实训三 直流电源和电阻元件伏安特性的测定

实训三直流电源和电阻元件伏安特性的测定
一、实训目的
1、测定线性电阻元件、非线性电阻元件及直流电压源、直流电流源的伏安特性，并绘制其特性曲线。

2、掌握万用表和电流表、电路分析实验箱的使用方法。

3、理解理想电压源、电流源的伏安特性。

二、预习要求
1、熟悉理想电压源与实际电压源、理想电流源与实际电流源的伏安特性。

2、熟悉电流、电压的测量方法。

3、在原始数据记录纸上画好测试数据的表格。

4、整理出简要的实训步骤。

三、实训器材
1、电流表（T51型） 1只
2、滑动变阻器（200Ω 1A） 1只
3、电阻箱（0—9999Ω） 1只
4、万用表（MF47型） 1只
5、电路分析实验箱（SG6940A型） 1台
四、实训原理及说明
1、电阻元件
电阻元件的阻值不随其电压或电流改变的，称为线性电阻元件，它遵循欧姆定律。

如果电阻元件的阻值随着其电压或电流而改变，称为非线性电阻元件，它不遵循欧姆不定律。

若把电阻元件上的电压取为纵（或横）坐标，电流取为横（或纵）坐标，画出电压和电流的关系曲线，称为该电阻元件的伏安特性曲线。

线性电阻元件的伏安特性是通过坐标原点的一条直线，如图4-1所示。

非线性电阻元件，因为它不遵循欧姆定律，电压与电流不成正比，其伏安特性是一条曲线，如图4-2所示。

图4-1 线性电阻的伏安特性曲线图
4-2 非线性电阻的伏安特性曲线
2．直流电压源
理想的直流电压源（简称直流电压源），其端电压是一恒定值，与通过它的电流无关，即不会因为它所接外电路不同而改变，而通过它的电流却取决于它所连接的外电路。

直流电压源的伏安特性如图4-3所示（直线a ）。

实际的直流电压源都具有一定的内阻R i ，它可以用恒定的电压U S 和电阻R i 相串联的模型来模拟。

其端电压U=U S -IR i
式中I 为流过实际电压源的直流，实际直流电压源的伏安特性曲线如图4-3所示（直线b ）。

3．直流电流源
理想的直流电流源（简称直流电流源）其输出电流是一恒定值，与它的端电压无关，即不会因为它所接外电路不同而改变，而它的端电压却取决于外电路。

直流电流源的伏安特性曲线如图4-4中直线a 所示。

实际的直流电流源可以用一恒定电流IS 与电阻Ri 并联的模型来模拟，其输出电流为
Ri U I I S -
=
式中U 为实际电流源的端电压，其伏安特性曲线
如图4-4中直线b 所示。

图4-3 直流电压源的伏安特性曲线 图4-4 直流电流源的伏安特性曲线
五、内容及步骤
1、测量线性电阻元件的伏安特性
（1）按图4-5在电路分析实验箱上接线，取R L =100Ω，U S 为直流稳压电源的输出电压（要事先将U S 调到0V ）。

（2）打开稳压电源开关，调节电压调节旋钮使电压U 分别为0V 、2V 、4V 、6V 、8V 、10V （以万用表电压档指示值为准），测量对应的电流值，将数据填入表4-1中。

然后关
R L
U —
闭电源，将电压调节旋钮调到最小位置（即0V 位置）。

图4-5 线性电阻元件线路
表4-1
2、测量非线性电阻元件的伏安特性
（1）按图4-6在实验箱上接好线路。

（2）打开电源开关，调节电压调节旋钮，使其输出电压分别为0V 、1V 、2V 、3V 、4V 、5V 、6V ，测量对应的电流值，记入表4-2中，关闭电源，电压旋钮旋到最小位置。

图4-6 非线性电阻元件的测试线路
表4-2
3、测量直流电压源的伏安特性
（1）按左图4-7在实验箱上接好线路。

将实训室的稳压电源视作理想直流电压源，取R=100Ω，Rp
用滑动变阻器，也可用实验箱中的电位器。

（2）打开稳压电源开关，调节电压调节旋钮使输出电压为10V ，改变Rp 的值使电路中电流分别为35mA 、40mA 、45mA 、50mA 、55mA 、60mA ，测量对应的直流电压源端电压U ，记入表4-3中。

表4-3
U —
6.3V 小灯泡
U —
4、测量实际电压源的伏安特性
（1）按图4-8在实验箱上接线，将直流稳压电源U S 与电阻R i （取51Ω）相串联来模拟实际直流电压源，如图中虚线框内所示，取R=100Ω，Rp （同前面一样）。

（2）U S 取12V ，调节Rp 使电路中的电流分别为35mA 、40mA 、45mA 、50mA 、55mA 、60mA ，测量对应的实际电压源端电压U ，记入表4-4中。

表
4-4
5、测量直流电流源伏安特性
（1）按图4-9在实验箱上接线，RL 为十进制多值电阻箱。

（2）选择恒流源I S =50mA ，改变R L 的阻值分别为0Ω、100Ω、200Ω、300Ω、400Ω、
500Ω，测量对应的电流和电压记入表4-5中。

图4-9 电流源测试线路
表4-5
6、测量实际直流电流源的伏安特性
（1）按图4-10在实验箱上接线，取R i =1k Ω，将R i 与电流源并联来模拟实际电流源，如图中虚线框内所示。

L
I S
图4-8 实际电压源测试线路
（2）S 0Ω、100Ω、200Ω、300Ω、400Ω、500Ω，测量对应的电流和电压，记入表4-6中。

表4-6
六、报告要求
1、报告内容包括：实验目的、实验器材、实验原理及说明、实验内容及步骤、数据分析、思考题解答、实验小结等内容。

2、实验步骤和内容要自己对实验真实情况进行回忆总结，严禁抄写教材的对应部分。

3、对测量数据要进行测量误差的分析。

4、实验小结应是自己对个人实验情况进行客观的总结，包括经验与教训。

七、思考题
1、线性电阻与非线性电阻的测量方法有什么不同？
2、理想与实际电压源的线路有什么不同？测量电压时应注意哪些？
3、有一同学从实验数据中得到理想电流源与实际电流源的特性一致，请你分析出现这样结果的原因。

L。