实验零,一常用仪器的使用和基本开关电路

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1、第 1页/共 9页常用仪器的使用和基本开关电路常用仪器的使用和基本开关电路实验报告实验报告姓名：孙时佳学号：3110102935专业： 计算机中加班 1101课程名称：逻辑与计算机设计基础实验实验时间： 2012-9-18实验地点： 紫金港东 4-509一、一、实验目的和要求实验目的和要求1.认识常用电子器件 2.学会数字示波器、数字信号发生器（函数信号发生器） 、直流稳压电源、万用表等仪器的 使用3.掌握用数字示波器来测量脉冲波形及幅度和频率的参数 4.掌握用数字示波器测量脉冲时序的上升沿和下降沿、延时等参数 5.掌握万用表测量电压、电阻及二极管的通断的判别 6 掌握逻辑开关电路的基本结构

2、7 掌握二极管导通和截止的概念 8 用二极管、三极管构成简单逻辑门电路 9 掌握最简单的逻辑门电路构成二、实验内容和原理二、实验内容和原理2.12.12.12.1 常用仪器的使用常用仪器的使用1.示波器: 首先熟悉示波器面板上的功能按键,学会使用示波器来测量信号的幅值和周期频率。 实验内容：测量正弦波信号； 测量信号发生器的电压； 测量实验箱中的直流电源的电压。2.万用表：了解万用表表盘上各种量程的作用，学会用其测量直流电压、电流，交流电压、 电流，电阻阻值和二极管三极管极性的判断。第 2页/共 9页3.二极管 特性：单向导电特性 正向导通： 如果给二极管正极的电压高于负极电压（正向偏置电压）

3、 ，只要正极电压达到一定的值，二 极管导通，导通后二极管相当于一个导体，二极管的两引脚之间的电阻很小，相当于接通。 电流流动方向是从正极流向负极，电流不能从负极流向正极，否则二极管已损。 反向截止： 如果给二极管正极加的电压低于负极电压（反向偏置电压） ，二极管处于截止状态，二极管 两引脚之间电阻很大，相当于开路。只要是反向电压，二极管中就没有电流流动，如果加的 反向电压太大，二极管会击穿，电流从负极流向正极，说明二极管损坏。4.三极管万用表判别三极管的极性:用三极管的等效原理进行测量。根据三极管的结构，我们可以把 三极管想象成两个二极管同极相连而成。如下图. 二极管连接在一起的引脚就是基极。

4、由于 二极管的单向导电性， 而这两个二极管又是同极相连， 所以三极管的发射极和集电极之间的 电阻总是应该接近无穷大的。 因此我们可以由此先判断基极 b.bcebcePN PN P N第 3页/共 9页2.22.22.22.2 基本开关电路基本开关电路1.常用逻辑电平标准(本课程使用的芯片电平主要是 TTL 和 COMS)2.与门电路 电路原理图见下图。 （本实验中只接入 A、B 两个二极管）按正逻辑将表中电平 H、 L 替换成逻辑值 1,0， 即可得到与门电路的逻辑关系， F=ABC.当 A,B,C 均输入高电平，二极管均截止，输出 F 为高电平。当 A,B,C 均接地（输入低电平） ，二极管

5、 均正向导通，输出 F 为高电平。只要 A,B,C 中存在接地，输出 F 都为高电平。1 1 1 1K K K KV C CV C CV C CV C C1 01 01 01 0K K K KK K K K1 1 1 1K K K K2 2 2 2K K K K3 3 3 3A A A AB B B BC C C CD D D D1 1 1 1D D D D2 2 2 2D D D D3 3 3 3F F F F第 4页/共 9页3.或门电路电路原理图见下图。 （本实验中只接入 A、B 两个二极管）按正逻辑将表中电平 H、L 替换成逻辑值 1,0，即可得到或门电路的逻辑关系，F=A+B+C.当

6、 输入 A,B,C 都接地时，输出 F 为低电平；只要 A,B,C 中有接高电平，输出 F 为高电平4.非门电路 电路原理图见下图。第 5页/共 9页按正逻辑将表中电平 H、L 替换成逻辑值 1,0，即可得到非门电路的逻辑关系AF=.当A 点接高电平时，三极管 T1 处于饱和状态，VCE 0.3V，输出 F 为低电平饱和。当 A 点 接低电平时 IB = 0， RC 上几乎没有电压降， 三极管 T1 处于截止状态， 输出 F 电压接近 VCC 为 高电平。4.与非门电路 电路原理图见下图。按正逻辑将表中电平 H、L 替换成逻辑值 1,0，即可得到与非门电路的逻辑关系ABF=。当输入 A,B,C

7、 均接高电平时，F1 为高电平，三极管 T1 进入饱和导通状态，输出低电平， 只要 A,B,C 中有一个是低电平，输出即为高电平。三、三、主要仪器设备主要仪器设备数字示波器 RIGOL- DS1621 台 函数信号发生器 YB16381 台 数字万用表1 只 逻辑电路设计实验箱1 台 二极管3 只 三极管1 只 发光二极管1 只R R R Ra a a a 1 1 1 1K K K K + + + +V V V VC CC CC CC CR R R Rb b b b1 01 01 01 0K K K K K K K K1 1 1 1K K K K2 2 2 2K K K K3 3 3 3A A

8、 A AB B B BC C C CD D D D1 1 1 1D D D D2 2 2 2D D D D3 3 3 3F F F F1 1 1 1T T T T1 1 1 15 5 5 5. . . .1 1 1 1K K K K F F F FR R R Rc c c c100100100100K K K K 第 6页/共 9页电阻:10K5 只 5.1K3 只 1K5 只四、四、操作方法与实验步骤操作方法与实验步骤一常用仪器的使用1.熟悉常用仪器熟悉常用仪器。打开示波器，结合课本和老师的讲解，熟悉它的菜单及常用功能，学会调 解和读取频率和幅度。观察万用表的表盘，学会测电压、电流和电阻。观

9、察实验箱，熟悉其 基本功能。 2.连接示波器与函数发生器，用示波器测量正弦波信号示波器测量正弦波信号。将函数发生器的频率依次调节为 100Hz,10KHz,100KHz,用示波器测出上述信号的幅度和频率，并记录数据。 3.测量信号发生器的电压测量信号发生器的电压。调节信号发生器使其发生一个 1KHz,3V 以上的信号，用示波器测 出幅值。再将万用表打到交流电压档，选用适当量程，接进电路，测量信号幅值。记录好数 据。 4.万用表测量实验箱中的直流电源万用表测量实验箱中的直流电源。打开实验箱的电源开关，将万用表将红表笔插入 VmA 插孔，黑表笔插入 COM 插孔，打到直流电压档，红表笔分别插入实验

10、箱上+5V，+12V，-12V 插孔，黑表笔插入 GND 插孔.用示波器和万用表来测量实验台上的三组直流稳压电源的输 出，并记录测量结果.二基本开关电路实验1.用二极管实现正逻辑与门与门. . . . 按照电路图在实验箱中通过导线连接好电路，检查二极管、电 源电压和极性、电阻等是否连接正确。通过打开、关闭开关 S14、S15 来输入高低电平。用 实验箱中的直流电压表依次记录下 A、B 点以及对应输出 F 点的电压值。判断逻辑值是否满 足 F=AB. 2.用二极管实现正逻辑或门。或门。按照电路图在实验箱中通过导线连接好电路，检查二极管、 电 源电压和极性、电阻等是否连接正确。通过打开、关闭开关

11、S14、S15 来输入高低电平。用 实验箱中的直流电压表依次记录下 A、B 点以及对应输出 F 点的电压值。判断逻辑值是否满 足 F=A+B. 3.用三极管反向特性实现正逻辑非门非门. . . .按照电路图在实验箱中通过导线连接好电路， 检查二极 管、电源电压和极性、电阻等是否连接正确。将+5V 直流电源接入 VCC 端, 通过打开、关 闭开关 S14 来输入高低电平。用实验箱中的直流电压表依次记录下 A 以及对应输出 F 点的电压值。判断逻辑值是否满足AF=.4.采用前面的与门和非门实现与非门与非门. . . .按照电路图在实验箱中通过导线连接好电路,检查二极 管、三极管及电源极性、电阻值等

12、是否正确。将+5V 直流电源接入 VCC 端, 通过打开、关 闭开关 S14、S15 来输入高低电平。用实验箱中的直流电压表依次记录下 A、B 点以及对应输出 F 点的电压值。判断逻辑值是否满足ABF=.第 7页/共 9页5.三极管极性三极管极性测量。将万用表红表笔插入 VmA 插孔，黑表笔插入 COM 插孔，将量程打到 hFE 位置，把三极管插入面板上三极管测试插座，基极 b 要插对，集电极 c 和发射极 e 随便 插。从显示屏上读取 hFE 近似值，若该值较大，说明三级管 c,e 极与插座上的 c,e 极对应； 若该值很小，说明这时的三极管 c,e 极插反，应把 c,e 极对调后再读取 h

13、FE 值。五、五、实验结果与分析实验结果与分析表 1：用示波器测量正弦信号用示波器测量正弦信号函数发生器输出示波器读数灵敏度实测值幅度5.4V5.4Div1V/Div5.4V周期/频率99Hz5Div2ms/Div10Ms100Hz幅度5.4V5.6Div1V/Div5.6V周期/频率10KHz5Div20s/div100s10KHz幅度5.4V5.7Div1V/Div5.7V周期/频率100KHz5Div2s/div10s100KHz从图表 1 中数据，可知示波器的读数大致符合真实幅值。频率为 99Hz 时，误差为 0， 频率为 10KHz 时，相对误差为 3.7 ，频率为 100KHz 时

14、，相对误差为 5.6。表 2：测量函数发生器的输出电压测量函数发生器的输出电压函数发生器输出频率示波器读取值万用表读取值折算有效值1KHz4.2div2V/div3.05V2.97V从图表 2 中数据，示波器读出的 8.4V 为最大值，要转化成有效值，需要再除以 22，得到 2.97V，与万用表读数基本符合。表 3：万用表测量实验箱中的直流电源万用表测量实验箱中的直流电源直流稳压电源输出示波器读数灵敏度示波器折算值万用表读数+5V5.1Div1V/Div5.1V5.04V+12V5.9Div2V/Div11.8V11.80V-12V-5.95Div2V/Div-11.90V-12.00V从表

15、3 中数据，在+5V 时，示波器的相对误差为 2，万用表相对误差是 0.8，在电压是 +12V 时，示波器和万用表的相对误差都是 1.7，在电压是-12V 时，示波器的相对误差是 0.83.万用表误差为 0. 可以看到在测直流电压是，示波器误差会比万用表大些。第 8页/共 9页表 4：与门的电压输入输出结果与门的电压输入输出结果VA/VVB/VVF/VF 逻辑值4.814.814.63104.810.5504.8100.550000.510从图表 4 中数据，当 A、B 中只有一个输入低电压时，F 处的输出都是低电压，对应逻辑值 为 0，当 A、B 两个都输入低电压时，F 处的输出是低电压，对

16、应逻辑值为 0，只有当 A、 B 都输入高电压时，F 处的输出才是高电压，对应逻辑值为 1.所以，满足逻辑表达式 F=AB表 5：或门的或门的电压输入输出结果电压输入输出结果VA/VVB/VVF/VF 逻辑值4.734.734.43100004.6404.22104.644.221从图表 5 中数据，当 A、B 中只有一个输入低电压时，F 处的输出都是高电压，对应逻辑值 为 1，当 A、B 两个都输入低电压时，F 处的输出是低电压，对应逻辑值为 0，当 A、B 都 输入高电压时，F 处的输出是高电压，对应逻辑值为 1.所以，满足逻辑表达式 F=A+B表 6：非门的电压输入输出结果VA/VVF/VF 逻辑值04.6312.8600从图表 6 中数据，当 A 输入低电压时，F 处的输出是高电压，对应逻辑值为 1，当 A 输入高电压时，F 处的输出是低电压，对应逻辑值为 0.所以，满足逻辑表达式AF=表 7：与非与非门的门的电压输入输出结果电压输入输出结果VA/VVB/VVF/VF 逻辑值4.814.810.0