电子技术实验演示仪的研究与设计

摘 要：数字电子技术基础是高等学校理科类学生广泛选修的课程，实验课时较多，但缺乏配套的课堂实验演示仪。提出设计实用性较强又简单便携的数字电子技术基础课实验用演示仪，并给出其中一个演示仪电路设计的实例。

关键词：电子技术基础实验 演示仪 设计

1 现状分析

数字电子技术基础是高等学校理科类学生广泛选修的课程，对于电子、通信等专业更是必修的基础入门课程[1]，具有较强的理论性和实践性。目前电子技术方面的实践教学都是独立设课，几乎没有相应的课堂演示实验。

与普通物理、化学具有丰富的演示实验器材相比，市场上几乎没有电子技术基础课堂演示实验器材。而实验室的实验器材比较笨重，不方便携带。所以设计实用性较强、简单便携的电子技术基础演示实验演示仪就显得很有必要。

2 设计实例

以3人表决器电路为例，具体阐述实验演示仪的设计和制作过程与要点。

2.1 电路原理

3人表决器电路，又称为多数“1”鉴别电路（如图1所示）。工作方式就是当3个输入端中有任意2个或者2个以上输出逻辑状态为“1”时，电路输出状态为“1”；否则电路输出状态为“0”。其逻辑功能见表1[2]。可广泛应用于各种比赛的裁判电路。

图1 3人表决器电路原理图

表1

2.2 电路图设计

图1所示电路需要选用合适的芯片去实现，另外还加上电源、输入端电路、输出端电路才能工作。

图2是3人表决器设计电路图。

图2 电子技术基础综合实验演示仪电路

2.3 电路说明

2.3.1 主电路芯片选择

我们采用TTL系列的74LS00和74LS20芯片。集成电路不直接焊接，而是采用插接式安装。即焊接安装一个同规格的芯片插座，把芯片插在上面使用，这样一旦出现芯片故障，更换非常方便[3]。

2.3.2 电源

因为此电路只需直流电源，而且最大电压为+5 V，允许误差为±10%。所以我们采用可容纳4节5号或者7号干电池的电池盒来充当电源。

2.3.3 输入、输出端电路

输入端用开关来控制输入电平，一般选用单刀双掷钮子开关，并采用LED发光二极管作为逻辑电平指示灯。开关打开时就输入逻辑电平“1”，对应的指示灯亮起；关闭时输入逻辑电平“0”，对应的指示灯熄灭。

输出端直接用一个LED发光二极管作为逻辑电平指示灯。

2.3.4 限流电阻

发光二极管的反向击穿电压约5 V。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算[4]：

R=（E-UF）/IF

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。

普通的发光二极管正饱和压降为1.6～2.1 V，最常见的压降大约为1.8 V，具体值可以查看对应的型号参数表。工作电流5～20 mA。

由以上条件可计算出电路各处电阻范围，选用合适的标准电阻。电阻采用最常见的色环电阻，1/4 W规格即可。

2.3.5 电路板

电路板一般有敷铜板、面包板和万用板。从实用性、可靠性、美观性和布局灵活性等方面考虑，最好采用环氧玻璃布敷铜板[5，6]。

2.4 功能扩展

为了提高电路利用率，我们把电路适当修改，使其功能得到扩展。主要是增加了功能切换开关K4。再添上电源开关以及电源指示灯，使电路更加完整。

2.4.1 芯片逻辑功能演示

开关K4向上接a位置时，如果IC1位置芯片为74LS00，则可以演示与非门功能；如果IC1位置芯片为74LS08，则可以演示与门功能；如果IC1位置芯片为74LS32，则可以演示或门功能；如果IC1位置芯片为74LS86，则可以演示异或门功能；如果IC1位置芯片为CC4001，则可以演示或非门功能。

2.4.2 3人表决器电路功能演示

开关K4向下接b位置时，如果IC1位置芯片为74LS00，IC2位置芯片为74LS20，则可以演示3人表决器电路功能。

3 结束语

该实验演示仪具有制作简单、轻便易携、结构简单、方便操作、附带电源、价格低廉等特点。电子技术基础演示实验不是一个电路就能解决的，需要根据教学需要，制作一系列相应的演示仪。以上仅仅试列举了一个电路作为示范，其他电路依此也不难制作。太复杂的电路不建议课堂演示，应放到专业实验课去解决。

参考文献

[1] 谢建明.电子技术基础实验教学改革探讨[J].中国现代教育装备，2006（8）：46-47.

[2] 吴勇灵.浅谈三人表决器实验电路的设计[J].物理实验，2010（8）：33-35.

[3] 尹建友.如何减少电子电路制作过程中的人为故障[J].科技信息，2007（25）：104.

[4] 谢自美.电子线路实验・测试・设计[M].第二版.武汉：华中理工大学出版社，2003.

[5] 胡向南.实用手工制作电路板的几种方案[J].科技信息，2010（15）：88-93.

[6] 俞国林.电路板制作方法的比较分析 [J].科技信息，2006（1）：166-167.