实验一元件伏安特性的测定

《电路原理（电路分析）》实验指导书四川理工学院自动化与电子信息学院课程教研组编实验要求与须知科学实验是科学得以发展的保证，是自然科学研究的重要手段。

对于电路分析这门课程来说，实验是整个教学过程中必不可少的重要实践性环节，它是在系统学习本学科基础理论和基本知识的基础上，通过实验和实际操作使学生得到实验基本技能的训练，学习常用仪器仪表的使用方法，进一步巩固和加深所学的理论知识，培养和提高学生运用基本理论去分析、处理实际问题的能力和创新精神。

一、实验目的和要求：1、通过实验，学习常用仪器、仪表的使用方法和测量技术，培养学生的基本实验技能；2、进一步巩固加深所学的理论基础知识，培养运用基本理论知识去分析、解决实际问题的能力；3、培养整理实验数据，分析实验结果，编写实验报告和选择实验方法的能力；4、培养事实求实、严肃认真、踏实细致的科学作风和良好的实验习惯。

二、实验方式实验课一般分课前预习、进行实验和课后写实验报告三个阶段。

为使学生做每次实验，达到预期目的，现将各个阶段的要求简述如下：1、课前预习实验能否顺利进行和收到预期效果，很大程度上取决预习准备是否充分。

因此要求每次实验之前仔细阅读实验指导书，明确本次实验的目的、任务，了解实验的基本原理以及实验线路、方法、步骤，清楚本次实验要观察哪些现象，记录哪些实验数据和哪些问题。

以及搞清楚实验中所要遇到的仪器、仪表的使用方法。

学生只有认真做好预习后才能到实验室做实验，凡达不到预习要求者，不得进行实验。

2、进行实验一般实验课按下列程序进行：（1）首先认真听取教师在实验前讲授的实验要求及注意事项。

（2）到指定的桌位上做实验，实验前应做到：1）检查仪器、仪表设备是否齐全、完好，并了解仪器、设备的额定容量，使用方法，量程和操作规程。

当未搞清楚性能和用法时，不得随意使用该仪器、设备。

2）做好实验记录的准备工作。

3）按实验要求接线。

接线前先弄清楚原理图上的各元件和节点与实验电路中元件、节点的对应关系，然后根据要求连接线路。

连接的原则一般是“先串后并”、“先主后辅”，接好线路后要求自检、互检并请教师检查，待老师认可后，方准接通电源。

4）按实验步骤进行操作，观察实验现象，读取和记录实验数据。

操作前要做到：目的明确，心中有数。

操作时要注意：合电源，眼观全局，先看现象，再读数据。

读数前要弄清仪表量程及刻度，读数时注意姿势正确，要求“眼、针、影成一线”。

5）结尾工作完成所有的实验项目后，先不忙拆线，应自己检查实验数据是否合理，有无遗漏，再经教师复查，并在原始记录上签字通过后方可拆线（注意拆线前必须先切断电源），并做好仪器、设备、桌面和环境的清洁整理工作。

最后经教师同意后才可离开实验室。

三、实验报告的编写实验报告的编写过程是实验结果的全面归纳，总结分析和提高阶段。

要简明扼要将实验结果完整和真实的表达出来。

报告要求：文理通顺，字迹清楚，图表清晰，结论正确，分析合理，讨论深入。

学生在每次实验之后都应独立完成这一工作，实验报告内容包括：1、实验名称、实验日期、班级和姓名。

2、实验目的、任务、原理和线路图。

3、实验仪器仪表设备的名称、数量及规格。

4、根据原始数据做成的表格、曲线、波形，以及理论计算数据，误差分析等。

波形、曲线要求画在坐标纸上，比例尺要适当，坐标轴上要标明物理量的单位和分度。

做曲线时要曲线板绘制，力求曲线光滑，不必强求通过全部的测定点，测定点的分布可随曲线率不同而不同。

曲率大处应多测几点。

实验结果的分析处理（包括实验结论、分析讨论收获体会及意见）。

回答指导书上提出的问题。

学生在做完实验之后，应及时写好报告，不交报告者，实验不合格。

实验操作规则及注意事项一、实验前必须进行预习，阅读实验指导书及教科书中有关内容，了解实验目的任务和步骤，达到心中有数，目的明确。

凡预习不合格者，不得进入实验室。

二、保持实验室的清洁，和环境卫生，不准随地吐痰，严禁吸烟，保持安静，不得大声说话和吵闹。

三、注意人身安全和设备安全要求切实遵守实验室各项操作规程，以确保实验过程中的安全，必须严格遵守以下规定。

1、不宜自行接通电源，接好线后经教师检查认可后，方可合上电源。

2、进行实验时不触及裸露的带电部分，防止衣服头发卷人转动的机器。

严格遵守“先接线，后通电，先断电后拆线”的操作程序。

严禁带电操作。

3、发现异常现象（声响、发热、焦嗅等）应立即切断电源。

保护现场，报告指导老师，不允许自行处理，或隐瞒事故。

凡属责任事故，造成仪器、设备损坏者，需会同实验室工作人员进行分析处理、并如实填写事故报告单。

4、爱护仪器设备，遵守操作规程，不得动用与本次实验无关的设备。

5、实验结束后摆好仪器设备，并做好实验室的清洁卫生工作。

实验目录实验一元件伏安特性测定（验证型）---------------------------------------------------------------------6 实验二基尔霍夫定律（验证型）-------------------------------------------------------------------------11 实验三电源的等效变换（验证型）----------------------------------------------------------------------14 实验四迭加定理和戴维南定理（验证型）------------------------------------------------------------20 实验五简单RC电路的过渡过程（验证型）---------------------------------------------------------26 实验六一阶、二阶电路的正弦响应（验证型）-----------------------------------------------------28 实验七功率因数的改善（验证型）--------------------------------------------------------------------32 实验八三相交流电路（验证型）-----------------------------------------------------------------------36 实验九电源等效变换设计（设计性）------------------------------------------------------------------41 实验十一阶RC电路的设计（设计性）--------------------------------------------------------------44 附录：示波器的使用---------------------------------------------------------------------------------------46实验一元件伏安特性的测定一、实验目的1、学习直读式仪表及晶体管稳压电源等常用设备的使用方法；2、加深对线性电阻元件、非线性电阻元件——半导体二极管和电源伏安特性的理解，并学习掌握测试元件特性的伏安测量法。

二、原理与说明电路元件的特性一般用该元件的端电压U与通过元件的电流I之间的函数关系来表示，一个元件的电压与电流之间关系的函数图形称为该元件的伏安特性曲线。

独立电源和电阻元件的伏安特性可以利用电压表和电流表测定，这种方法称为伏安测量法（即伏安表法）。

伏安表法原理简单，测定方便，也适合于非线性元件伏安特性的测定。

但仪表的内阻会对测量结果产生一定影响，因而必须注意仪表的合理接法。

1、电阻元件（1）、线性电阻元件电阻元件的伏安特性可以用元件两端的电压V与流过元件的电流I的函数关系来表征。

在u~i坐标平面上线性电阻元件的特性为一条通过原点O的直线，如图1—1所示。

图1—1 线性电阻的伏安特性电阻的伏安特性用欧姆定律描述。

在U和I关联参考方向条件下：U=I R（1—1）若U，I为非关联参考方向情况下，则欧姆定律的形式为：U= -I R（1—2）（2）、非线性电阻非线性电阻的u~i函数关系不再是一条直线，一般可以分为下三种类型：1）、若元件的端电压是流过元件电流的单值函数，则称为电流型电阻元件，示例的特性曲线见图1—2（a）；2）、若流过元件的电流是元件端电压的单值函数，则称为电压型电阻元件，示例的特性曲线见图1—2（b）；3）、若元件的伏安特性曲线是单调增加或减少的，则该元件即是电流型又是电压型的电阻元件，示例的特性曲线见图1—2（c）。

u半导体二极管就是一种典型的非线性电阻元件，其伏安特性曲线如图1—2（c）所示。

二极管的（等效）电阻值随电压电流的大小甚至方向而改变。

对比图1—1和图1—2可以发现，线性电阻的伏安特性对于坐标原点对称，这种性质称为双向性，为所有线性电阻元件所具备；而半导体二极管的伏安特性不但是非线性的，而且对于坐标原点也不对称，即是单向性的，这种性质为大多数非线性电阻所具备。

当外加电压的极性和二极管的极性相同时，其（等效）电阻值很小；反之则（等效）电阻值很大。

半导体二极管的这一性能称为单向导电性，利用单向导电性可以把交流电变换成直流电。

2、电压源理想电压源的端电压u S(t) 是时间的函数，与流过电源的电流无关。

流过理想电压源的电流不由电压源本身决定，而是由与之相连接的外电路所确定的，如u S(t)不随时间变化（即为常数）则该电压源称为直流理想电压源U S，其伏安曲线如图1-3（a）所示。

理想电压源实际上是不存在的，实际的电压源总是存在一定大小的内阻（因此实际电压源可以用一个理想电压源和一个电阻相串联的电路模型来表示，如图1-3（b）所示）。

显然，实际电压源的内阻R S越小图1-3（b）中的θ越小，则特性越接近理想电压源。

本次实验所采用的晶体管直流稳压电源，其伏安特性非常接近于理想电压源，当通过它的电流在规定范围内变化时，可以认为是理想电压源。

+-图1-3 电压源的伏安特性 三、实验内容及步骤本实验在直流电路实验板上进行，其结构如图1-4所示。

1、 测定线性电阻的伏安特性 选取实验板上R=470Ω的电阻为被测元件，并按图1-5接好线路，注意将实验板上的D1用短路线联结。

经检查接线无误后，打开直流稳压电源开关，调节与直流稳压电源并联的滑动电阻R 的动触点，使电阻R 两端的电压为表1-1中所列数值，并将相对应的电流值记录在表1-1中。

表1-1 线性电阻的伏安特性U S O （b ） R S U S ii 图1-4 实验板接线图20mA图1-5 线性电阻伏安特性实验原理图2、测定非线形电阻——半导体二极管的伏安特性将二极管短路线拆除，选取1N4007二极管为被测元件。