱动电流与 LED 器件的正常工作电流近似，那么可以直接驱动

LED。如果七段译码器驱动能力不够大，特别是驱动共阴极 LED 时，可以在两者之间加适当的上拉

电阻，以增大驱动电流。如 74LS48 驱动共阴极数码管 BS201 时，要 LED 有正常显示亮度，就需在

译码器输出管的集电极到 VCC之间接入 450Ω的上拉电阻。

如果驱动电流大于 LED 正常工作电流许多，那么两者之间就要加限流电阻，根据 LED 的

参数估算限流电阻的大小。例如，使用 CC4511 驱动 BS201，CC4511 的驱动电流可高达 25mA，而

BS201 每段二极管正常工作电流在 5～10mA，所以二者之间必须加限流电阻。图 3.15 为 CC4511 与

一位 LED 数码管相连接的示意图。图中 R 的阻值可按下式选择。

R=（VDD-VF）/ISEG (3.2.1)

51

式中：VDD 为电源电压，对共阴数码管而言则是显示译码器的输出高电平 VOH ；VF是 LED 的

正向压降，约为 2V；ISEG为每个 LEN 的正常工作电流，ISEG≈5～10mA。

③ 显示译码器 CC4511

本次实验中选用的 CC4511 是一只驱动共阴极数码管的七段显示译码器，其引脚排列如图 6 所

示。真值表如表 3.7 所示。

图 3.15 CC4511 驱动一位 LED 数码管 图 3.16 CC4511 的引脚排列图

表 3.7 CC4511 真值表

输 入 输 出

LT BI LE D C B A a b c d e f g

数字

显示

0 × × × × × × 1 1 1 1 1 1 1

1 0 × × × × × 0 0 0 0 0 0 0 灭灯

1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0

1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0

1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1

1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1

1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1

1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 灭灯

1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 灭灯

1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 灭灯

1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 灭灯

1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 灭灯

1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 灭灯

1 1 1 × × × × 锁 存 锁存

由 CC4511 的真值表可知，辅助控制端 LT 、 BI 、LE 功能如下：

灯测试输入端 LT ： LT 的作用是检测数码管各段是否能正常发光，当 LT =0，译码输出全

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

VDD

VSS

91516

8

CC4511

a bf g c d e

AB DC LT BI LE

52

为 1，数码管显示字符 8。

灭灯输入 BI ： BI =0 时，译码输出全为 0，数码管熄灭。

锁定端 LE：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。

另外，译码器还具有拒伪码的功能，当输入码超过 1001 时，译码器输出全为 0，数码管熄灭。

3.2.4 实验内容及步骤

1．74LS138 逻辑功能测试

测试电路如图 3.17 所示，将译码器使能端 S1、 2S 、 3S 及地址端 A0、A1、A2 接逻辑电平开关，

输出 0 7~Y Y 接逻辑电平显示，按表 3.8 逐项测试 74LS138 的逻辑功能。

表 3.8 74LS138 逻辑功能测试表

2．74LS138 的应用

用 74LS138 构成时序脉冲分配器。

① 参照图 3.18 和实验原理说明，将频率为 1kHz 的时钟脉冲 CP

作为输入数据，要求数据分配器输出端 0 7~Y Y 输出的脉冲与CP同相。

② 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 0 7~Y Y 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，说明是否符合分配器的逻

辑功能。

3．译码显示电路的测试

译码显示的实验电路如图 3.18 所示，通过资料或网络查找显示译

码器 CC4511 和共阴极数码管 BS201 参数，确定限流电阻 R 值。

将 CC4511 的 D、C、B、A 及LT 、BI 、LE 分别接逻辑电平开

关，按表 3.7 顺序改变输入端状态观察输出，验证结果是否与 CC4511

真值表相符。

74LS138

A0A1A2

S1

S2

S3

Y0

Y1Y2Y3

Y4Y5

Y6

Y7

图 3.17 74LS138 逻辑功能测试

图 3.18 译码显示实验电路

CC4511

LE

a b f gc d e

A B DC

ab

cd

e

f g

DP

LT BI

R

53

3.2.5 选做实验

1. 编码器逻辑功能测试

74LS148 的逻辑功能测试电路如图 3.19 所示，将输入端接逻辑电平开关，输出接逻辑电平显示，

按表 3.6 顺序进行测试，验证结果是否符合优先顺序以及编码结果是否正确。

2. 将 74LS148 的输出端接显示译码器的输入，检查编码对象与数字显示是否一致？若不一致，

分析其原因，检查故障并排除。

7I 6I 5I 4I

SYS 74LS148

3I 2I 1I 0I

EXY 2Y 1Y 0Y

图 3.19 74LS148 逻辑功能测试电路

3.2.6 实验预习要求

1. 仔细阅读 74LS138、CC4511、74LS148 的功能表，深刻理解其功能含义；

2. 认真画出每个实验的原理图（接线图），写出实验步骤；

3. 拟出实验中所需测试表格。

3.2.7 实验报告要求

1. 整理记录，分析测试结果的正确性。

2. 分析实验中所出现的故障，说明其排除方法。

3. 回答问题：说明 LED 七段数码管的判别方法，包括共阳、共阴的极性及好坏判别；字段引

脚判别。

54

3.3 实验三 数据选择器、加法器及其应用

3.3.1 实验目的

1. 了解数据选择器、加法器的工作原理及逻辑功能；

2. 掌握数据选择器、加法器的典型应用；

3. 进一步掌握使用 MSI（中规模数字集成电路）设计组合逻辑电路的方法。

3.3.2 实验设备与器件

1. +5V 直流稳压电源； 2. 逻辑电平开关； 3. 逻辑电平显示；

4.数字万用表； 5. 双踪示波器； 6. 数字信号发生器；

7. 元器件：74LS138×1；74LS153×1；74LS283×1；74LS00×1；管座若干。

3.3.3 基本知识

1．数据选择器

数据选择器又称多路开关（MUX），是一个多输入单输出的组合逻辑电路（有的具有两个互补

输出端）。其基本工作原理类似于单刀多掷开关，它在地址码（或称地址输入端）的控制下，将某一

路的输入数据送到输出端，以实现多通道数据传输。数据选择器的种类有 74LS157（双二选一）、

74LS153（双四选一）、74LS151（八选一）、74LS150（十六选一）等。

本次实验所用到的双四选一数据选择器 74LS153 引脚排列如图 3.20 所示，真值表如表 3.9 所示。

2．加法器

加法器是一种常用的组合逻辑功能器件，是计算机中 基本的运算单元电路。目前较多采用的

为四位加法器。按其进位方式的不同，加法器可分为串行进位加法器和超前进位加法器。

（1） 串行进位加法器

串行进位加法器是指全加器的任意一位的加法运算，都必须等到低位加法完成并送来进位信号

时才能产生。其特点为结构简单，但运算速度慢。

（2） 超前进位加法器

图 3.20 74LS153 的引脚排列图

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

V CC

GND

91516

8

74LS153

1S 1D0

2D0

1D1

2D1

1D2

2D2

1D3

2D3

1Y

2S 2YA0

A1

表 3.9 74LS153 真值表

55

所谓超前进位加法器是指为了提高运算速度，在电路结构中通过逻辑电路事先得出每一位全加

器的进位输入信号，而无需再从 低位开始向高位逐位传递进位信号的多位加法器。随着运算速度

的提高，电路的结构也相对复杂。 典型的 4 位超前进位加法器 74LS283，其平均运算速度约为 16ns。

74LS283 的引脚排列如图 3.21 所示。图中 CI 为第一位的进位数，CO 为四位二进制数相加后向高位

的进位。

3．MSI 实现组合逻辑函数

用 MSI 实现组合逻辑函数的基本方法就是函数对

照法。因为在 MSI 中，输出与输入信号之间的函数关系

已被固化，不能更改，所以为了使用这些器件构成所需

的逻辑电路，必须把要产生的逻辑函数变换成与所用器

件的逻辑函数式类似的形式。只有对常用的 MSI 产品的

性能十分熟悉，才能合理恰当的选用。

一般情况下，变量数≤n+1 的单输出组合逻辑函数

可用地址码位数为 n 的数据选择器实现；变量数≤n 的

多输出函数可用 n 位二进制译码器并附加门电路来实现；如果一个逻辑函数可分解为变量与变量相

加或变量与常数相加的形式，则可用加法器来实现。

3.3.4 实验内容及步骤

1．74LS153 逻辑功能的测试

在 74LS153 中任选一个四选一数据选择器，按图 3.22

连线，使能端 S 以及地址输入端 A1、A0 分别接逻辑电平开

关，输出端接逻辑电平显示，按表 3.10 逐项测试 74LS153

的逻辑功能。

2．数据选择器 74LS153 的应用

用74LSl53构成一位全加器，要求自行设计电路并接线。

输入接逻辑电平开关，输出端接逻辑电平显示器，按表 3.11 改变输入端的输入状态，测试全加器的

逻辑功能，并记录。

表 3.10 74LS153 功能测试表 表 3.11 74LSl53 构成全加器的功能测试表

S A1 A0 D3 D2 D1 D0 Y

0 0 0 0 × × ×

1

0 × 0 0 1 × ×

1 ×

0 0 1 0 ×

1 × ×

0 0 1 1

1 × × ×

A B CI S CO

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

图 3.21 74LS283 的引脚排列图

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

V CC

GND

91516

8

74LS283

S1 B1 A1 S0 A0 B0 CI

S3S2 A3 B3A2B2 CO

YA1

A0D0 D1 D2 D3

S

图 3.22 74LS153 功能测试电路

56

3．集成全加器 74LS283 的应用

设计一个代码转换电路，将 BCD 代码的 8421 码转换成余 3 码，要求自行设计电路并接线。按

表 3.12 顺序进行测试。

表 3.12 8421 码转换成余 3 码的功能测试表

输 入 输 出

D C B A Y3 Y2 Y1 Y0

0 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 0 1 1

0 1 0 0

0 1 0 1

0 1 1 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 0 1

3.3.5 选做实验

1. 设计一个组合逻辑电路。要求：某同学参加四门课程考试，规定如下:

① 课程 A 及格得 1 分，不及格得 0 分；

② 课程 B 及格得 2 分，不及格得 0 分；

③ 课程 C 及格得 3 分，不及格得 0 分；

④ 课程 D 及格得 5 分，不及格得 0 分。

若总得分大于 7 分(含 7 分) ，就可结业。用四选一数据选择器 74LS153 实现上述要求的 简逻

辑电路。

2. 设计一个密码锁逻辑电路

设计要求：密码锁上有三个按键 A、B、C。当三个按键同时按下，或 A、B 两个同时按下，锁

就能被打开（用 F 表开锁信号）；而当有键按下却不符合上述组合状态时，将发出报警信号（用 G

表示报警信号）

① 试用数据选择器 74LS153 或 74LS138 及与非门设计此逻辑电路。

② 用逻辑电平开关模拟键钮的按下和松开状态；开锁和报警信号用逻辑电平显示器表示。验证

所设计的逻辑电路，并列表记录实验结果。

3.3.6 预习要求

1. 熟悉本实验所用集成电路的逻辑功能、引脚图；

2. 在实验前必须对实验 2、3 及选做实验进行电路设计并画好接线图。

3.3.7 实验报告要求

1. 整理记录，分析测试结果的正确性；

2. 对实验内容 2、3 及选做实验要求写出全部设计过程；

3. 分析实验中所出现的故障，说明其排除方法。

57

3.4 实验四 触发器

3.4.1 实验目的

1. 掌握 JK 触发器、D 触发器的逻辑功能的测试方法；

2. 熟悉触发器之间相互转换的方法；

3. 了解触发器的应用。

3.4.2 实验设备与器件

1. +5V 直流稳压电源； 2. 逻辑电平开关； 3. 逻辑电平显示； 4. 数字万用表；

5. 双踪示波器； 6. 单次脉冲源； 7. 数字信号发生器；

8. 元器件：74LS112×1；74LS74×1；74LS75×1；74LS175×1；74LS20×1；管座若干。

3.4.3 基本知识

触发器是构成各种时序电路不可缺少的逻辑单元，在数字系统和计算机中有着广泛应用。其逻

辑功能特点是电路在某一时刻的输出状态不仅取决于此时刻输入信号的状态，还与电路原始状态有

关，并且当输入信号消失后，输入信号对电路的影响将以新的输出状态保持在输出端，即电路具有

存储和记忆信息的功能。

1．触发器的分类

触发器按其触发方式(电路结构)及动作特点可分为：基本 SR 触发器、电平(同步)触发器、脉冲(主

从)触发器和边沿触发器。

基本 SR 触发器的动作特点为输入直接控制输出，其结构简单，是构成各类触发器的基础，但

抗干扰能力差。电平(同步)触发器属于电平触发方式，即只在 CP=1 期间输入控制输出，由于存在空

翻现象，因此，不能用作计数器或移位寄存器，它只能用于 CP=1 期间输入信号不变化的场合。脉

冲(主从)触发器克服了同步触发器的空翻现象，一个 CP 周期触发器只动作一次，但在 CP=1 期间，

如果输入信号发生了变化（如干扰引起），主触发器也会发生类似的空翻现象，从而导致触发器发生

误动作，因此规定在 CP=1 期间输入信号不允许发生变化，给使用带来一定的限制。而边沿触发器

的输出只取决于边沿时刻（上升沿或下降沿）的输入信号，与其它时刻的输入信号无关，避免了空

翻现象，抗干扰能力强，是目前广泛应用的触发器类型。

触发器按逻辑功能分可分为：SR 触发器、JK 触发器、T 和 T'触发器、D 触发器。

触发器的逻辑功能和电路结构是完全不同的两个概念，两者之间没有固定的对应关系。同一种

逻辑功能的触发器，可以采用不同的电路结构来实现；而同一种电路结构的触发器又可以实现不同

的逻辑功能。例如，同为 D 触发器，可以采用电平触发结构或边沿触发结构；同为主从结构的触发

器，可以实现主从 SR 触发器和主从 JK 触发器。但是电路的结构方式与触发方式之间有固定的对应

关系。凡是采用同步 SR 结构的触发器，无论其逻辑功能如何，一定是电平触发方式；凡是采用主

从 SR 结构的触发器，无论其逻辑功能如何，一定是脉冲触发方式；凡是采用两个电平触发 D 触发

器、维持阻塞结构或者利用门电路传输延迟时间结构组成的触发器，无论其逻辑功能如何，一定是

边沿触发方式。逻辑功能和触发方式是触发器 重要的两个属性，因此在触发器集成电路器件的说

58

明材料中，对这两个特性都有明确的说明。

2．触发器逻辑功能的转换

在实际工作中,有时需要利用手中仅有的某逻辑功能的触发器去实现其他逻辑功能触发器的功

能，这就需要将触发器在逻辑功能上进行相互转换。这种转换可以在已有触发器的基础上通过连线

或附加逻辑电路来实现。因为触发器的逻辑功能可以用其特性方程来描述，将一种触发器的特性方

程变换为另一种触发器的特性方程，即可实现触发器的功能转换。

下面以 JK 触发器转换到 D 触发器为例加以说明。

JK 的特性方程为： 1n n nQ JQ KQ

D 的特性方程为： 1nQ D

为了将 JK 用 D 来表示，需要将 D 触发器的特性方程稍作变

换，即： 1 ( )n n n n nQ D Q Q DQ DQ

将上式与 JK 触发器的特性方程对比后可知，若令 ,J D K D ，便可得到 D 触发器。转换电

路如图 3.23 所示。

3．JK 触发器 74LS112

JK 触发器逻辑功能强，具有置“1”、置“0”、保持和取反的功能。74LS112 为双下降沿触发的

JK 触发器，其引脚排列如图 3.24 所示。内部为两个互相独立的下降沿触发的 JK 触发器，每个 JK

触发器中，J、K 是输入端，CP 是时钟脉冲输入端， DS 、 DR 分别是异步置 1、置 0 端，均为低电平

有效。其逻辑功能见表 3.13。

图 3.24 双 JK 触发器 74LS112 引脚排列图 图 3.25 双 D 触发器 74LS74 引脚排列图

4．D 触发器 74LS74

D 触发器的应用很广，可用于数字信号的寄存、移位、分频和波形发生等,是构成寄存器、计数

器的重要部件。本次实验所用到的 74LS74 为双上升沿触发的 D 触发器（有预置、清 0 功能）其引

脚排列如图 3.25 所示。其逻辑功能见表 3.14。

3.4.4 实验内容及步骤

1．JK 触发器的逻辑功能测试及应用

(1) 74LS112 逻辑功能测试

1J

1K

Q

Q1

CP

D

C1

图 3.23 将 JK触发器转换为D触发器

1K 1J 1Q

2J

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

V CC

GND

91516

8

74LS112

1CP 1SD

1RD 2CP 2K 2SD2RD 2Q

2Q1Q 1D 1Q

8

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

V CC

GND

9

74LS74

1CP 1SD1RD

2CP2D 2SD2RD 2Q

1Q

2Q

59

在 74LS112 中任取一只 JK 触发器，按图 3.26 连线，将 DS 、

DR 、J、K 端分别连接逻辑电平开关，CP 端接单次脉冲源，Q 、

Q端接至逻辑电平显示端。按表 3.13 逐项测试 74LS112 的逻辑

功能。

(2) 将 JK 触发器构成 T 触发器

将 JK 触发器的 J、K 端连在一起，即 J=K=T。设初态 1nQ ，

在 CP 端输入 1kHz 的连续脉冲，分别令 T=0 和 T=1，用示波器观察并记录 CP 与 Q 端波形之间的关

系以及 CP 的触发方式。

2．D 触发器逻辑功能测试

(1) 74LS74 逻辑功能测试

在 74LS74 中任选一个 D触发器，按图 3.27 连线，将 D、 DR 、

DS 端分别接逻辑电平开关，CP 端接单次脉冲源，Q、Q端接

至逻辑电平显示。按表 3.14 测试 D 触发器的逻辑功能。

(2) 将 D 触发器接成 T′触发器

将 D 触发器的Q 端与 D 端相连接， DR 、 DS 接高电平，在 CP 端输入 1kHz 连续脉冲，用示波

器同时观察输入和输出波形，记录 CP 与 Q 端波形之间的关系以及 CP 的触发方式。

3.4.5 选做实验

设计一四人抢答电路。要求四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示

灯亮，其它按钮再按下时不起作用。实验过程中可用逻辑电平开关代替按钮，逻辑电平显示代替指

示灯。

1. 参考电路一

图 3.28 是以四 D 锁存器 74LS75 为核心构成的四路抢答器。74LS75 的功能表如表 3.15 所示。

74LS75 中包含四个 D 锁存器，每两个 D 锁存器由一个锁存信号 G 控制，在 G 的高电平期间 Q 端的

状态跟随 D 端状态变化，在 G 变为低电平以后，Q 端将保持 G 变为低电平时 D 端状态。试分析该

抢答电路的工作原理。

输 入 输 出

DS DR CP J K 1n

Q

0 1 × × × 1

1 0 × × × 0

0 0 × × × 不定

1 1 ↓ 0 0 nQ

1 1 ↓ 0 1 0

1 1 ↓ 1 0 1

1 1 ↓ 1 1 nQ

输 入 输 出

DS DR 1n

Q

0 1 × × 1

1 0 × × 0

0 0 × × 不定

1 1 ↑ 0 0

1 1 ↑ 1 1

表 3.13 74LS112 功能表 表 3.14 74LS74 功能表

图 3.27 74LS74 逻辑功能测试电

R

SDS

DR

CP C1

1DQ

Q

D

1J

1K

Q

QR

S

C1

DS

DR

J

K

CP

图 3.26 74LS112 逻辑功能测试电

CP D

60

2. 参考电路二

图 3.29 是以四 D 触发器 74LS175 为核心构成的四路抢答器，74LS175 的功能表如表 3.16 所示，

其引脚排列见附录。74LS175 中包含四个维持阻塞结构的边沿 D 触发器，触发器输出端状态仅取决

于上升沿到达时刻 D 端状态。试分析该抢答电路的工作原理。

3.4.6 预习要求

1. 复习有关触发器内容；

2. 熟悉实验所用集成电路的逻辑功能及引脚排列图；

3. 在实验前必须对各个实验（尤其选做实验）进行电路设计并画好接线图。

3.4.7 实验报告要求

1. 整理测试记录，分析测试结果；

2. 总结观察到的波形，并描绘波形图；

3. 分析抢答电路的工作原理，并说明参考电路一与参考电路二工作原理有何不同。

输 入 输 出

D G 1nQ 1nQ

0 1 0 1

1 1 1 0

× 0 nQ nQ

输 入 输 出

CLK D 1nQ 1nQ

0 × × 0 1

1 ↑ 1 1 0

1 ↑ 0 0 1

1 1 × nQ nQ

表 3.15 74LS75 功能表

图 3.28 以 74LS75 为核心构成的四路抢答器

表 3.16 74LS175 功能表

图 3.29 以 74LS175 为核心构成的四路抢答器

61

3.5 实验五 移位寄存器及其应用

3.5.1 实验目的

1．掌握中规模四位双向寄存器的逻辑功能及使用方法；

2．熟悉利用移位寄存器实现数据的串行、并行转换和构成顺序脉冲发生器的方法。

3.5.2 实验设备与器件

1．+5V 直流稳压电源； 2. 逻辑电平开关； 3. 逻辑电平显示；

4. 单次脉冲源； 5. 数字信号发生器；

6. 元器件：74LS194×1；74LS20×1；管座若干。

3.5.3 基本知识

1．移位寄存器的逻辑功能

移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，寄存器中的所存代码能够在移位脉冲的作用下依次

左移或右移。具有单向移位功能的寄存器称为单向移位寄存器，既能左移又能右移的寄存器称为双

向移位寄存器。根据存取信息的方式不同，移位寄存器分为串入串出、串入并出、并入串出、并入

并出四种形式。

本实验选用 4 位双向移位寄存器 74LS194，其引脚排列如图 3.30 所示。DIR 为数据右移串行输

入端，DIL为数据左移串行输入端，D0~D3 为数据并行输入端，Q0~Q3 为数据并行输出端。74LS194 有

5 种操作模式，即并行送数寄存、右移、左移、保持和清零。74LS194 的功能表如表 3.17 所示。

2. 移位寄存器的应用

移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器、顺序脉冲发生器、串行累加器，可用于数

据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等。本实验主要研究移位寄

存器用作顺序脉冲发生器以及利用移位寄存器实现数据的串-并行转换的方法。

(1) 构成顺序脉冲发生器

顺序脉冲发生器也称节拍脉冲产生器，是计算机及通信设备经常使用的一种逻辑部件。它具有

表 3.17 74LS194 功能表

DR CP S1 S0 0Q 1Q 2Q 3Q 工作状态

0 × × × 0 0 0 0 清零

1 ↑ 0 0 0nQ

1nQ 2

nQ 3nQ 保持

1 ↑ 0 1 DIR Q0 Q1 Q2 右移

1 ↑ 1 0 Q2 Q1 Q0 DIL 左移

1 ↑ 1 1 D3 D2 D1 D0 并行置数

DIR D0 D3

CP

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

VCC

GND

91516

8

74LS194

RD D1

Q0 Q2 Q3 S1Q1 S0

DILD2

图 3.30 74LS194 引脚排列图

62

多个输出端，在这些输出端上按一定的时间顺序逐个地输出节拍控制脉冲。

图 3.31 为 74LS194 构成的顺序脉冲发生器。将移位寄存器的 3Q 和数据右移串行输入端 DIR 相

连接。循环前，先使 S1=S0=1，将预置数并行置入，然后改变 S1、S0 电平，使预置数右循环。设预

置数据为0001，则在时钟脉冲作用下0 1 2 3Q Q Q Q 将依次变为1000→0100→0010→0001，然后回到1000，

输出端输出了在时间上有先后顺序的脉冲。另外由于此电路是一个具有四个有效状态的计数器，通

常也称之为环型计数器。

(2) 构成串行/并行转换器

串行∕并行转换器是指串行输入的数据，经转换电路之后变换成并行输出，图 3.32 是用四位双

向移位寄存器 74LS194 组成的三位串行∕并行转换电路。

串行⁄并行转换的具体过程如下：转换前， DR 端加低电平，使寄存器的内容清 0，此时 S1S0=11，

寄存器处于并行置入工作方式。当第一个 CP 脉冲到来后，寄存器的输出状态 Q0～Q3 为 0111，与此

同时 S1S0 变为 01，转换电路变为执行串入右移工作方式，串行

输入数据由 DIR端加入。随着 CP 脉冲的依次输入，输出状态的

变化如表 3.18 所示。

由表 3.18 可见，右移操作三次后，Q3 变成 0，S1S0 又变成

11，说明串行输入结束。这时，串行输入的数码已经转换成了

并行输出。当再来一个 CP 脉冲时，电路又重新执行一次并行输

入，为第二组串行数码转换做好准备。

3.5.4 实验内容及步骤

1．74LS194 的逻辑功能测试

将 74LS194 的各输入端接逻辑电平开关，CP 接单次脉冲，输出接逻辑电平显示，按照表 3.19

的顺序逐项进行测试，观察输出状态，并将结果填入表中。

2．构成顺序脉冲发生器

将 74LS194 按图 3.31 连线。输入接逻辑电平开关，输出接逻辑电平显示，CP 接数字信号发生

器的低频连续脉冲。用并行送数法置寄存器为 0111，然后进行循环右移，观察寄存器输出端状态的

变化，并记录状态转换关系。

3．实现数据的并行输入、串行输出

按图 3.33 接线，CP 接低频连续脉冲，清零端及转换启动端接单次脉冲，进行并入、串出实验，

并入数据 D1D2D3=101。填写表格 3.20，并说明其工作过程。

S0

S1

DIR

D0 D1 D2 D3 DIL

Q0 Q1 Q2 Q3

74LS194

CP CP

+5V

+5V1

0

RD

D0 D1 D2 D 3

Q 0 Q1 Q2 Q3

RD

S1

S0DIR

DILCP

1

“1”

“1”

串行输入

d2 d1 d0 74LS194

CP清零信号

转换结束标志并行输出

RD

图 3.31 用 74LS194 构成顺序脉冲发生器 图 3.32 用 74LS194 构成构成三位串行⁄并行转换器

表 3.18 串行⁄并行转换过程

CP Q0 Q1 Q2 Q3 说明

0 0 0 0 0 清零

1 0 1 1 1 送数

2 d0 0 1 1

3 d1 d0 0 1

4 d2 d1 d0 0

右移

操作

三次

5 0 1 1 1 送数

63

3.5.5 选做实验

利用移位寄存器 74LS194 分别实现下列三种彩灯图案，自行设计电路并进行测试。

1.左右摆动：

2.暗带移动：

3.逐次点亮逐次熄灭：

3.5.6 预习要求

1．预习有关移位寄存器及串行、并行转换器的有关内容，熟悉移位寄存器 74LS194 的逻辑功能

及引脚排列图；

2．对实验三拟定出详细的实验步骤；

3．设计选做实验电路，并画好接线图。

3.5.7 实验报告要求

1．整理测试记录，分析测试结果；

2．画出选做实验电路图，并分析其工作原理；

3．总结移位寄存器 74LS194 的逻辑功能。

0101 1010

0000 1000 1100 1110

1111011100110001

表 3.19 74LS194 逻辑功能测试表

输 入 输 出

DR S1 S0 CP DIL DIR D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 功能说明

0 × × × × × × × × ×

1 1 1 ↑ × × 1 0 1 0

1 0 1 ↑ × 1 × × × ×

1 0 1 ↑ × 0 × × × ×

1 1 0 ↑ 1 × × × × ×

1 1 0 ↑ 0 × × × × ×

1 0 0 ↑ × × × × × ×

DIR

S1S0

D0 D1 D2 D3DILCP RD

“1”

串行输出

74LS194

CP

转换启动信号

转换结束标志

并行输入

1

&

“1”

Q0 Q1 Q2 Q3

清零信号

RD

图 3.33 用 74LS194 构成三位并行⁄串行转换器

表 3.20 并入/串出测试表

CP DR Q0 Q1 Q2 Q3 功能说明

0 0

1 1

2 1

3 1

4 1

5 1

0111 1011 1101 1110

64

3.6 实验六 计数器及其应用

3.6.1 实验目的

1．掌握集成计数器 74LS192 的功能测试及应用；

2．熟悉集成计数、译码、显示电路；

3．了解计数器与分频器的关系。

3.6.2 实验设备与器件

1. +5V 直流稳压电源； 2. 逻辑电平开关； 3. 逻辑电平显示；

4.单次脉冲源； 5.双踪示波器 6.数字信号发生器；

7.元器件： 74LS192×2； 74LS20×1； 74LS161×1；管座若干。

3.6.3 基本知识

1．分频器

在数字电路中，计数器属于时序电路，主要由具有记忆功能的触发器构成。计数器不仅用来记

录脉冲的个数，还用作分频、程序控制及逻辑控制等，在计算机及各种数字仪表中得到广泛的应用。

分频器是一种时间基准信号产生电路，可使输出脉冲的频率为输入脉冲频率 1/N。时钟频率经

过不同类型的分频器后，会产生不同的频率信号供数字系统使用。

由于 N 进制计数器的进位输出脉冲就是输入脉冲的 N 分频，因此，N 进制计数器就可直接作 N

分频器使用，如 5 进制计数器就可作 5 分频器使用。另外，所有的二进制计数器其分频关系为每经

过一个触发器被二分频，如四位二进制加法计数器 74LS161，其时序图如图 3.34 所示。从图中可以

看出，若计数输入脉冲的频率为 0f ，则 Q0 、Q1 、Q2 和 Q3 端输出的频率依次为 00.5 f 、 00.25 f 、

00.125 f 、 00.0625 f 。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

CP

Q0

Q1

Q2

Q3

C

图 3.34 74LS161 的时序图

65

2．计数、译码及显示

计数器是利用二进制代码进行工作的数字设备基本部件，其应用范围非常广泛。然而在许多场

所，常常需要把计数、运算、测量或处理的结果直接用十进制形式显示出来。要达到这个目的，则

必须有译码电路将计数器的二进制信息翻译成十进制信息，再由数码管显示出来。其原理框图如图

3.35 所示。

本次实验计数器选用了同步十进制可逆计数器 74LS192，它具有双时钟输入，并具有清零和置

数等功能。74LS192 的引脚排列如图 3.36 所示。其中 LD —异步置数端，低电平有效； DR —异步清

零端，高电平有效； UCP —加计数脉冲； DCP —减计数脉冲； BO —借位输出端；CO —进位输出

端； 0D 1D 2D 3D —数据输入端； 0Q 1Q 2Q 3Q —数据输出端。

图 3.35 计数、译码、显示原图 图 3.36 74LS192 的引脚排列图

译码及驱动器件选用 BCD 码七段译码驱动器 CC4511 驱动共阴极数码管。接通+5V 电源和将计

数器输出的 BCD 码接至译码器的相应输入端，再结合上共阴极数码管，即可显示 0~9 的数字。

3.6.4 实验内容及步骤

1．测试同步十进制可逆计数器 74LS192 的逻辑功能

将 74LS192 的计数脉冲由单次脉冲源提供，清零端 RD、置数端 LD 、数据输入端 D3、D2、D1、

D0 分别接逻辑电平开关，输出端 Q3、Q2、Q1、Q0接实验板上的译码显示电路输入的相应插口 A、B、

C、D；CO和 BO接逻辑电平显示。按表 3.21 逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。

表 3.21 74LS192 逻辑功能测试表

输 入 输 出

RD LD CPU CPD D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0

1 × × × × × × × 0 0 0 0

0 0 × × d c b a d c b a

0 1 ↑ 1 × × × × 加计数

0 1 1 ↑ × × × × 减计数

2．用 74LS192 和 74LS00 按自拟电路连接，构成六进制加法计数器

计数脉冲由单次脉冲源提供，六进制加法计数器输出状态通过数码管显示，进位信号接逻辑电

平显示，观察并记录数码显示结果及进位信号和计数脉冲的频率关系。数码显示如有异常现象，分

析产生误动作的原因并提出解决办法。

Q1 Q0D1 Q2 GND

D2

Q3

D3

1 2 3 4 5 6 7

1011121314

V CC

91516

8

74LS192

CPD CPU

LDCOBORDD0

显

示

器

译

码

驱

动

计

数

器

… …

66

3．用 74LS192 构成一个 12 进制加法计数器

用两片 74LS192 和一片 74LS20 构成的一个 12 进制的计数器电路如图 3.37 所示。计数顺序是

1～12，无 0状态。试分析其工作原理，并通过译码显示其工作状态。

Q1 Q0Q2Q3+5V

74LS192

Q1 Q0Q2Q3

CO

LDCPU

CPD

RD

+5V1

0+5V

74LS192

CO

CPU

CPD

RD+5V1

0

LD

&

+5V

D1D2D3 D0D1D2D3 D0

图 3.37 用 74LS192 构成一个 12 进制加法计数器

3.6.5 选做实验

测试同步四位二进制加法计数器 74LS161 的分频关系。

74LS161 的测试电路如图 3.38 所示，逻辑功能表如表 2 所示。要求：

1．计数脉冲由单次脉冲源提供，输出端 Q3、Q2、Q1、Q0 接实验板上的译码显示电路输入的相

应插口 A、B、C、D；按表 3.222 顺序逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。

2．计数脉冲改用 1kHz 连续脉冲，用示波器观察 Q3、Q2、Q1、Q0 及进位信号 C 各点波形并描

绘下来。分析各点与计数脉冲的分频关系。

3.6.6 预习要求

1．复习有关计数器部分内容；

2．画出用 74LS192 和 74LS00 构成六进制加法计数器的电路图。

3.6.7 实验报告要求

1．画出实验线路图，记录、整理实验数据以及实验所得的有关波形；

2．画出用 74LS192 和 74LS00 构成的六进制加法计数器的计数、译码和显示的逻辑电路图。译

码器选用 CC4511，显示器选用 BS201；

3．总结计数器与分频器的关系。

74LS161

Q1 Q0

D1

Q2

D2 D0

Q3

D3RD

LDC

EP

ET

CP

图 3.38 74LS161 逻辑测试电路

表 3.22 74LS161 功能表

CP DR LD 工作状态

× 0 × × × 置 0

↑ 1 0 × × 置数

× 1 1 0 1 保持

× 1 1 × 0 保持（但 C=0）

↑ 1 1 1 1 计数

67

3.7 实验七 555 定时器及其应用

3.7.1 实验目的

1. 熟悉 555 定时器的组成及工作原理，掌握 555 定时器的典型应用；

2. 熟悉用示波器测量波形的周期、脉宽和幅值等。

3.7.2 实验设备与器件

1. +5V 直流稳压电源； 2. 双踪示波器； 3. 连续脉冲源； 4. 低频信号源；

5. 元器件：555；二极管 2CK13(或 IN4148)；电位器、电阻、电容、扬声器等

3.7.3 基本知识

1．555 集成定时器简介

555 定时器是一种数模混合的中规模集成电路，它结构简单、性能可靠、使用灵活方便，在工

业控制、定时、检测、报警等方面有着广泛应用。

目前生产的定时器有双极型和 CMOS 两大类。双极型产品型

号 后的 3 位数都是 555 或 556（双定时器）；CMOS 产品型号

后 4 位数码都是 7555 或 7556（双定时器）。它们的逻辑功能和引

脚排列完全相同。通常双极型定时器有较大的驱动能力，而 CMOS

定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。双极型 555 定时器电源

电压范围为 5～16V， 大负载电流可达 200mA；CMOS 型定时

器的电源电压为 3～18V， 大负载电流在 4 mA 以下。

555 集成定时器的引脚排列如图 3.39 所示。值得注意的是第 5 脚 Vco 为外接控制电压端，直接

控制 555 内部两个比较器的参考电压值，不用时可通过一高频旁路电容接地，使 555 内部两个比较

器的参考电压不受干扰。

2．555 定时器的应用

555 定时器只要外接很少的阻容元件就可很方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触

发器等多种应用电路。

(1) 构成单稳态触发器

单稳态触发器的主要用途是对脉冲波形进行整形、延时、定时等。

利用 555 定时器组成的单稳态电路及主要测试点的波形图如图 3.40 所示。图中 R、C 是定时器

件，单稳态触发器输出脉宽即为暂稳态时间，取决于外部定时元件 R、C 的值，即 ln 3 1.1Wt RC RC 。

通常 R 的取值范围为几百欧到几兆欧之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法。 Wt 的范围

可从几个微秒到几分钟。但必须注意，随着的宽度增加它的精度和稳定度也将下降。

在单稳态电路中，如果在电路的暂稳态持续时间内，加入新的触发信号，该脉冲不起作用，即

电路为不可重复单稳。因此，要求输入信号 vi 的周期必须大于 vo 的脉宽 Wt ；另外，如果触发信号

vi 的负脉冲宽度 1t 较宽，即单稳态触发器输出的脉宽 1Wt t 时，则要加微分电路，如图 3.40 中虚框

图 3.39 555 定时器的引脚排列

1 2 3 4

5678

V CC TH VCO

R DGND TR OUT

555

DISC

68

所示，图中二极管 D 的作用是不让正向尖脉冲加到触发器 2 端。

8 4

1

2

35

6

7

Rd

Cd

ov

iv

cv

DDV

R

C

555

0.01 F

0.01 F

5.1k

输出

t 1

tw

t

t0

0

t0

2/3Vcc

iv

cv

ov

(a)电路图 (b)工作波形

图 3.40 555 构成的单稳态触发器

(2) 构成多谐振荡器

以 555 定时器为主组成的多谐振荡器及主要测试点的波形图如图 3.41 所示。多谐振荡器的振

荡周期与电容充放电的时间有关。

图中充电时间为 1 A B0.7( )t R R C

放电时间为 2 B0.7t R C

振荡周期为 A B0.7( 2 )T R R C

占空比 1 A B

A B2

t R Rq

T R R

cv

ov8 4

12

3

5

6

7

DDV

C

555BR

AR

0.01 F

cv

t0

2/3Vcc

vo

t1t

1/3Vcc

0

t2

(a)电路图 (b)工作波形

图 3.41 555 构成的多谐振荡器

(3) 构成施密特触发器

施密特触发器被广泛用于整形、鉴幅等电路中。

利用 555 定时器构成的施密特触发器及主要测试点的波形图如图 3.42 所示，它的工作原理和

滞回比较器相似。当输入端加入三角波（或正弦波）信号时，在输出端得到方波信号。

3.7.4 实验内容及步骤

1．单稳态触发器

用 555 定时器设计一个单稳态触发器，要求输出脉冲宽度为 0.8ms，给定输入信号频率为 1kHz，

电容 C= 0.1μF，确定电阻 R 的值。并注意该电路在什么情况下要在输入端加入微分电路。用示波器

观察并记录 iv 、 cv 和 ov 的波形，测量输出信号的脉宽和周期，并与理论值相比较。

69

(a)电路图 (b)工作波形

图 3.42 555 构成的施密特触发器

2．多谐振荡器

用 555 定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡频率 1kHzf ，给定电容 0.1μFC ，确定电阻 1R 、

2R 的值。用示波器观测 cv 和 ov 的波形，并测量输出信号的周期（频率）和占空比。

3．施密特触发器

按图 3.42 进行实验，输入的三角波电压由函数发生器提供，用示波器观察并记录 cv 和 ov 的波形。

接入控制电压 coV ，以改变回差电压，观察并记录波形的变化。

3.7.5 选做实验

用 555 定时器构成门铃电路。

图 3.43 所示为“叮咚” 门铃电路。当按钮未

按下时，555 的 4 端 DR 通过 R4 接地，输出为低

电平，振荡器不振荡。按钮按下以后，电容 C1

通过 VD2 充电， DR 变为高电平，喇叭发出声音。

因按钮通过 VD1 将 R1 短接，故振荡频率较高，

发出“叮”的声音。松开按钮，C1 上的电压继

续维持， DR 等于高电平，振荡器继续振动，此

时，R1 已被串接入定时电路，所以振荡器频率

较前变低，发出“咚”的声音。同时 C1 通过 R4放电，当 C1上的电压放完， DR =0，振荡器停止工

作，喇叭也停止发出声音。要求：

1．按图连接电路，检查无误后接通电源，进行测试。

2．从理论上计算电路发出不同声音时的振荡频率各为多少。

3.7.6 预习要求

1．复习有关 555 定时器的工作原理及其应用；

2．拟定各个实验的步骤、方法以及实验中所需的数据表格。

3.7.7 实验报告要求

1．绘出详细的实验线路图，定量绘出观测到的波形；

2．分析、总结实验结果。

iv

t0

2/3Vcc

vo

t

1/3Vcc

0

8 4

12

3

5

6oviv

DDV

555

0.01 F

8 4

12

3

56

7

DDV

555

0.01 F

10k1R

33k2R

33k3R

0.01 F

2C4.7 F

1C +

100 F

3C

VD1VD2

SB

+

4.7k4R

图 3.43 用 555 定时器构成的门铃电路

70

3.8 实验八 D/A 和 A/D 转换器

3.8.1 实验目的

1. 熟悉 D/A 和 A/D 转换器的工作原理；

2. 熟悉集成 D/A 和 A/D 转换器的性能，掌握其使用方法。

3.8.2 实验设备与器件

1. +5V 直流稳压电源；2.逻辑电平开关；3.逻辑电平显示；4.数字电压表；5.双踪示波器；

6. 元器件：DAC0832×1；ADC0809×1；μA741×1；管座若干。

3.8.3 基本知识

D/A 和 A/D 转换器是计算机和外部设备间的重要接口，在自动控制、自动检测系统中得到广泛

应用。

1．D/A 转换器

D/A 即数/模转换器，简称 DAC（Digital To Analog Converter）。其作用是将二进制的数字量转换

为相应的模拟量。D/A 转换器的主要部件是电阻开关网络，其主要网络形式有权电阻网络和 R–2R

梯形电阻网络，其工作原理这里不作介绍。

集成 D/A 芯片类型很多，按生产工艺分有双极型、MOS 型等；按字长分有 8 位、10 位、12 位

等；按输出形式分有电压型和电流型。

本实验采用了美国国家半导体公司的 D/A 转换器 DAC0832，它是采用 CMOS 工艺生产的 8 位

D/A 转换集成电路芯片。它具有与微机连接简单、转换控制方便、价格低廉等特点，因而得到了广

泛的应用。图 3.44 和图 3.45 分别为 DAC0832 的内部逻辑图和管脚排列图。

下面简要说明各引脚的功能和使用方法。

1OUTI2OUTI

1

2

34

5

6

7

8

10 11

12

13

14

15

1617

18

19

20

9

0D

1D2D

3D

DGND

AGND

ILE

DAC0832

REFV

fR

CCV

XFER

2WR

D7

D6

D5

D4

CS

1WR

图 3.44 DAC0832 的内部结构图

D0～D7：8 位数据输入端，D7—MSB，D0—LSB，TTL 电平。

ILE：为输入寄存器允许信号，输入高电平有效。

图 3.45 DAC0832 的引脚排列图

71

CS：片选信号输入端，低电平有效。

WR1 ：输入寄存器写信号，输入低电平有效。当 ILE=1，且CS =0，WR1 =0 才能对 8 位输

入寄存器的数据进行更新； 1WR 1 时，它将数据锁存于输入寄存器中。

2WR ：DAC 寄存器写信号，低电平有效。当XFER 0 ， 2WR =0 时输入寄存器中的数

据传送到 8 位 DAC 寄存器中。

XFER ：数据传送控制信号，低电平有效。用来控制2WR 选通 8 位 DAC 寄存器。

IOUT1：DAC 电流输出 1。

IOUT2：DAC 电流输出 2。外接运放时，IOUT1 接运放的反相输入端，IOUT2 接运放的同

相输入端或模拟地。

Rf：反馈电阻。DAC0832 为电流输出型芯片，可外接运放，将电流输出转换成电压输出，

电阻 Rf 是集成在芯片内部的反馈电阻，并将其一端引出片外，为在片外连接运放提供方便。当 Rf

的引出端直接与运放输出端相连接，而不另外串接电阻时，则输出电压为：

REF0 2 nn

Vv D－

VREF：基准电压输入端。一般在-10V～+10V 范围内，由外电路提供，要求是一精密电源。

VCC：逻辑电源。在+5V～+15V 范围。

AGND：模拟地。为芯片模拟电路接地点。

DGND：数字地。为芯片数字电路接地点。

2．A/D 转换器

A/D 即模/数转换器，简称 ADC（Analog To Digital Converter），它将输入的模拟量转变为数字量

输出。

ADC0809 是 NS 公司生产的 CMOS 型 8 位逐次逼近

式 A/D 转换器，可分时转换 8 路模拟信号。其引脚排列

如图 3.46 所示，各引脚功能为：

IN0 ～IN7：8 路模拟信号输入端。

D0～D7：8 位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线，ADDC～

ADDA=000～111 时分别选中 IN0～IN7 。

ALE：地址锁存允许信号，输入高电平有效。

START：A／D 转换启动信号输入端，高电平

有效。

OE：输出允许信号，高电平有效。当 OE 为高

电平时，打开三态输出锁存器，将结果从 D0～D7 输出。

EOC：A／D 转换结束信号，输出高电平有效。

CLK：时钟脉冲输入端。

VREF(+)、VREF(-)：基准电压。—般 VREF(+)与 VCC

相连，VREF(-)与 GND 相连。

Vcc：电源电压，一般为+5V。

图 3.46 ADC0809 的引脚排列图

1

2

345

6

78

10 19

2021

22

23

2425

26

27

28

9

D7D6

D5

D4

ADDC

ADDBADDA

VCC

D3

D1

EOC

OE

STARTALE

CLOCK

VREF(+)

VREF(-)

ADC0809

IN0

IN1IN2IN3

IN4

IN5IN6IN7

11

12

13

14

D0

D2

GND

18

17

16

15

72

3.8.4 实验内容及步骤

1．D/A 转换器功能测试

（1）按图 3.47 连接实验电路，D0～D7接逻辑电平开关，输出 0v 接至数字电压表。

1 2 3

4

5

6

7

8

10

11

12

13

14

15

16

1718

19

20

9

0D

1D

2D

3D

D7

D6

D 5

D4

+5V

+

-

+12V

-12V

2

3

7

51

6

4

DAC0832

100kWR

ov

图 3.47 DAC0832 转换器实验电路

（2）调零。D0～D7 全部置为 0。调节电位器 WR 使 μA741 输出为零。

（3）按表 3.23 中所列的数字信号，逐次测量输出模拟电压的值，并填入表中并与理论值进行

比较。

表 3.23 用 DAC0832 及运放 μA741 组成的 D/A 转换电路功能测试

输 入 数 字 量 输出模拟电压/V

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 实测值 理论值

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 1 1

0 0 0 0 0 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 1 1 1 1 1

0 0 1 1 1 1 1 1

0 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1

2. A/D 转换器功能测试

（1）实验电路如图 3.48 所示，将三位地址线同时接地，选通模拟输入 IN0进行 A/D 转换；时钟

脉冲端接频率为 500kHz 的连续脉冲；启动信号 START 和地址锁存信号 ALE 相连，接单次脉冲；输出

允许信号 OE 固定接高电平；输出端 D7～D0分别接逻辑电平显示。

（2）调节电位器 Rp，输入单次脉冲，使 ADC0809 的输出 D7～D0全为高电平，测量输入的模拟电

压值，将结果填入表 3.24 中。

（3）调节电位器 RP，使输入模拟电压 iv 分别为 0V、0.1V、0.5、1V、2V、3V，每次输入一个单

次脉冲，观察并记录每次输出端的状态，填入表 3.24 中。

73

ivADDCADDB

25

VCC

D3 D2 D1 D0 EOC

OE

START

ALE

10

+5V

VREF(-)

VREF(+)

+5V

+5V

单次脉冲

连续脉冲

Rp

1k

IN0

D7 D6 D5 D4

ADC0809

ADDA

24 23

22

6

9171415818192021

12

11

26

16

13GND

7

CLK

图 3.48 A/D 转换器 ADC0809 实验电路

表 3.24 AD0809 转换器功能测试表

输 出 输入模拟电压/V

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

1 1 1 1 1 1 1 1

4

3

2

1

0.5

0.2

0.1

3.8.5 选做实验

用 D/A 转换器组成阶梯波发生器。用 4 位二进制计数器 74LS161、D/A 转换器 DAC0832 和集

成运放μA741 组成阶梯波发生器，电路如图 3.49 所示。将 1kHzf 的脉冲信号加到计数器的 CP

端，用示波器观察输出的波形并记录。

D0D1D2D3D4

CS

1WR

2WRXFERDGNDAGND

CCVILEREFV

f

1OUTI

2OUTI

...D7

R

DAC0832

CCV

EPET

LD

CP

0Q

1Q

2Q

3Q

GND

74LS161+5V

+

-

0v

CP

图 3.49 用 D/A 转换器组成阶梯波发生器

74

3.8.6 预习要求

1. 复习 D/A、A/D 转换器的工作原理；

2. 熟悉 DAC0832、ADC0809 各引脚功能、使用方法。

3.8.7 实验报告要求

1. 整理实验数据，分析测试结果；

2. 分析实验中出现的故障，说明其排除方法。

75

附    录 

附录 A．UT60F 型万用表的使用

UT60F 是一种性能稳定，安全可靠的数字万用表。整机电路设计以大规模集成电路双积分 A/D

转换器为核心，配以全量程的过载保护电路。适用于测量交直流电压、交直流电流、电阻、二极管、

电路通断、电容、频率等。是电子技术实验中常用的测量仪表。

UT60F 型万用表的主要功能和参数如附表 4 所示。

表 4 UT60F 型万用表的主要功能和参数

项目 参数

交、直流电流 400µA～10A

交、直流电压 400mV～1000V

电阻 400Ω～60MΩ

二极管测试 分辨力 10mV，开路电压约为 3V，显示正向压降近似值。

电路通断测试 分辨力 1Ω，开路电压约为 1.2V，蜂鸣器响

电容 4.000nF～6.000mF，

频率 4.000kHz～60.00MHz

UT60F 型万用表的外表结构如图 4 所示。各部分功能如下：

1——液晶显示器（LCD）

2——按键开关：用于选择各种测量功能。

3——旋钮开关：用于选择各种测量功能和量程。

4——HzVΩ：测量电压、电阻、二极管、电路通断、

电容或频率时的正极输入端，插入红表笔。

5——COM 插孔：负极输入端，插入黑表笔。

6——µAmA 电流插孔： 测量 µA 电流、mA

电流时的正极输入端，插入红表笔。

7——10A 电流插孔：测量 A 电流时的正极输入

端，插入红表笔。

内部电池的极性为红表笔（+）黑表笔(-)。

UT60F 型万用表的按键及功能说明如下：

（1）电源开关（POWER 黄色键）：用于打开或关闭仪表

的工作电源。

（2）选择测量（蓝色键）：当两个或两个以上测量功能复合在同一测量档位时，按蓝色键可以

选择需要的测量功能。

（3）背光开关（ 键）：打开或关闭液晶显示屏背光；

（4）自动/手动量程切换（RANGE 键）：开机预设为自动量程。按一下（小于 1 秒）进入手动

图 4 UT60F 型万用表外表结构

76

量程，此时每按一下（小于 1 秒）该键即上升一档量程，循环切换。如按住该键时间超过 1 秒，即

返回自动量程。

（5）保持显示（HOLD 键）：按 HOLD 键使仪表保持显示当前值，再按 HOLD 键时退出显示保

持；当按着 HOLD 键开机时，LCD 将全显，再按 HOLD 键则会退出全显。

（6）标准串行接口（RS232C 键）：按 RS232C 键可使仪表进入或退出数据输出状态。

（7）蜂鸣器：当 键、RANGE、HOLD、RS232C、蓝色键操作时，蜂鸣器发出声响。当电路

通断、二极管测试结果为导通时，蜂鸣器发出连续声响。

（8）自动关机 （Auto Power-off ）：当仪表开机的连续时间超过 10 分钟无旋钮开关切换及按

键操作时，显示器将消隐显示，仪表进入微功耗休眠状态，此时转动旋钮开关或按任一键（除黄色

键外），都可唤醒仪表恢复工作。如果是转动旋钮开关使仪表恢复工作，则之前的读数被清除，进入

旋钮开关指定的状态；如果是按键使仪表恢复工作，则恢复之前的读数，并进入保持状态，此时可

按 HOLD 键退出保持状态。 在 RS232C 接口输出数据状态下， Auto Power-off 功能失效, 仪表将不

会自动关机。

UT60F 型万用表的旋钮开关功能如表 5 所示。

表 5 UT60F 型万用表的旋钮开关功能

开关位置 功能说明

V 直流或交流电压测量

Ω 电阻测量、二极管测量、电路通断测试

电容测量

Hz 频率测量

µA 0.1µA 至 4.000mA 直流或交流电流测量

mA 0.01mA 至 400.0mA 直流或交流电流测量

A 10mA 至 10A 直流或交流电流测量

77

附录 B．SFG-1023 型函数信号发生器的使用

SFG-1023 型函数信号发生器的前面板如图 5 所示。

在前面板按下主电源按钮，屏幕显示初始设置如图 6 所示，表示 1kHz 正弦波。SFG-1023 型函

数信号发生器的主要显示如表 5 所示.

SFG-1023 型函数信号发生器输入键的功能及使用方法如表 7 所示。

SFG-1023 型函数信号发生器主要旋钮及端子的功能如表 8 所示。

SFG-1023 型函数信号发生器常用操作如表 9 所示。

表 6 SFG-1023 型函数信号发生器的主要显示

名称 符号 含义

7 段 LED 显示频率和电压值

TTL 指示器 指示 TTL 输出是否动作。

波形指示器 指示输出波形：正弦波、方波、三角波。

频率指示器 指示输出频率单位

电压单位 指示电压单位

-40dB 指示器 指示-40dB 衰减器是否动作。

PA 指示器 指示 PA 输出是否开启

表 7 SFG-1023 型函数信号发生器的输入键的功能及使用方法

名 称 符 号 功能及使用方法

波形键

选择波形

产生 TTL

开启 TTL 输出

图 5 SFG-1023 型函数信号发生器的前面板结构示意图

图 6 函数信号发生器初始显示

78

数字键

输入频率值

频率单位选择 选择频率单位

光标选择

左右移动光标，修正频率数值位置

-40dB 衰减

调节衰减振幅为-40dB

频率/电压显示

选择

在频率和电压间可切换显示

产生 PA

开启 PA 输出

SHIFT 键

选择输入键的第二功能。当按下 Shift 键时，

LED 灯就会亮

输出开/关键

输出 ON/OFF 切换，当输出键状态为 ON 时，

LED 灯亮。

表 8 SFG-1023 型函数信号发生器主要旋钮及端子的功能

名称 符号 功能

频率调制旋钮

顺时针旋转增大频率；逆时针旋转减小频率。

主输出

输出正弦波、方波和三角波，输出阻抗 59 欧。

TTL 输出

输出 TTL 波形

PA 输出

输出 PA 波形

79

表 9 SFG-1023 型函数信号发生器常用操作

常用操作 步骤及说明 图 示

1.按下波形键，选择正弦波

2.按下 2+5+0+shift+0（Hz）键

输出正弦波，250Hz，-40dB 振幅

3.按下输出键，按下 shift+3（-40dB）键

1.按下波形键，选择正弦波

2.按下 2+5+0+shift+0（Hz）键

输出正弦波，250Hz，-40dB 振幅

4.按下输出键，按下 shift+3（-40dB）键

1.按下波形键，选择三角波

2.按下 8+shift+9（kHz）键

输出三角波，8kHz，+2V 偏置

3.按下输出键，拉出偏移量旋钮并旋转

1.按下波形键，选择方波

振幅控制

设定正弦波、方波或三角波的幅度，顺时针旋转增大；逆时针

旋转减小。

DC 偏置控制

当拉起按钮，设置正弦波、方波和三角波的直流偏置范围。顺

时针旋转增大；逆时针旋转减小。加 50Ω负载时，范围在

-5V~+5V 之间

占空比控制

当拉起此按钮时，可在 25%~75%范围内调节方波或 TTL 波形

的占空比。顺时针旋转增大；逆时针旋转减小。

电源开关

主电源开关

80

2.按下 1+shift+8（MHz）键

方波，1MHz，45%占空比

3.按下输出键，拉出占空比旋钮并旋转

1.按下输出键

2.按下 shift+wave（TTL）键

TTL 输出，10kHz

3.按下 1+0+shift+9（kHz）键

81

附录 C．交流毫伏表的使用

交流毫伏表具有测量交流电压有效值和监视输出等功能。交流测量范围是 100mV～100V，分为

1、3、10、30、100、300mV，1、3、10、30、100V 共 11 档。交流毫伏表的基本使用方法如下。

1．开机前的准备工作：

（1）将测试探头连接至交流毫伏表的输入通道，并把探头的红、黑色插头短接；

（2）将量程开关选 高量程（100V）。

2．操作步骤：

（1）接通 220V 电源，按下电源开关，电源指示灯亮，仪器立刻工作。为了保证仪器稳定性，

需预热 10 秒钟后使用，开机后 10 秒钟内指针无规则摆动属正常；

（2）将输入测试探头上的红、黑插头断开后与被测电路并联（红插头接被测电路的正端，黑插

头接地端），观察表头指针在刻度盘上所指的位置，若指针在起始点位置基本没动，说明被测电路中

的电压甚小，且毫伏表量程选得过高，此时用递减法由高量程向低量程变换，直到表头指针指到满

刻度的 2/3 左右即可。

（3）准确读数。表头刻度盘上共刻有四条刻度。第一条刻度和第二条刻度为测量交流电压有效

值的专用刻度，第三条和第四条为测量分贝值的刻度。当量程开关分别选 1mV、10mV、100mV、

1V、10V、100V 档时，就从第一条刻度读数；当量程开关分别选 3mV、30mV、300mV、3V、30V

时，应从第二条刻度读数（逢 1 就从第一条刻度读数，逢 3 从第二刻度读数），单位为该量程的单位，

无需换算。例如：将量程开关置“1V”档，就从第一条刻度读数。若指针指的数字是在第一条刻度的

“0.7”处，其实际测量值为 0.7V；若量程开关置“3V”档，就从第二条刻度读数。若指针指在第二条

刻度的“ 2 ”处，其实际测量值为 2V。以上举例说明，当量程开关选在哪个档位，例如 1V 档位，此

时毫伏表可以测量外电路中电压的范围是 0～1V，满刻度的 大值也就是 1V。

3．注意事项：

（1）仪器在通电之前，一定要将输入电缆的红黑插头相互短接。防止仪器在通电时因外界干扰

信号通过输入电缆进入电路放大后，再进入表头将表针打弯。

（2）当不能预先知道被测电路中电压值大小时，必须首先将毫伏表的量程开关置 高量程，然

后根据表针所指的范围，采用递减法合理选档。

（3）测量前应短路调零。打开电源开关，将测试线（也称开路电缆）的红黑夹子夹在一起，将

量程旋钮旋到 1mv 量程，指针应指在零位（有的毫伏表可通过面板上的调零电位器进行调零，凡面

板无调零电位器的，内部设置的调零电位器已调好）。若指针不指在零位，应检查测试线是否断路或

接触不良，应更换测试线。

（4）交流毫伏表灵敏度较高，打开电源后，在较低量程时由于干扰信号（感应信号）作用，指

针会发生偏转，称为自起现象。所以在不测试信号时应将量程旋钮旋到较高量程档，以防打弯指针。

（5）交流毫伏表接入被测电路时，其地端（黑夹子）应始终接在电路的地上（成为公共接地），

以防干扰。

（6）不可用万用表的交流电压挡代替交流毫伏表测量交流电压（万用表内阻较低，用于测量

50Hz 左右的工频电压）。

82

附录 D．示波器的使用

1. 前面板说明

图 7 GOS-620 型示波器前面板示意图

（1）CRT 显示屏

2—— INTEN：轨迹及光点亮度控制钮

3—— FOCUS：轨迹聚焦调整钮

4——TRACE ROTATION：使水平轨迹与刻度线成平行的调整钮

6——POWER：电源主开关。压下此钮可接通电源，电源指示灯 5 会发亮；再按一次，开关凸

起时则切断电源。

33——FILTER：滤光镜片。可使波形易于观察。

（2）VERTICAL 垂直偏向

7/22——VOLTS/DIV：垂直衰减选择钮。以此钮选择 CH1 及 CH2 的输入信号衰减幅度范围为

5mV/DIV～5V/DIV，共 10 挡。

10/18 ——AC-GND-DC：输入信号耦合选择按键组。AC：垂直输入信号电容耦合，截止直流

或极低频信号输入；GND：按下此键则隔离信号输入，并将垂直衰减器输入端接地，使之产生一个

零电压参考信号；DC：垂直输入信号直流耦合，AC 与 DC 信号一齐输入放大器。

8—— CH1(X)输入：CH1 的垂直输入端。在 X-Y 模式中为 X 轴的信号输入端。

9/21——VARIABLE：灵敏度微调控制　至少可调到显示值的 1/2.5。在 CAL 位置时灵敏度即

为文件位显示值。

20——CH2(Y)输入：CH2 的垂直输入端　在 X-Y 模式中为 Y 轴的信号输入端。

11/ 19——POSITION ：轨迹及光点的垂直位置调整钮。

14——VERT MODE：CH1 及 CH2 选择垂直操作模式。CH1：设定本示波器以 CH1 单一频道

方式工作；CH2：设定本示波器以 CH2 单一频道方式工作；DUAL：设定本示波器以 CH1 及 CH2 双

频道方式工作，此时并可切换 ALT/CHOP 模式来显示两轨迹。ADD ：用以显示 CH1 及 CH2 的相

83

加信号，当 CH2 INV （键 16）为压下状态时，即可显示 CH1 及 CH2 的相减信号。

13/17——CH1&CH2 DC BAL。调整垂直直流平衡点。

12——ALT/CHOP : 当在双轨迹模式下，放开此键，则 CH1&CH2 以交替方式显示。(一般使用

于较快速之水平扫描文件位)。当在双轨迹模式下，按下此键，则 CH1&CH2 以切割方式显示。(一

般使用于较慢速之水平扫描文件位) 。

16—— CH2 INV：此键按下时，CH2 的讯号将会被反向。CH2 输入讯号于 ADD 模式时　 CH2

触发截选讯号( Trigger Signal Pickoff )亦会被反向。

（3）TRIGGER 触发

26——SLOPE：触发斜率选择键。凸起时为正斜率触发，当信号正向通过触发准位时进行触发；

压下时为负斜率触发，当信号负向通过触发准位时进行触发。

25——EXTTRIGIN：TRIG IN 输入端子。可输入外部触发信号。欲用此端子时，须先将 SOURCE

选择器 23 置于 EXT 位置。

27——TRIGALT：触发源交替设定键。当 VERT MODE 选择器 14 在 DUAL 或 ADD 位置　

且 SOURCE 选择器 23 置于 CH1 或 CH2 位置时，按下此键，本仪器即会自动设定 CH1 与 CH2 的

输入信号以交替方式轮流作为内部触发信号源。

23——SOURCE：内部触发源信号及外部 EXTTRIGIN 输入信号选择器。

CH1：当 VERTMODE 选择器 14 在 DUAL 或 ADD 位置时，以 CH1 端信号作为内部

触发源。

CH2：当 VERTMODE 选择器 14 在 DUAL 或 ADD 位置时，以 CH2 端信号作为内部

触发源。

LINE：将 AC 电源线频率作为触发信号。

EXT：将 TRIG.IN 端子输入的信号作为外部触发信号源。

25——TRIGGER MODE：触发模式选择开关

AUTO：当没有触发信号或触发信号的频率小于 25Hz 时，扫描会自动产生。

NORM：当没有触发信号时，扫描将处于预备状态，屏幕上不会显示任何轨迹。本功

能主要用于观察 25Hz 的信号。

TV-V：用于观测电视讯号的垂直画面讯号。

TV-H：用于观测电视讯号的水平画面讯号。

28——LEVEL：触发准位调整钮。旋转此钮以同步波形，并设定该波形的起始点。

29——TIME/DIV：扫描时间选择钮。

X-Y：设定为 X-Y 模式。

30——SWP. VAR：扫描时间的可变控制旋钮。若按下 SWP. UNCAL 键 19 并旋转此控制钮，扫

描时间可延长至少为指示数值的 2.5 倍；该键若未压下时，则指示数值将被校准。

32——POSITION：轨迹及光点的水平位置调整钮。

（4）其它功能

1——CAL(2Vp-p)：此端子会输出一个 2Vp-p，1kHz 的方波，用以校正测试棒及检查垂直偏向

的灵敏度。

15——GND：本示波器接地端子

84

2. 单通道基本操作法

本节以 CH1 为范例介绍单一频道的基本操作法。CH2 单频道的操作程序是相同的，仅需注意要

改为设定 CH2 栏的旋钮及按键组。

使用示波器时，首先要获得一条水平基线，然后才能用探头进行其他测量。示波器“触发方式

选择开关”置于“AUTO”即自动扫描方式。按下电源开关 6 并确认电源指示灯 5 亮起。约 20 秒后

CRT 显示屏上应显示出一条亮度适中、均 光滑而纤细的扫描线。若在 60 秒之后仍未有轨迹出现，

请检查示波器是否正常。

调CH1 POSITION钮11及TRACE ROTATION 4使基线位于屏幕中间与水平坐标刻度基本重合。

将示波器探头连接至 CH1 输入端 8 并将探棒接上 2Vp-p 校准信号端子 1。将 AC-GND-DC 10 置于

AC 位置，此时 CRT 上会显示如图方波波形。调整 FOCUS 3 钮使波形更清晰。欲观察细微部份，

可调整 VOLTS/DIV 7 及 TIME/DIV 29 钮以显示更清晰的波形。

如果波形幅度太大或太小，可调整电压量程旋钮；如果波形周期显示不适合，可调整扫描速度

旋钮。

3 双通道操作法

双通道操作与单通道操作的步骤大致相同，仅需略作修改。

将 VERT MODE 14 置于 DUAL 位置。此时显示屏上应有两条扫描线 CH1 的轨迹为校准信号的

方波，CH2 则因尚未连接信号，轨迹呈一条直线。

将探棒连接至 CH2 输入端 20 并将探棒接上 2Vp-p 校准信号端子 1。按下 AC-GND-DC 置于

AC 位置，调 POSITION 钮 11/19 以使两条轨迹均正常显示。

在双轨迹(DUAL 或 ADD)模式中操作时，SOURCE 选择器 23 必须拨向 CH1 或 CH2 位置，选

择其一作为触发源。若 CH1 及 CH2 的信号同步，二者的波形皆会是稳定的；若不同步则仅有选择

器所设定之触发源的波形会稳定，此时若按下 TRIG. ALT 键 27 则两种波形都会同步稳定显示。

4．ADD 模式操作

将 MODE 选择器 14 置于 ADD 位置时，可显示 CH1 及 CH2 信号相加之和。按下 CH2 INV 键

16 则会显示 CH1 及 CH2 信号之差。为求得正确的计算结果，事前请先以 VAR.钮 9/21 将两个通道

的精确度调成一致。任一频道的 POSITION 钮皆可调整波形的垂直位置，但为了维持垂直放大器的

线性， 好将两个旋钮都置于中央位置。

5. 触发

触发是操作示波器时非常重要的步骤，请依照下列步骤仔细进行。

当设定于 AUTO 位置时，将会以自动扫描方式操作。在这种模式之下即使没有输入触发讯号　

扫描产生器仍会自动产生扫描线，若有输入触发信号时，则会自动进入触发扫描方式工作。一般而

言，当在初次设定面板时，AUTO 模式可以比较容易地得到扫描线，直到其他控制旋钮均设定完成，

将其再切回 NORM 模式。因为 NORM 模式可以得到更好的灵敏度。AUTO 模式一般用于直流测量

以及信号振幅非常低，以至于低到无法触发扫描的情况下使用。

6. TIME/DIV 功能说明

此旋钮可用来控制所要显示波形的周期数。假如所显示的波形太过于密集时，则可将此旋钮转

至较快速扫描位；假如所显示的波形太过于稀疏，或当输入信号可能呈现一直线，则可将此旋钮转

至低速扫描位，以显示完整的周期波形。

85

附录 E SBL 数字电路实验产品介绍

1．适配器

用来将电源引到方板上并且保证其正确极性的必需元件，其使用方法有两种，互相旋转 90°。

1 个时钟输出插孔（A1）。只有当按下按钮 M 时，A1 才提供一个 1 信号（LED 指示灯亮），其功

能通过 74LS00 来实现。3个时钟输出插孔（A6），（A7）和（A8），分别为以 50Hz 为主脉冲的同步脉

冲：1Hz（带 LED 指示灯），25Hz 和 0.8333Hz，其功能通过 74LS92，74LS390 来实现。

1 个复位输入插孔（E8）接零，3 个时钟输出才有输出脉冲。

2．四位输入器

在电路中作为转换开关，提供 1 信号和 0 信号。

4 个转换开关产生 4 个变量值，其功能通过 74LS00 实现。4 个输出端，插孔(A1)到（A7），只有

当转换开关指向右边，朝插孔方向时，输出端才为 1 信号。4 个 LED 指示灯显示开关即输出端信号，

当输出端信号为 1 时，其相应的 LED 指示灯亮。

3．四位输出器

在电路中用来显示输出信号结果。

4 个控制驱动（3 态缓冲），其功能通过 74LS125 实现。4 个输入端，插孔（E1）到（E7）,不连

线时呈现 1信号。4 个输出端，插孔（A1）到（A7）,当控制输入端插孔（O1）不连线或为 1 信号状

态时，输出端为高阻抗，在控制输入端（O1）输入一个 0 信号（即在控制输入端输入一个使能信号），

此时 4 位输出器开始工作。4 个 LED 指示灯，显示插孔（A1）到（A7）的信号，当输出端为 1信号

时，LED 指示灯亮。

4．LED 显示器：

1 个 7 段显示器显示从 0到 F 的十六进制号码。

4 个地址输入端，插孔（E1）到（E7），不连线时呈现 1 信号。1 个使能输入端，插孔（O1），不

连线时呈现 1 信号。连接插孔（O1）和（O2）即（O1）输入一个 0 信号，此时，使能地址输入。1

个控制输入端，插孔（E8），不连线时为 1 或 0信号，显示器可以从 0开始显示到 F，（E8）上输入 0

信号后，在显示 0 时为空(即显示器灭)，1到 F显示。1 个控制输入端，插孔（A8），同样可以作为

输入端（A8），当输入 0信号时，显示器无显示，反之亦然。

图 2 四位输入器

图 4 LED 显示器

图 1 适配器 图 3 四位输出器

86

5．IC 插座，14 脚：

1 个 14 脚 IC 插座用来连接整个电路。

7 个插孔（E1）到（E7）连接 IC 插座的 1脚到 7脚，另外 7个插孔（A7）到（A1）

连接 IC 插座的 8脚到 14 脚。

1 个输出端，插孔（O1），接 0V。

1 个输出端，插孔（O2），接 5V。

6．IC 插座，16 脚：

1 个 16 脚 IC 插座用来连接整个电路。

8 个插孔（E1）到（E8）连接 IC 插座的 1脚到 8脚，另外 7个插孔（A8）到（A1）

连接 IC 插座的 9脚到 16 脚。

1 个输出端，插孔（O1），接 0V。

1 个输出端，插孔（O2），接 5V。

7．基本模块的设置

将电源放在桌子或其他固定器上，贴有商标 SBL 的一面确保朝上。

8．连接到电源的方法

将适配器上的八针插头插在电源的八孔插座上（注意针和孔的方向要对应），然后

将适配器插在 5孔方板上，此时 5孔方板上已经通上了 5V 电压。方板上每个单元有 5

个孔，而实验元件上装有三个脚，这样特殊的设计是为了确保电源的正确极性。

9．连线方法

在接下去的实验中，数字电路的信号是通过直径为 2mm 的电子导线传送的，模拟电

路信号是通过直径为 4mm 的标准型安全导线传送的。

以上介绍了每个元件上各个插孔的作用，在进行实验之前必须掌握这些插孔的作用

才能开始连线。

图 5 14 脚 IC 插座

图 6 16 脚 IC 插座

87

附录 F 常用集成电路引脚图

1．TTL 数字集成电路引脚图

1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND

Vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

74LS00 四 2 输入与非门 Y=AB

1Y 1A 1B 2Y 2A 2B GND

Vcc 4Y 4B 4A 3Y 3B 3A

1 2 3 4 5 6 7

8 91011121314

74LS02 四 2 输入或非门 Y=A+B

1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND

Vcc 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

74LS04 六反相器 Y=A

1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND

Vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1 2 3 4 5 6 7

8 91011121314

74LS08 四 2 输入与门 Y=AB

1A 1B 2A 2B 2C 2Y GND

Vcc 1C 1Y 3C 3B 3A 3Y

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

74LS10 三 3 输入与非门 Y=ABC

1A 1B NC 1C 1D 1Y GND

Vcc 2D 2C NC 2B 2A 2Y

1 2 3 4 5 6 7

8 91011121314

74LS20 双四输入与非门 Y=ABCD

1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND

Vcc 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q

1 2 3 4 5 6 7

8 91011121314

74LS74 双上升沿 D 触发器 Qn+1=D(CP↑)

Vcc Yf Yg Ya Yb Yc Yd Ye

A1 A2 LT BI/RBO RBI A3 A0 GND

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14

74LS48 七段译码器/驱动器

15 16

1K 1Q 1Q GND 2K 2Q 2Q 2J

15

1CP 1SD 1RD 1J Vcc 2CP 2SD 2RD

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11121314

74LS106 双 J-K 触发器

16 CP 下降沿有效，异 步 置位/复位

CP 1PR 1J Vcc CLR 2PR 2K

1K 1Q 1Q GND 2J 2Q 2Q

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

74LS78 双 J-K 触发器

CP 上升沿有效，异 步 置位/复位

A0 A1 A2 G2A G2B G1 Y7 GND

Vcc Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 1213 14

74LS138 3 线—8 线译码器

15 16

1ST A1 1D3 1D2 1D1 1D0 1Y GND

Vcc 2ST A0 2D3 2D2 2D1 2D0 2Y

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11121314

74LS153 双 4 选 1 数据选择器

1516

88

2. CMOS 集成电路引脚图

1G 1A1 2Y4 1A2 2Y3 1A3 2Y2 1A4 2Y1 GND

Vcc 2G 1Y1 2A4 1Y2 2A3 1Y3 2A2 1Y4 2A1

17181920 11 12 13 141516

10 9 1 2 3 4 5 6 7 8

74LS244 8 缓冲器/线驱动器

CR CP D0 D1 D2 D3 CTP GND

Vcc CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14

74LS160 十进制同步计数器

15 16

A 1D0 1D1 1Y 2D0 2D1 2Y GND

Vcc ST 4D0 4D1 4Y 3D0 3D1 3Y

74LS157 四 2 选 1 数据选择器

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

DIR A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 GND

Vcc G B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8

17181920 11 12 13 141516

10 9 1 2 3 4 5 6 7 8

74LS245 3 态输出 8 总线收发器

CR CP D0 D1 D2 D3 CTP GND

Vcc CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14

74LS161 4 位二进制同步加计数器

15 16

A B QA QB QC QD GND

Vcc QH QG QF QE RD CP

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

74LS164 8 位移位寄存器

RD 1Q 1D 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND

Vcc 8Q 8D 7D 7Q 6Q 6D 5D 5Q CP

74LS273 8D 触发器

17181920 11 12 13 141516

10 9 1 2 3 4 5 6 7 8

Vcc 8Q 8D 7D 7Q 6Q 6D 5D 5Q LE

EN 1Q 1D 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND

17181920 11 12 13 141516

10 9 1 2 3 4 5 6 7 8

74LS373 8D 锁存器/触发器

1A 1B 1Y 2Y 2A 2B Vss

VDD 4A 4B 4Y 3Y 3B 3A

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

CC4001 四 2 输入或非门 Y=A+B

1A 1B 1Y 2Y 2A 2B Vss

VDD 4B 4A 4Y 3Y 3B 3A

1 2 3 4 5 6 7

8 91011121314

CC4011 四 2 输入与非门 Y=AB

1Q 1Q 1CP 1RD 1D 1SD VSS

VDD 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SD

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

CC4013双上升沿D触发器

CP 上升沿有效，高 电 平置 0、置1

VDD CR CP EN CO Q9 Q4 Q8

Q5 Q1 Q0 Q2 Q6 Q7 Q3 VSS

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14

CC4017 十进制计数器/分配器

15 16

VDD A4 Kb D4 D3 D2 D1 Ka

B4 A3 B3 A2 B2 A1 B1 VSS

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11121314

CC4019 四与/或选择门

1516

VDD 2DS 2CR 1Q0 2Q1 2Q2 1Q3 1CP

2CP 2Q3 1Q2 1Q1 1Q0 1CR 1DS VSS

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11121314

CC4015 双 4 位移位寄存器

1516

89

3. 常用集成运算放大器引脚图

1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y Vss

VDD 6A 6Y 5A 5Y 4A 4Y

1 2 3 4 5 6 7

8 91011121314

CC4069 六反相器 Y=A

1A 1B 1Y 2Y 2A 2B Vss

VDD 4B 4A 4Y 3Y 3B 3A

1 2 3 4 5 6 7

8 9 1011 12 13 14

CC4070 四异或门 Y=A⊕B

VDD Q10 Q8 Q9 CR CP1 CP0 CP0

Q12 Q13 Q14 Q6 Q5 Q7 Q4 VSS

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 1213 14

CC4060 14 位二进制异步计数器

15 16

NC R J1 J2 J3 Q Vss

VDD S CP K1 K2 K3 Q

1 2 3 4 5 6 7

8 9 1011 12 13 14

CC4095 J-K 触发器

1A 1B 2A 2B 2C 2Y Vss

VDD 3A 3B 3C 3Y 1Y 1C

1 2 3 4 5 6 7

8 91011121314

CC4073 三 3 输入与门 Y=ABC

I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 Y 2 Y 1 VSS

VDD NC Y 3 I 3 I 2 I 1 I 9 Y 0

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11121314

CC40147 10-4 优先编码器

1516

CR CP D0 D1 D2 D3 EP VSS

VDD QCC Q0 Q1 Q2 Q3 ET LD

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11121314

CC40161/163 4 位二进制同步计数器

1516

VDD Yf Yg Ya Yb Yc Yd Ye

A1 A2 LT BI LE A3 A0 VSS

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11121314

CC4511 七段锁存译码驱动器

1516

VDD D0 CR BO CO LD D2 D3

D1 Q1 D0 CPD CPU Q2 Q3 VSS

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 1213 14

CC40192 十进制同步加/减计数器

15 16

CR CP D0 D1 D2 D3 EP VSS

VDD QCC Q0 Q1 Q2 Q3 ET LD

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 1213 14

CC40162/160 十进制同步计数器

15 16

OA1 IN- IN+ V-

BI V+ OUT OA2

CF/LM4250

1 2 3 4

5 6 78

1OUT 1IN- 1IN+ V+ 2IN+ 2IN- 2OUT

4OUT 4IN- 4IN+ GND 3IN+ 3IN- 3OUT

1 2 3 4 5 6 7

89 10 11 12 1314

CF/LM324

OA1/ IN- IN+ V-

COMP1

COMP2 V+ OUT OA2

CF/LM101A

1 2 3 4

5678

OA1 IN- IN+ V-

V+ OUT OA2

CF/LM741

1 2 3 4

56 7 8

VOS TRIM IN- IN+ V-

VOS TRIM V+ OUT NC

OP07

1 2 3 4

5678

CEXTA IN- IN+ V-

CEXTB V+ OUT CLAMP

ICL7650

1 2 3 4

5 6 7 8

90

4.常用 A/D 和 D/A 集成电路引脚图

5.常用存储器芯片引脚图

2-8LSB

AD

C08

09

14131211

2-7

VCC VREF(+)

GND

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

START

CLOCK

EOC

2-5

OUTPUT ENABLE

109

12345678

232221201918171615 2-6

2-2

VREF（-）

2-4

IN2

IN1

IN0

ADD A

ADD B

ADD CALE

2-1MSB

2-3

25262728

24

B2

V+

(MAD)D5(LSB)B1

V-

REFERENCE

ANALOG COMMONINT OUT

AZ IN

BUFF OUT

IN HI

REFCAP-

REF CAP+

IN LO

B4

（LSD）D1

（MSB）B8

D3 D4

UNDERRANGE

OVERRANGE

STROBE

R/H

DIGITAL GND

POL CLOCK IN

BUSY

D2

ICL

7135

14131211109

12345678

23 22 21 20 19 18 17 16 15

25 26 27 28

24

IOUT1 DGND

CS

WR1

AGND

D3

D2

D1

D0

VREF

Rfb

VCC

ILE

WR2

XFER

D4

D5

D6

D7

IOUT2

17

18

19

20

11

12

13

14

15

16

10

9

1

2

3

4

5

6

7

8

DA

C08

32