电路实验指导书

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1、实验一元件伏安特性的测试一、实验目的1. 了解线性电阻和非线性电阻的伏安特性；2. 学习元件伏安特性的测试方法；3. 掌握直流电压表、直流毫安表、直流稳压电源、万用表的用法。二、仪表及设备1. 双路直流稳压电源(030V, 1A)1个2. 直流电压表(0200V)1个3. 直流毫安表(02000mA )1个4. 滑线电阻器(01kQ/8W)1个5. 定值电阻(200Q/8W, 51Q/8W)1 个6. 二级管(IN4007)1 个三、原理说明及仪表使用1、电阻元件的伏安特性电阻元件的伏安特性是指电阻元件两端电压与该电阻元件的电流之间的关系曲线。线性电阻元件伏安特性服从欧姆定理，不但其电阻阻值不

2、随电压电流值的变化而变化，而且也不随 电压电流的方向变化而变化。其伏安特性是一条通过原点的直线。如图1.1所示。图1.1线性电阻的伏安特性曲线非线性电阻元件的伏安特性不服从欧姆定理，它与电压电流的方向和大小有关。因此它的伏安特性 曲线是一条通过原点的曲线，它可以分为三种类型： 若流过元件的电流是其两端电压的单值函数，则称为电压控制型电阻元件，隧道二极管就具有这样 的伏安特性，如图1.2 (a)。 若元件的电压是流过该元件的电流的单值函数，则称为电流控制型电阻元件，充气二极管就具有这 样的伏安特性，如图1.2 (b)。 若元件的伏安特性曲线是单调增加或单调减少，则该元件既是电压控制型元件又是电流

3、控制型元件， 钨丝灯泡等就具有这样的特性，其伏安特性如图1.2 (c)。（a）压控（N）型非线性电阻（b）流控（S）型非线性电阻（c）单调型非线性电阻图1.2非线性电阻的分类2、电压源理想电压源的端电压是确定的时间函数，而与流过的电流无关。如果端电压不随着时间变化，即为常 数，则该电压源称为直流理想电压源。其伏安特性如图1.3所示。而实际上的电压源的内阻一般都是存在 的，任何实际电压源可以用一个理想电压源和电阻串联的电路模型来表示，如图1.4（a），实际电压源的 电压电流有下列关系：=u - R i o其中i是流过电压源的电流，是电压源端电压，R为电压源的内 s ssS阻。其伏安特性如图1.4

4、 （b）o可见，电源内阻越大，图1.4 （b）中的角。越大，而其正切的绝对值即为实 际电压源的内阻，即：r = tgeo图1.3直流理想电压源伏安特性3、测量说明关于参考方向参考方向并非一个抽象的概念，以实验测定电压为例，若首先假定一个电压参考方向，在实验中按照 这个假定方向将电压表的“+”、-”极性按照选取的参考方向接入电路中，此时，如果电压表的指针正向 偏转，说明实际电压方向与我们假定的参考方向相同，从表中读出的电压数量记为正值；如果电压表的指 针反向偏转，说明实际电压方向与我们假定的参考方向相反，此时，可以将电压表的+”、-”极性交换， 读出的电压值数据记为负值。同样，测定电流时也可以类

5、似进行，只是测量电压是并联接入电路中，而测 量电流是串联接入电路中。关于电阻元件的实验测定电阻元件的伏安特性可以用实验的方法来测定。一方面要注意仪表的接法。由于电流表与电阻元件串 联，因此电流表内电阻将起分压的作用；电压表与电阻元件并联，电压表的内电阻将起分流的作用，两者 直接影响测量结果，所以根据被测电阻的大小，合理连接电压表和电流表，尽可能减少测量误差。另一方 面，使用伏安表法测定非线性电阻元件的伏安特性时，如果非线性元件是电压控制型的，只能用可变电压 源（也就是说选取电压作为自变量）；如果非线性元件为电流控制型的，只能用可变电流源（也就是说选 取电流作为自变量），否则就不能测定出完整的伏

6、安特性。四、实验内容1、测定线性电阻的伏安特性调节直流稳压电源，使输出为5V。接线如图1.5，以定值电阻（R1=200Q）为被测线性电阻元件，先使分压器滑动触头处于无输出位置。图1.5线性电阻测量接线图根据电源电压及电阻数值估算电压表、电流表的量程。调分触头，使分压器输出电压从零缓慢增到最大值，并观察电流随电压的变化趋势，以便确定测试 点之间的距离。取4个测试点进行测试，记下R两端的各个电压值及对应的各个电流值，记入表1-1中。将电压反向连接，重复步骤（1） - （5），记下入表1-1中。表1-1线性电阻伏安特性测试表正向U (V)1234I (mA)反向U (V)0-1-2-4I (mA)2

7、、测定非线性电阻元件一一二极管的伏安特性正向伏安特性的测定调直流稳压电源使输出电压为1.5V。接线如图1.6 （a） （b）所示，根据二极管正向导通阻值的大小， 同学自己选择用（a）或（b）图接线，那个数据更精确？再调分压器触头，使电压表的读数分别为表1-2所示各电压值。使用直流毫安表，测量并记下对应于 各电压值的电流，记入表1-2中。记入表1-2中。应选择（）图接线图1.6非线性电阻测量接线图正向U (V)00.30.50.60.650.70.75I (mA)表1-2二极管伏安特性测试数据表测实际电压源的伏安特性电源输出电压调至3V，然后断开开关。按图1.7接好线路，虚线框中的电路为实际电压

8、源。首先将可 变电阻器Rp调节到最大电阻值的位置，打开开关，逐渐减小Rp的阻值，记录各个电流值下的电压值于表 1-3 中。图1.7实际电压源测量接线图表1-3实际电压源的伏安测试I (mA)051015202530U (V)五、注意事项1. 做实验必须养成先接线，确认接线无误后，再通电。2. 本实验所用的晶体管直流稳压电源，当输出电流在较小范围内变化时，其端电压基本上保持不变， 可以看作理想电压源。因此直流毫安表只能串接到电路中，严禁用其测量任何电源输出电压及测量任何电 路的端电压。3. 在接线前，首先调节直流稳压电源使其输出为规定值，然后关闭电源，进行接线。严禁在通电状态 下使直流稳压电源外

9、部短路或接好线后再调节直流稳压电源。4. 仪表读数及数据处理中的运算要注意有效数字。六、思考题1. 为什么电流表不能用测量电压？稳压电源的正负极为什么不能短接？2. 如图1.6,在非线性电阻的正向特性测量中，说明你选择（a）或（b）图接线的理由？七、报告要求1. 根据测试数据，在坐标纸上按照比例绘制出各伏安特性曲线。2. 回答思考题。实验四多源等效电路的研究、实验目的1. 用实验方法验证叠加定理；学习电流源的使用2. 戴维南定理的研究3. 学习有源一端口等效电路的测量方法。二、仪表及设备1. 双路晶体管稳压电源（0-30V, 1A）1个2. 直流电流源（0500mA）1个3. 直流毫安表（0-

10、2000mA）1只4. 直流电压表（0-2000V）1只5. 戴维南电路板1块6. 选用仪表及元件：可调电阻箱（099999.9Q）,可变电阻（010KQ/2w），万用表三、实验原理及说明叠加原理说明：如果把独立电源称为激励，由它引起的支路电压、电流称为响应，则叠加定理可简述为:在任一线性网络中，多个激励同时作用引起的响应之和等于每个激励单独作用时引起的响应之和。所 谓某一激励单独作用，就是除了该激励外，其余激励均置零，即理想电压源用短路线代替，理想电流源用 开路代替1. 戴维南定理一个含独立源、线性受控源、线性电阻的二端电路N，对其两个端口来说都可以等效为一个理想电压源串联内阻的模型如图4.

11、1。其理想电压源的数值为有源二端电路N的两个端子间的开路电压，串联 的内阻为N内部所有独立源等于零（理想电压源短路，理想电流源开路，受控源保留）时，两端子间的等图4.1戴维南定理2. 等效电源的测量方法等效电源的R和U可以计算得出，也可以实验测得。测量方法如下：直接测量法用高电阻（相对于等效电源内阻而言）电压表可以直接测量a、b端开路电压U力。外特性曲线法“如果线性网络不允许a、b端开路或短路时，可以在a、b端不开路也不短路的情况下先测量出外特性， 绘制出外特性曲线，然后将该特性曲线延伸，其在纵坐标（电压坐标）上的截距就是U”，如图4.2。实际上，在测试中，只要知道外特性曲线上任意两点的坐标参

12、数，就可以计算出U：和，计算公式如下：设图4.2中外特性曲线上两点a、b的坐标分别为（U , I ）和 ，贝c U U _ TR = ab，U = U +1 x Req I Ioc b b eq图4.2用伏安特性曲线求戴维南等效示意图补偿法这里再介绍一种测U的方法一一补偿法。用这种方法可以排除伏特表内阻对测量的影响。为了测量 oc线性有源一端口网络的开路电压U，在端口 a、b两端接上一直流毫安表和一个输出电压可调的电压源支 oc路，调节电压源，当电流表指示为零时的电压源上的电压即为a、b两点间开路电压。3. 入端等效电阻的测量方法对于已知的线性有源一端口网络，其入端等效电阻Re可以有以下测量方

13、法：开路短路法由戴维南定理可知：Rq = Uc 1七。式子中的U。即为已经测出的开路电压，可以用上述开路电压的 测量方法得到。然后可以直接用低内阻电流表测量a、b端短路电流J，则内阻Rq = U JI c。但是，如 果因为测量短路电流而造成短路电流过大，损坏内部器件时，不宜采用此方法。此时，与图4.2相同，可以在a、b端不开路也不短路的情况下先测量出外特性，绘制出外特性曲线， 然后将该特性曲线延伸，其在纵坐标（电压坐标）上的截距就是Ucc，在横坐标（电流坐标）上的截距就 是 I，而 R = U /1。外特性曲线两点法实际上，在图4.2的测试结果中，只要知道外特性曲线上任意两点的坐标参数，就可以

14、直接计算出Uoc和A，计算公式如下：设图4.2中外特性曲线上两点a、b的坐标分别为（U , I ）和（U , I ），则eqc U U _ TR= ab，U= U+ Ix ReqI Iocbbeqaabb端口外接电阻法ba测出有源一端口网络的开路电压u后，在端口处外接一负载电阻rl，然后测出负载电阻的端电压 U ，电路如图4.4所示。电路如图4.4所示。rl由于则入端等效电阻为:图4.4求入端等效电阻的电路rlU =eqeq(UocUI rlL-1Jx RLx RL另外，在实验中，还常常采用半偏法来测量入端等效电阻Re，对于本实验而言，将采用这种方式，具 体的方法请同学们自己查阅有关资料，其原理也留给同学们自行分析。四、实验内容1、在戴维南电路板上验证叠加原理：（1）先把电压源和电流源按照戴维南电路板上所需值调节正确。（注意：电流源的输出必须是闭合回路）， 关掉两个电源。（2）在同学自行选择一个固定电阻，接在ab两端，验证当电压源、电流源分别作用时，以及当电压源、 电流源共同作用时，流过固定电阻的电流、固定电阻两端的电压是否符合叠加原理。请同学自己设计表格， 填入数据。提示：当电流源单独作用时，电压源应该短路，此时电压源应该先关掉，再短路。2、两种方法测量有源网络端口的开路电压Uoc按图4.3（a）接线，分