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XKMSDZ1S实验指导书
XK-MSDZ1S型电子工艺实训台
实验指导书
山东星科智能科技有限公司
2011.10
目录
第一章模拟电路基本实验4
实验一整流电路实验4
实验1半波整流电路4
实验2全波整流电路5
实验3桥式整流电路5
实验4可控硅整流电路实验6
实验二滤波电路实验8
实验1电容滤波电路8
实验2LC滤波电路8
实验3CRC型滤波电路9
实验4CLC滤波电路10
实验三稳压电源设计11
实验1稳压二极管稳压电路实验11
实验2LM7812三端集成稳压电路11
实验3LM7912三端集成稳压电路12
实验4LM317三端可调集成稳压电路实验13
实验5三极管串联稳压电源设计13
实验6TL431小功率稳压电源设计14
实验7大功率三极管或MOS管电源扩流电路设计15
实验8基于集成电路的可调开关电源设计15
实验9利用TL431做大功率可调稳压电源19
实验四光耦应用电路20
实验五单、双向可控硅应用电路21
实验六单结晶体管应用电路22
实验七几种恒流源电路设计方法23
实验八电源电路中限流电阻、散热器、保险电路的设计方法24
实验九三极管放大电路25
实验1共发射极放大电路25
实验2共集电极放大电路26
实验3共基极放大电路27
实验4带恒流偏置和调零功能的差分放大电路28
实验5开关三极管驱动实验29
实验十三极管驱动实验29
实验1蜂鸣器驱动实验29
实验2继电器驱动实验30
实验十一直流电机正反转驱动实验31
实验十二集成运放扩大输出电流实验31
实验十三OCL互补功率放大电路实验32
实验十四集成运放应用电路33
实验1比例求和运算电路33
实验2积分微分电路实验36
实验3电压比较器38
实验4波形发生器39
实验5集成电路RC正弦波振荡器42
第二章数字电路基本实验43
实验一晶体管开关特性实验43
实验二TTL集成门电路的功能测试实验44
实验三CMOS集成门电路的功能测试实验48
实验四三态输出触发器50
实验五发车灯信号控制电路实验51
实验六火灾报警信号控制电路实验53
实验七译码器及数码管显示电路实验54
实验八单脉冲产生电路56
实验九译码器及其应用58
实验十集成JK触发器的功能测试及应用实验59
实验十一集成移位寄存器74164逻辑功能测试实验61
实验十二脉冲分配器控制的流水灯实验63
实验十三剪子、包袱、锤游戏机电路65
实验十四计数器及其应用65
实验十五555定时器构成的多谐振荡器实验67
实验十六用555构成的施密特触发器68
实验十七555集成定时器构成的简易催眠器和音乐门铃实验69
实验十八555构成的救护车音响电路71
实验十九DAC0832数模转换实验72
实验二十ICL7107模数转换实验73
实验二十一声光双控延时开关74
实验二十二手动调光电路75
第三章实训部分实验76
实训一多路巡检仪表实训76
实训二声光双控延时开关电路79
实训三交通灯控制器电路80
实训四4人抢答器82
实训五按键密码锁84
实训六正反计时器86
实训七波形发生器87
实训八加减法运算电路87
实训九数字钟88
实训十OTL互补功率放大电路90
第一章模拟电路基本实验
实验一整流电路实验
实验1半波整流电路
一、实验目的
1、掌握二极管的单向导电性。
2、熟悉半波整流电路的组成和特点,了解半波整流在日常生活中的应用。
3、掌握全波整流电路的组成、工作原理和电路特点。
4、掌握桥式整流电路的组成、工作原理和电路特点。
5、学习正确使用虚拟示波器的DC、AC输入方式观察波形的方法。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训装置
2、虚拟示波器、工具箱
3、XKDZ01S挂箱
4、连接导线若干
三、电路图
图2.1.1半波整流电路
四、实验方法
1、根据电路图中各元器件的参数在整流、滤波、稳压电路实训单元中找到相对应的元件,然后用导线连接实验线路。
检查无误后,接通实验台的电源。
2、接通虚拟示波器,调节好辉度聚焦光点并使扫描范围调到相应位置,然后将A、C两个端点分别接到虚拟示波器的Y1和Y2通道的正输入端,B点接两个通道的负输入端,调出两点的波形。
对比观察A点和C点的波形有何不同?
电路中的电流方向如何?
记录万用表数据,作好实验记录。
3、将二极管D1反向连接,重复上述实验步骤,观察波形有何变化。
五、应用与思考
我们可将半波整流电路用在现实生活中的很多地方。
比如把电阻换成常用的电烙铁,输入变成交流220V,二极管两端并上一开关K,当K闭合时,可使电烙铁快速升温,断开可起保温作用,能够防止电烙铁连续使用时的“烧死”现象,接着使用时再闭合K,电烙铁又能迅速升温,使用很方便。
这样既扩展了用电器的功能,延长了使用寿命,又节省了能量,很有实用价值。
想一想为什么?
还可以用在什么地方?
感兴趣的同学可以自己动手做一做。
注意二极管的最大反向工作电压必须大于220
V(当电源电压为220V时),常取最大反向电压大一些的二极管使用,如IN4007、IN5408等,二极管的最大整流电流必须大于电路中的实际电流。
实验2全波整流电路
一、实验目的
1、掌握二极管的单向导电性。
2、掌握全波整流电路的组成、工作原理和电路特点。
3、学习正确使用虚拟示波器的DC、AC输入方式观察波形的方法。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
3、XKDZ01S挂箱
4、连接导线若干
三、实验电路图
图1.2.1全波整流电路
四、实验方法
1、根据电路图中各元器件的参数在实验台上整流、滤波、稳压电路实训单元找到相对应的元件,然后用导线连好实物图。
检查无误后,接通实验台的电源。
2、接通虚拟示波器,调节好辉度聚焦光点并使扫描范围调到相应位置,然后将A、B端点分别接到虚拟示波器Y1通道的正、负输入端,仔细观察全波整流后的波形。
3、观察万用表数值,作好实验记录。
根据理论计算,验证实验结果。
五、实验总结
全波整流输出电压的直流成分(较半波)增大,脉动程度减小,但变压器需要中心抽头、制造麻烦,整流二极管需承受的反向电压高,故一般适用于要求输出电压不太高的场合。
六、思考
1、全波整流电路输出电压的平均值是半波整流的几倍?
2、分析电路中电流的流向。
实验3桥式整流电路
一、实验目的
1、掌握二极管的单向导电性。
2、掌握桥式整流电路的组成、工作原理和电路特点。
3、学习正确使用虚拟示波器的DC、AC输入方式、观察波形的方法。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
3、XKDZ01S挂箱
4、连接导线若干
三、实验电路图
图1.3.1桥式整流电路
四、实验方法
1、根据电路图中各元器件的参数在实验板台上整流、滤波、稳压电路单元中找到相对应的元件,然后用导线连好实物图,注意整流二极管的极性。
检查无误后,接通实验台的电源。
2、接通虚拟示波器,调节好辉度聚焦光点并使扫描范围调到相应位置,然后将A、B端点分别接到虚拟示波器Y1通道的正、负输入端,将C、D接到Y2通道的正、负输入端,仔细观察桥式整流前后的波形。
3、记录万用表数值,根据理论计算验证实验结果。
4、分析电路中电流的流向。
五、实验总结
桥式整流电路无需采用具有中心抽头的变压器,仍能达到全波整流的目的,而且整流二极管承受的反向电压也不高,但是电路中需要四个整流二极管,耗费较大。
实验4可控硅整流电路实验
一、实验目的
1、了解可控硅的工作原理及应用领域。
2、掌握可控硅导通的条件。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
3、XKDZ01S挂箱
4、连接导线若干
三、实验电路
图1.4.1接电感性负载的可控整流电路
图1.4.2接电感性负载时可控整流电路的电压与电流的波形
图1.4.3与电感性负载并联续流二极管
四、实验方法
1、根据实验电路图在整流、滤波、稳压电路单元连好实验线路。
2、在控制极加+5V正向电压,用虚拟示波器观察输出波形。
3、断开电源,把电感换成3.3mH,再观察输出波形。
五、实验结论
整流电路接电感性负载时,负载电感愈大,导通角θ愈大,在一个周期中负载上负电压所占的比重就愈大,整流输出电压和电流的平均值就愈小。
为了使晶闸管在电源电压u降到零值时能及时关断,使负载上不出现负电压,可以在电感性负载两端并联一个二极管D。
当交流电压u过零值变负后,二极管因承受正向电压而导通,于是负载上由感应电动势eL产生的电流经过此二极管形成回路。
因此,此二极管称为续流二极管。
这时负载两端电压近似为零,晶闸管因承受反向电压而关断。
实验二滤波电路实验
实验1电容滤波电路
一、实验目的
1、掌握二极管的单向导电性。
2、了解和掌握电容滤波电路的组成和工作原理。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
3、连接导线若干
三、实验电路图
图2.1.1电容滤波电路
四、实验方法
1、根据电路图中各元器件的参数在实验板台的整流、滤波、稳压电路单元中找到相对应的元件,然后用导线连好实物图,注意二极管和电解电容的极性。
检查无误后,接通实验台的电源。
2、接通虚拟示波器,调节好辉度聚焦光点并使扫描范围调到相应位置,然后将A、B两个端点分别接到虚拟示波器Y1通道的正、负输入端,仔细观察电容滤波以后的波形。
3、减小电容容值,如47uF,重复上述实验步骤,观察波形有何变化。
4、分析与桥式整流的波形有何不同?
五、实验总结
1、电容滤波适用于负载电流变化不大的场合。
2、接入电容以后,平均输出电流比原来提高,整流二极管的导电角减小,整流管在短暂的导电时间内流过一个很大的冲击电流,对管子的寿命不利,所以必须选择较大容量的整流二极管。
3、电容越大,滤波效果越好。
实验2LC滤波电路
一、实验目的
1、掌握二极管的单向导电性。
2、了解和掌握LC滤波电路的组成和工作原理。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器
3、数字万用表
4、连接导线若干
三、实验电路
图2.2.1LC滤波电路
四、实验方法
1、根据电路图中各元器件的参数在实验台上找到相对应的元件,用导线连好实物图,注意二极管和电解电容的极性。
检查无误后,接通实验台的电源。
2、接通虚拟示波器,调节好辉度聚焦光点并使扫描范围调到相应位置,然后将A、B两个端点分别接到虚拟示波器Y1通道的正、负输入端,观察LC滤波以后的波形。
3、电容不变,将1L1换为1L2,即增大电感,重复上述步骤,观察波形有何变化。
4、电感不变,将1C3换为1C1,即减小电容,重复上述步骤,观察波形有何变化。
5、分析与桥式整流、电容滤波电路的波形有何不同?
五、实验总结
LC滤波电路在负载电流较大或较小时均有良好的滤波作用,对负载的适应性比较强,另外,克服了整流管冲击电流大的缺点。
但是与电容滤波器相比,输出电压较低,另一个缺点是采用了电感,有可能增加体积和重量。
实验3CRC型滤波电路
一、实验目的
1、掌握二极管的单向导电性。
2、了解和掌握R—Π型滤波电路的组成、工作原理和电路特点。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
3、XKDZ01S挂箱
4、连接导线若干
三、实验电路
图2.3.1CRC滤波电路
四、实验方法
1、按照电路图上的各元件参数,在实验台上找到对应的元器件。
用导线按电路图连接,注意二极管和电容的极性。
检查无误后,接通实验台电源。
2、接通虚拟示波器,调节好辉度聚焦光点并使扫描范围调到相应位置,然后将A、B两个端点分别接到虚拟示波器Y1通道的正、负输入端,观察R—Π型滤波以后的波形。
3、改变电容的大小,重复实验,观察波形有何变化。
4、分析与其它几种整流电路的波形有何不同?
五、实验总结
R—Π型滤波电路采用的电阻、电容元件可以进一步降低输出电压的脉动系数,缺点是在R上有直流压降,因而必须提高变压器的二次线圈的电压,整流管的冲击电流仍然比较大,适用于小电流的场合。
当负载电流比较大的情况下,可以考虑采用电感滤波。
实验4CLC滤波电路
一、实验目的
1、掌握二极管的单向导电性。
2、了解和掌握L—Π型滤波电路的组成、工作原理和电路特点。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
3、XKDZ01S挂箱
4、连接导线若干
三、实验电路
图2.4.1CLC滤波电路
四、实验方法
1、按照电路图上的各元件参数,在实验台上找到对应的元器件,用连接导线连接,注意二极管和电容的极性。
检查无误后,接通实验台电源。
2、接通虚拟示波器,调节好辉度聚焦光点并使扫描范围调到相应位置,然后将A、B两个端点分别接到虚拟示波器Y1通道的正、负输入端,观察L—Π型滤波以后的波形。
3、改变电感或电容的大小,重复上述步骤,观察波形有何变化。
4、分析与其它整流电路的波形有何不同?
五、实验总结
CLC滤波电路与LC滤波电路相比波形稍微平稳一些,波形的差异可以用EWB仿真。
LC滤波电路可以用CLC滤波电路代替,但CLC滤波电路多了一个电容。
实验三稳压电源设计
实验1稳压二极管稳压电路实验
一、实验目的
1、理解硅稳压管特性曲线和符号,掌握硅稳压管的稳压原理。
2、分析硅稳压管的稳压过程。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
三、实验电路图
图3.1.1硅稳压管稳压电路
四、实验方法
1、在实验板上整流滤波稳压电路实训单元找到对应的元器件,按照电路图连线。
2、调节可调直流电压源,使输出为8V,用万用表测输出电压,调节电位器1W1,在保持输出电压为5V的情况下,记录电位器1W1的取值范围,分析原因。
3、把电位器调到适当值(输出为5V)并保持此值不变,逐渐增大电源电压,用万用表监测输出电压,观察输出电压变化,做好实验记录。
五、实验总结
硅稳压管电路简单,但稳压性能较差,适用于负载电流较小,稳压要求不高的场合。
实验2LM7812三端集成稳压电路
一、实验目的
1、了解集成稳压器LM7812的管脚排列及技术参数。
2、掌握集成稳压器性能指标的测试方法。
3、复习整流滤波电路。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
三、实验电路图
图3.2.1 78系列芯片引脚图和连线图
图3.2.2LM7812三端集成稳压电路
四、实验方法
1、根据实验电路原理图,在整流、滤波、稳压电路单元连接实验电路,注意二极管和电解电容的极性,接完后检查没有错误给实验台送电。
2、用万用表测量三端稳压器的输出波形,此电路为典型的+12V固定输出电路,需牢固掌握。
实验3LM7912三端集成稳压电路
一、实验目的
1、了解集成稳压器LM7912的管脚排列及技术参数。
2、掌握集成稳压器主要性能指标的测试方法。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
三、实验电路图
图3.3.179系列芯片引脚图和接线图
图3.3.2LM7912三端集成稳压电路
四、实验方法
1、参照电路图接线,注意二极管和电解电容的极性,接完后检查没有错误给实验台送电。
2、用虚拟示波器测量三端稳压器的输出波形,此电路为典型的-12V固定输出电路,需牢固掌握。
实验4LM317三端可调集成稳压电路实验
一、实验目的
1、了解集成稳压器LM317的主要技术参数。
2、掌握三端可调式集成稳压器的特性和使用方法。
二、实验器材
1、XK-MSDZ1S型电子实训台
2、虚拟示波器、工具箱
三、实验电路图
图3.4.1LM317引脚图
图3.4.2LM317三端可调集成稳压电路
四、实验原理
由输入端Vin(3脚)提供工作电压以后,它便可以保持其+Vout端(2脚)比其ADJ端(1脚)的电压高1.25V。
因此,只需用极小的电流来调整ADJ端的电压,便可在+Vout端得到比较大的电流输出,并且电压比ADJ端高出恒定的1.25V。
通过调整RW1的抽头位置来改变输出电压,LM317会保证接入ADJ端和+Vout端的那部分电阻上的电压为1.25V。
所以,可以想到:
当抽头向上滑动时,输出电压将会升高!
五、实验方法
1、根据原理图用导线把实验台上用到的元器件连接起来,检查无误后,接通实验台电源。
2、调节电位器RW1到最小值,使输出为1.25V。
3、反向调RW1使其阻值增大,同时用万用表监测输出电压情况,作好实验记录。
4、在本实验中,如果要求输出电压为5V,请计算电位器RW1应调为多大?
实验5三极管串联稳压电源设计
一、实验目的
1、掌握三极管串联稳压电源原理。
2、掌握限流电路原理。
3、掌握扩流电路原理
二、实验内容
图3.5.1基本原理图
图3.5.2增加限流保护电路原理图
分析上述原理图,在XK-DZ01S实验挂箱上进行搭建,分析各功能模块的作用
实验6TL431小功率稳压电源设计
一、实验目的
1、掌握集成电路TL431工作原理。
2、掌握TL431小功率稳压电源原理。
二、实验原理
按原理图搭建电路,调节电位器W2,用万用表测量DC_OUT,看电源输出范围.
实验7大功率三极管或MOS管电源扩流电路设计
一、实验目的
1、掌握三极管串联稳压电源工作原理。
2、掌握扩流电路原理。
二、实验原理
增加扩流和限流功能电路原理图
三、思考:
分析上述原理图,调节RP1看输出电压VCC的范围;
将1Q4换成大功率三极管再次完成上述实验,看实验结果如何变化;
分析分三极管的工作点,及参数设计问题。
实验8基于集成电路的可调开关电源设计
一、实训目的
1.掌握直流斩波升、降直流电路的工作原理。
2.学会对DC–DC集成电压变换电路的应用与调试。
二、实训电路与工作原理
1.许多便携式电子设备本身带有直流电源或蓄电池。
但是,这些电源或电池通常只能提供一种固定的直流电压。
当电路需要多种不同的直流电压时,就需要用到直流–直流(DC–DC)变换电路。
直流电压变换基本上是利用直流斩波电路来实现的
1)直流斩波的概念
直流斩波就是利用电子开关的通断使直流电时通时断,改变电路通断的时间比例,就可以改变其直流平均电压的大小,如图3.1所示。
由于这种控制方式好像是将直流电压波形斩去一些·所以称为“斩波”。
图3.1(b)导通”时间为一个周期T的1/2,所示平均电压
。
(U为直流电压)。
图3.8.1(c)导通时间为一个周期他T的1/5,所以
。
直流斩波波形的特点是方波脉冲的幅值相同,而其宽度不同。
图3.8.1直流斩波电压波形及平均值
2)直流斩波升压电路
①图3.8.2(a)为直流斩波升压电路。
图中U为直流电源,电压为U,L为储能电感,VT为开关管(此处为三极管,也可以改用场效应管或IGBT管[IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),绝缘栅极型功率管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件。
应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
]),C为储能电解电容,VD为隔离二极管,RL为负载。
②由图可见,直流电源通过L和VD向电容C充电(电流为i2),直至电容电压升至U,充电过程才结束。
电容及负载上的电压极性为上正、下负。
③当开关管VT导通时,电流i1流过电感L,使电感储存磁能。
(这时虽然VT管两端电压很小,但因二极管VD的隔离作用,电容不会对它放电)。
④当开关管VT突然截止(关断)时,已储能的电感L,将通过二极管VD对电容C充电(电感释放能量)(电流为I11),使电容电压在原来的基础(Uc=U)上,继续升高。
由于开关管的触发脉冲频率较高,因此电容C上维持高于U的电压。
整定触发脉冲的占空比,即可调节电容电压(亦为输出负载电压)的大小。
图3.8.2直流斩波电压变换电路
3)直流斩波升、降压电路
图3.8.2(b)为直流斩波升、降压电路。
对照图3.8.2(b)与图3.8.2(a),不难发现:
图中VT管与电感L的位置互换了,而且二极管VD的极性也相反了。
由图可见,在初始情况下,开关管VT不导通时,电容C上是没有电压的。
①当VT管导通后,就有直流电流i通过电感L使电感储存磁能。
此时,由于二极管VD的阻断作用,直流电源对一电容C不构成通路。
②当VT管截止时,由于电感L的续流作用,将有i通过二极管VD向电容C充电。
由图不难看出,此时电容电压的极性已与电源电压相反。
此时电容上的电压的大小,将由开关管VT的触发脉冲的占空比来决定,增加电感L的通电时间,就会在电容上产生较高的电压,此电压可以高于电源电压U,也可以低于电源电压,从而构成升、降压电路。
2.由DC–DC集成电压变换模块构成的电压变换电路
1)由于通常DC–DC变换电路所需元件较多,电路较复杂,因此,在DC–DC变换电路中常使用专用的集成电路。
专用集成DC–DC电压变换电路模块有多种,MC34063A就是其中常用的一种。
图3.8.3为MC34063A的内部结构示意图
MC34063A共有8个引脚,内有开关管VT1及激励管VT2,带有温度补偿的1.25V基准电压源,有比较器和能限制电流及控制周期的振荡器。
其主要参数为:
最大电源电压40V,比较器输入电压范围为-0.3~40V,驱动管集电极电流为100mA,开关电流为1.5A。
2)MC34063A的应用
①升压式DC-DC变换器
图3.8.4所示是由MC34063A组成的升压式DC-DC变换电路。
图3.8.4升压式DC-DC变换电路
图中电路的输人电压+12V,输出电压可调,能达到+24V以上,输出电流可达80mA。
图中,L1是储能电感,VD1是续流二极管。
由图可见,YD1-C1-地与VT1-地组成并联电路再与储能电感L,串接[参见图3.8.2(a)]。
升压变换原理如前所述:
初始状态是电源Ui1通过R2→L1→VD1对C1充电,直至UC1=Ui1时为止;当并关管VT1饱和导通,则电流逐渐增大,电流方向如图中实线所示,此时VD1处于反偏而截止,L1储存磁场能量;当VT1管截止时,则由于L1中的电流不能突变,此时VD1处于正偏而导通,电流方向如图中虚线所示,L1释放磁场能量,C1被充电,可以产生+24V直流电压。
于是电路完成了从12V到24V的变换。
图中C2是振荡定时电容。
R2电阻为过流检测电阻,过流检测信号从7脚输人,通过控制芯片内部的振荡器,可达到限制电流的目的。
输出电压经Rp和Ra分压后,反馈到5脚内部比较器的反相端(参见图3.8.3),以保证输出电压的稳定性。
本电路的效率可达89.2%。
如果需要,本电路在加人扩流
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