4 . 复习线性电阻和非线性电阻的伏安特性.

4 ． 复 习 线 性 电 阻 和 非 线 性 电 阻 的 伏 安 特 性 。

（ 1 ） 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 服 从 定 律 ， 它 是 一 条 通 过 座 标 原 点 的 。

线 。

非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 不 服 从 非 线 形 定 律 ， 它 是 一 条 通 过 座 标 原 点 的 线 。

（ 2 ） 在 伏 安 特 性 的 测 试 中 ， 只 有 在 电 流 很 小 ， 电 阻 很 小 时 （ 只 有 几 个 欧 姆 ） ， 将 电 压 表 与 电 阻 直 接 ＿ ＿ 联 ， 再 与 电 流 表 联 。

而 测 量 较 大 电 阻 （ R = 200Ω） 的 伏 安 特 性 时 ， 要 将 电 流 表 先 直 接 与 被 测 电 阻 联 后 ， 再 与 电 压 表 联 。

这 是 因 为 。

三 、 实 验 内 容 说 明
电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 是 指 电 阻 元 件 两 端 电 压 U 与 通 过 该 电 阻 元 件 的 电 流 I 之 间 的 关 系 曲 线 。

线 性 电 阻 元 件 伏 安 特 性 服 从 欧 姆 定 律 ， 即 U /I 为 常 数 。

不 但 其 阻 值 不 随 电 压 或 电 流 变 化 而 变 化 ， 而 且 与 电 压 或 电 流 的 方 向 无 关 。

因 此 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 是 一 条 通 过 座 标 原 点 的 直 线 。

如 图 6－ 2－ l （a ） 所 示 。

非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 不 服 从 欧 姆 定 律 ， 即 U ／ I 不 等 于 常 数 ， 它 与 电 压 电 流 的 大 小 和 方 向 有 关 。

因 此 非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 是 一 条 通 过 坐 标 原 点 的 曲 线 。

对 电 压 、 电 流 控 制 型 的 非 线 性 电 阻 元 件 ， 如 白 炽 灯 和 晶 体 二 极 管 的 伏 安 特 性 分 别 如 图 个 6—2—1（b ） 和 图 6— 2－ l （c ） 所 示 。

（ a ） （ b ） （ C ） 图 6 － 2 电 阻 伏 安 特 性 曲 线
电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 ， 可 以 通 过 实 验 的 方 法 来 测 定 。

但 是 必 须 注 意 仪 表 的 合 理 连 接 方 法 ， 否 则 测 量 的 误 差 将 比 较 大 。

因 为 电 流 表 与 被 测 负 载 电 阻 串 联 ， 电 流 表 的 内 阻 起 了 分 压 的 作 用 。

电压 表 与 被 测 电 阻 并 联 ， 电 压 表 的 内 阻 起 了 分 流 的 作 用 。

两 者 都 直 接 影 响 测 量 的 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 。

四 、 实 验 仪 器
1 ． 双 路 直 流 稳 压 电 源 （ 0～ 30V 1A ） 一 台
2 ． 直 流 电 压 表 （ 45～ 75 mV
3 ～ 7.5— 15 ～ 30— 75 ～ 150 ～ 300 ～ 600 V 0.5级 ） 一 只 3 ． 直 流 毫 安 表 （ 0～100～200～500～1000mA 0.5级 ） 一 只
4 ． 直 流 微 安 表 （ 0～100～200～500～1000µA0.5级 ） 一 只
5 ． 滑 线 电 阻 器 （ 200Ω1.45 A ） 一 只
6 ．定值电阻（100Ω 20W）一只
7 . 钨丝灯泡（24V 2W）一只
8 .二极管（2AP 23 J ）一只
五、实验步骤
1 ．测定线性电阻R的伏安特性．
（1 ）按图6－2－2接线，以定值电阻R—200Ω为被测线性电阻元件。

先使分压器滑动触头处于无输出电压的位置处（即零位）。

（2 ）调节直流稳压电源，使输出为15V。

注：稳压源给出的电压要用万用表（或电压表）测量。

稳压源面板上电压表头指针指示的电压值仅供参考。

（3 ）根据电源电压及电阻数值估算电流表、电压表量程。

（4 ）调分压器滑动触头，使分压器输出电压从零缓慢增加到最大值。

观察电流随电压的变化趋势，以便确定测试点之间的距离。

（5 ）从OV～15V之间取7个测试点进行测量，记下R两端的各个电压值及对应的各个电流值，记入表6－2 中。

注：若分压器调不到所需电压时，可轻调直流稳压电源的微调旋钮。

但此时要注意各仪表的指针不要超过满刻度。

（6 ）将电阻反向连接，重复步骤（1）～（5），记下电压和电流值，记人表6－2—1 中。

注：每次换接电路时必须切断电源，待电路接好后再接通电源。

R
B
图6-2-3 线形电阻伏安特性测试图
表6－2－1 线性电阻伏安特性测定数据表
2 ．测定非线性电阻元件——白炽灯的伏安特性。

（1 ）在图6－2－2中将R换接成白炽灯泡。

将电压表接至毫安表之后，直接与白炽灯泡并联。

如图6－2－3所示。

（2 ）调节直流稳压电源，使输出电压为20V（注意不要超过24V）。

确定电压表、电流表的量程。

（3 ）调分压器滑动触头，使分压器输出电压从零逐渐缓慢地增加到20V，观察电流随电压的变化趋势，确定测试点之间的距离。

（4 ）从OV～20V之间取11个测试点，测量并记下对应白炽灯泡两端的电压和电流，记人表6—2－2中。

表6－2－2 非线性电阻伏安特性测定数据表
注：反向特性与正向特性是对称的。

3 ．测定非线性电阻元件——二极管的伏安特性。

（1 ）正向伏安特性的测定
按图6—2－4接线。

调直流稳压电源输出电压为1．5 V.再调分压器触头，使电压表的读数分别为表6－2－3中所示的各电压数值。

使用直流毫安表，测量并记下对应于电压U的各值的电流I，记入表6－2－3中。

（2 ）反向伏安特性的测定
在图6－2－4中，将二极管反向连接。

调节稳压电源的输出电压为25V，接通电源后调分压器，使输出电压分别为表6－2－3中所示的各电压值。

使用直流微安表，测量并记下对应于电压U的电流I的值，记人表6－2－3中。

4．记下本次实验中所使用的直流电压表和直流电流表的准确度等级。

表 6－ 2－ 3 二 极 管 伏 安 特 性 测 试 数 据 表
六 、 实 验 总 结 报 告
1． 根 据 实 验 数 据 表 格 ， 作 出 线 性 电 阻 元 件 R 和 非 线 性 电 阻 元 件 白 炽 灯 泡 和 晶 体 二 极 管 的 伏 安 特 性 曲 线 ， 并 与 图 6－ 2－ 1（ a ） ， （ b ） ，(c ） 进 行 比 较 （ 白 炽 灯 泡 的 反 向 特 性 ， 根 据 对 称 方 法 可 以 作 出 ） 。

在 绘 制 特 性 曲 线 时 ， 要 注 意 坐 标 比 例 的 合 理 选 择 ， 特 别 是 绘 制 晶 体 二 极 管 的 特 性 曲 线 时 ， 正 向 与 反 向 特 性 的 横 坐 标 和 纵 坐 标 要 取 不 同 的 比 例 尺 。

2 ． 写 出 本 次 实 验 中 所 遇 到 的 故 障 及 排 除 的 方 法 。

3 . 回 答 思 考 题 中 的 第 (2） 题 。

思 考 题 ：
(1) 根 据 仪 表 的 准 确 度 及 测 量 的 手 段 和 方 法 ， 思 考 一 下 产 生 误 差 的 原 因 有 哪 些 。

（2） 线 性 电 阻 和 非 线 性 电 阻 区 别 何 在 ? 结 合 实 验 所 绘 曲 线 加 以 说 明 。

（3） 从 白 炽 灯 泡 伏 安 特 性 曲 线 的 绘 制 中 看 出 ， 金 属 导 体 的 电 阻 将 随 温 度 的 变 化 而 变 化 。

白 炽 灯 是 一 非 线 性 元 件 。

只 有 当 导 体 本 身 的 温 度 变 化 小 ， 材 料 的 温 度 系 数 小 的 情 况 下 ， 电 阻 值 才 能 近 似 看 作 不 变 。

因 此 对 一 些 大 功 率 的 电 热 性 负 载 ： 如 白 炽 灯 、 电 阻 炉 、 碘 钨 灯 等 电 阻 电 热 器 。

通 电 的 前 后 ， 温 度
变 化 很
大 。

热 状 态 电 阻 值 与 冷 状 态 电 阻 值 并 不 相 等 ， 热 状 态 电 阻 值 远 大 于 冷 状 态 电 阻 值 数 倍 。

所 以 大 功 率 电 热 负 载 在 冷 状 态 时 的 通 电 启 动 电 流 也 大 于 额 定 电 流 数 倍 ， 启 动 过 程 较 长 。

因 此 在 实 际 应 用 中 要 注 意 。

七 、 实 验 注 意 事 项
1 . 微 安 表 只 用 于 测 二 极 管 的 反 向 特 性。

若 用 于 测 量 其 它 几 种情 况 时 将 烧 毁 微 安 表 。

2 . 接 分 压 器 时 ， 不 能 错 接 为 图 6－ 2－ 5中 的 情 况 ， 否 则 将 损 坏 设 备 。

3 ． 注 意 二 极 管 最 大 允 许 电 流 值 及 毫 安 表 的 量 程 ， 实 验 时 不 得 超 过 此 值 。

实 验 三 线 性 网 络 定 理
一 、 实 验 目 的
1 ． 加 深 理 解 叠 加 原 理 和 戴 维 南 定 理 ， 进 一 步 理 解 电 流 、 电 压 的 参 考 方 向 。

2 ． 熟 练 使 用 直 流 电 流 表 和 稳 压 电 源 。

二 、 预 习 要 求
1 ． 复 习 叠 加 原 理 和 戴 维 南 定 律 。

2 ． 参 阅 第 一 篇 第 二 、 四 章 ， 进 一 步 熟 悉 直 流 电 表 、 万 用 表 和 稳 压 电 源 的 使 用 方 法 。

3 ． 熟 悉 实 验 原 理 、 步 骤 及 接 线 图 。

4 ． 完 成 下 列 境 空 题 。

（ 1 ） 当 支 路 中 电 动 势 ， 电 压 或 电 流 的 实 际 方 向 与 电 路 图 中 所 标 的 参 考 方 向 一 致 时 ， 其 值 为 ＿ ＿ ； 当 实 际 方 向 与 标 定 参 考 方 向 相 反 时 ， 其 值 为 ＿ 。

测 量 中 若 指 针 反 偏 ， 应 将 表 棒 ＿ ＿ ＿ 后 ； 再 进 行 测 量 ， 并 取 测 量 值 为 值 。

（ 2 ） 任 何 一 个 有 源 两 端 网 络 都 可 以 用 一 个 外 部 性 能 与 它 等 效 的 电 压 源 代 替 。

等 效 电 压 源 的 电 动 势 E 。

应 等 于 电 压 。

内 阻 尼 应 等 于 。

三 、 实 验 内 容 说 明 l ． 叠 加 原 理
在 线 性 电 路 中 ． 几 个 电 源 同 时 作 用 时 ， 在 电 路 中 各 部 分 所 产 生 的 电 流 和 电 压 ， 等 于 这 些 电 源 单 独 作 用 时 ， 在 电 路 的 各 部 分 产 生 的 电 流 和 电 压 的 代 数 和 。

应 用 叠 加 原 理 ， 一 个 复 杂 的 线 性 电 路 的 分 析 ， 可 以 化 为 几 个 简 单 电 路 的 分 析 （ 但 不 能 改 变 电 路 结 构 ） ， 使 问 题 简 化 。

所 谓 某 一 电 源 单 独 作 用 ， 即 是 除 了 该 电 源 外 ， 其 余 电 源 均 置 零 。

电 压 源 置 零 以 短 路 代 替 ， 电
负数
图 6-2-5 电位器的错误接法
流 源 置 零 以 开 路 代 替 。

实 验 线 路 如 图 6－
3－ 1所 示 。

根 据 叠 加 原 理 ， 图 中 电 流 有 如 下
关 系 ：
I 1 = I
’1 + I 1’’,； I 2 = I ’
2 + I 2’’, I
3 = I ’3+ I 3’’, U 0 = U 0’ + U 0’’
2 ． 戴 维 南 定 理
对 任 一 线 性 含 源 二 端 网 络 ， 如 图 6－ 3－ 2(a ) 所 示 ， 根 据 戴 维 南 定 理 ， 可 以 等 效 为 一 个 电 压 源 。

即 看 作 由 一 个 电 动 势 E 。

和 一 个 电 阻 R 。

串 联 的 含 原 支 路 来 代 替 ， 如 图 6－ 3一 2(b) ， 等 效 的 条 件 是 ， 电 动 势 E 0 等 于 网 络 输 出 端 的 开 路 电 压 计 。

电 阻 R 。

为 网 络 中 所 有 电 源 置 零 时 ， 从 开 路 端 看 进 去 的 等 效 电 阻 R 。

。

， 如 图 6－ 3－ 2（ C ） 。

看进去的等效电阻 R a b , 。

可 以 通 过 实 验 直 接 从 有 源 二 端 网 络 中 测 出 。

图 6－ 3－ 2 戴 维 南 等 效 图
R L
图 6-3-3 R O 测定电路图
﹢
o
(a)
(b)
(c)
含 源 二 端 网 络 人 端 电 阻 的 实 验 测 定 方 法 ：
首 先 测 出 含 源 二 端 网 络 的 开 路 电 压 U a b 。

在 网 络 允 产 短 路 的 条 件 下 ， 测 出 它 的 短 路 电 流 I s , 则 含 源 二 端 网 络 的 入 端 电 阻 R a b = U a b / I s s 如果网络不允许短路，则在测出开路电压U ab 之后，再接 上 负 载 电 阻 R 。

， 并 测 出 负 载 电 压 U 。

， 如 图 6－ 3－ 3所 示 。

从 图 中 看 出
00E R R R U L L
L +=
； L L
L R U U E R -=00
在 复 杂 电 路 中 ， 若 只 求 某 一 支 路 的 电 压 或 电 流 时 ， 应 用 戴 维 南 定 理 ， 将 此 待 求 支 路 断 开 ， 电 路 中 剩 余 的 含 源 部 分 看 成 一 有 源 二 端 网 络 ， 化 成 一 个 电 压 源 再 接 上 待 求 支 路 ， 组 成 一 个 简 单 电 路 ， 使 问 题 得 到 简 化 。

实 验 线 路 如 图 6—3—4上 对 所 示 。

凡 支 路 为 待 求 支 路 。

根 据 戴 维 南 定 律 ， 若 断 开R 3， 使E 0=U ab ,R 0 =R ab , I 3=I 3’
四、实验仪器
1．双路直流稳压电源（0～30V1A ）一只
2．直 流 电 流 表 （ 0 ～ 100 ～ 200 ～ 500 ～ 1000 m A 0． 5 级） 一只
3．直流 电 压 表 （ 0— 50V 0．5级） 一只 4． 万用表 一只 5. 实 验 底 板 一 块
6 ． 电 阻 和 电 流 插 座 各 三 只 五 、 实 验 步 骤
由 实 验 室 给 出 三 只 电 阻 的 阻 值 及 两 组 电 源 的 数 值 ： 如 R 1=300Ω R 2=100Ω R 3=200Ω E 1=10V E 2= 5V ( 1 ) 选 择 万 用 表 合 适 的 量 程 ， 测 量 三 只 电 阻 的 阻 值 ， 与 标 定 值 进 行 比 较 。

按 图 6－ 3－ l(a) 在 底 板 上 分 别 焊 接 好 三 只 电阻 ， 然 后 调 节 E ； 和 E 。

为 给 定 值 ， 并 接 入 电 路中 。

用 直 流 电 流 表 和 电 压 表 测 出 电 阻 上 流 过 的 电 流 I 1 ,I 2 ,I 3 和 R 。

电 阻 两 端 电 压 U 。

， 记 入表6－ 3－ l 中 。

(a)
R 3
图 6-3-4 戴维南定理实验图
（2 ）由E；单独作用，按图6－3－1（b ）接线，测量各支路电流I1’,I2,I3‘及U。

，记入表6—3—1 中。

（注意：换接电路时，先要断开电源。

）
（3 ）由E。

单独作用按图6－3－1（C ）接线。

测各支路电流I1’‘,I2‘‘,I3’‘及U o’’，记人表6
3－1中。

表3-3-1 叠加原理测量数据记录表
2 ．验证戴维南定理
（1 ）按图6－3－4（a ）接线。

电源和电阻参数同上，将R；电阻视为待求支路的负载电阻，其余部分视为被测含源二端网络。

测出R；支路的电流人I1= .。

（2 ）断开R。

支路，测量开路电压U a b= 。

（3 ）用短路法测量短路电流，将a、b两端用电流表短接，读出a、b二端间的短路电流I s =
＿＿（m A）则得等效电阻R a b = U a b/I s = .
（4 ）验证戴维南定理
用 E0（= U a b）串联R 0（=R a b）构成戴维南等效电路。

即调节电源电压等于 E 0，用电阻R 1并联R 2代替R0，接上R 3支路，如图6-3- 4（b）所示。

测出 R 3支路电流。

I`3= 。

并与表6-3-1中的I3进行比较。

六、实验总结报告
1．整理和观察表 6-3-1 的数据，从数据中验证叠加原理（列出两个计算式子）。

2．考虑测量误差产生的原因。

3．实验中出现过哪些故障，为什么会出现这些故障？你是如何排除的。

4．回答下列思考题。

（1）为什么可以用 R 1并联 R 2来代替 R 0？
（2）为什么在电流的测量中会出现负值？
（3）根据测量数据，说明戴维南定律的正确性。

七、注意事项
1．使用直流电表时注意正、负极性和正、负读数。

2．数据记录时，电阻的位置与对应的电流值不要记错。