《電路基礎(chǔ)》講義

1、 實(shí)驗(yàn)一 萬用表、毫伏表、數(shù)字萬用表的使用1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉實(shí)驗(yàn)臺(tái)上各類電源和測(cè)量?jī)x表的布局及使用方法2. 掌握萬用表、毫伏表、數(shù)字萬用表的使用方法3.學(xué)會(huì)測(cè)量直流電壓、直流電流、交流電壓以及讀數(shù)的處理、誤差分析等二、實(shí)驗(yàn)原理1. 直流電壓的測(cè)量測(cè)量時(shí)首先估計(jì)一下被測(cè)電壓的大小，然后將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至適當(dāng)?shù)模―C）V量程，將正表棒接被測(cè)電壓“+”端負(fù)表棒接被測(cè)電壓端“”端。 +V - 2. 直流電流的測(cè)量測(cè)量時(shí)首先估計(jì)一下被測(cè)電流的大小，然后將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至適當(dāng)?shù)模―C）mA量程，再把萬用表串接在電路中。 + + - - 3.電阻的測(cè)量在萬用表內(nèi)部表頭電路上串接電池，使電流通過被測(cè)電阻，根據(jù)表

2、頭所測(cè)電流的大小，就可測(cè)量出電阻值。改變分流電阻的阻值，就能改變電阻的阻值。測(cè)電阻時(shí)，先將兩表棒搭在一起，（短路），使指針向右偏轉(zhuǎn)，隨即調(diào)整調(diào)零旋鈕，使指針恰好指到歐姆刻度線的“0”處。由于“”刻度線左部讀數(shù)較密，難于看準(zhǔn)，所以測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臍W姆檔，最好使指針指在刻度線的中部或右部（刻度比較寬），這樣讀數(shù)比較清楚準(zhǔn)確。每次換擋，都應(yīng)重新將兩根表棒短接，重新調(diào)整指針到零位，才能測(cè)準(zhǔn)。 4.交流電壓的測(cè)量測(cè)量交流電壓大小的方法主要是利用交流/直流轉(zhuǎn)換電路將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后用直流電壓測(cè)量方法測(cè)量其大小。 交 流 AC 電 源 5.交流電流的測(cè)量指針式萬用表一般無交流電流的測(cè)量功能，數(shù)

3、字萬用表一般可以測(cè)量交流電流。 交 +AV 流 電 源 _ 6.毫伏表的基本原理 工作原理：放大檢波式電壓表，先將被測(cè)交流信號(hào)電壓Ux經(jīng)放大器放大后加到檢波器輸入端，檢波器再把放大后的被側(cè)交流電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的直流電壓。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源0-18V1臺(tái)RTDG012指針式萬用表MF-301塊3毫伏表1臺(tái)4數(shù)字萬用表1只5電阻器15/10W,100,1K,10K各1只精度為5%或10%；1002只4、 實(shí)驗(yàn)記錄測(cè)量項(xiàng)目DC電壓（V）DC電流(A)電阻值（）AC電壓（V）AC電流（A） 毫伏表 備注測(cè)量條件61210K10010K1K100-1100-22

4、201818V/15/10W30V300V指針表測(cè)量結(jié)果5.912.51.25mA135mA9.9K1K_23817.52019.530數(shù)字表測(cè)量結(jié)果5.7012.101.22mA119.8mA9.8K0.98K99.799.823116.419_指針誤差%3.503.302.4612.691.022.04_3.036.705.20_以數(shù)字表為準(zhǔn)結(jié)論：指針式萬用表的讀數(shù)容易受外界因素的影響（讀數(shù)，溫度等），數(shù)字萬用表的讀數(shù)比較準(zhǔn)確不易受外界因素的影響，通過分析指針誤差基本保持不變。五、實(shí)驗(yàn)心得1、 數(shù)字萬用表比指針萬用表的讀數(shù)更準(zhǔn)確。2、 萬用表必須在符合其量程和規(guī)格的測(cè)量條件下使用。3、 要

5、進(jìn)行多組數(shù)據(jù)處理，排除讀數(shù)誤差，進(jìn)而進(jìn)行誤差分析。4、 用指針式萬用表測(cè)電阻時(shí)，每次換擋都要進(jìn)行歐姆調(diào)零。實(shí)驗(yàn)三 電路元件伏安特性的測(cè)繪一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)會(huì)識(shí)別常用電路元件的方法。 2. 掌握線性電阻、非線性電阻元件伏安特性的測(cè)繪。 3. 掌握實(shí)驗(yàn)臺(tái)上直流電工儀表和設(shè)備的使用方法。二、原理說明任何一個(gè)二端元件的特性可用該元件上的端電壓U 與通過該元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系If(U)來表示，即用I-U 平面上的一條曲線來表征，這條曲線稱為該元件的伏安特性曲線。1. 線性電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖1-1中a所示，該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。2. 一般的白熾燈在工作時(shí)

6、燈絲處于高溫狀態(tài)， 其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大，通過白熾燈的電流越大，其溫度越高，阻值也越大，一般燈泡的“冷電阻” 與“熱電阻”的阻值可相差幾倍至十幾倍，所以它的伏安特性如圖1-1中b曲線所示。3. 一般的半導(dǎo)體二極管是一個(gè)非線性電阻元件，其伏安特性如圖1-1中 c所示。 圖1-1正向壓降很小（一般的鍺管約為0.20.3V，硅管約為0.50.7V），正向電流隨正向壓降的升高而急驟上升，而反向電壓從零一直增加到十多至幾十伏時(shí)，其反向電流增加很小，粗略地可視為零。可見，二極管具有單向?qū)щ娦裕聪螂妷杭拥眠^高，超過管子的極限值，則會(huì)導(dǎo)致管子擊穿損壞。4. 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導(dǎo)體二極管，其

7、正向特性與普通二極管類似，但其反向特性較特別，如圖1-1中d所示。在反向電壓開始增加時(shí)，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值時(shí)（稱為管子的穩(wěn)壓值，有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管）電流將突然增加，以后它的端電壓將基本維持恒定，當(dāng)外加的反向電壓繼續(xù)升高時(shí)其端電壓僅有少量增加。注意：流過二極管或穩(wěn)壓二極管的電流不能超過管子的極限值，否則管子會(huì)被燒壞。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名 稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源030V1DG042萬 用 表FM-47或其他1自備3直流數(shù)字毫安表0200mA1D314直流數(shù)字電壓表0200V1D315二 極 管IN40071DG096穩(wěn) 壓 管2CW511DG097白 熾

8、 燈12V，0.1A1DG098線性電阻器200，510/8W1DG09四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 測(cè)定線性電阻器的伏安特性按圖1-2接線，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從0 伏開始緩慢地增加，一直到10V，記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)UR、I。圖 1-2 圖 1-3UR（V）0 2 4 6 8 10I（mA）2. 測(cè)定非線性白熾燈泡的伏安特性將圖1-2中的R換成一只12V，0.1A的燈泡，重復(fù)步驟1。UL為燈泡的端電壓。UL（V）0.10.512345I（mA）3. 測(cè)定半導(dǎo)體二極管的伏安特性按圖1-3接線，R為限流電阻器。測(cè)二極管的正向特性時(shí)，其正向電流不得超過35mA，二極管D的正向施壓UD+可在0

9、0.75V之間取值。在0.50.75V之間應(yīng)多取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)。測(cè)反向特性時(shí)，只需將圖1-3 中的二極管D反接，且其反向施壓UD可達(dá)30V。正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)UD+ (V)0.100.300.500.550.600.650.700.75I（mA）反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)UD(V)0-5-10-15-20-25-30I（mA）4. 測(cè)定穩(wěn)壓二極管的伏安特性（1）正向特性實(shí)驗(yàn)：將圖1-3中的二極管換成穩(wěn)壓二極管2CW51，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3中的正向測(cè)量。UZ+為2CW51的正向施壓。UZ+（V）I（mA）（2）反向特性實(shí)驗(yàn)：將圖1-3中的R換成510，2CW51反接，測(cè)量2CW51的反向特性。穩(wěn)壓電源的輸出電壓UO

10、從020V，測(cè)量2CW51二端的電壓UZ及電流I，由UZ可看出其穩(wěn)壓特性。UO(V)UZ（V）I（mA）五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 測(cè)二極管正向特性時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐漸增加， 應(yīng)時(shí)刻注意電流表讀數(shù)不得超過35mA。2. 如果要測(cè)定2AP9的伏安特性，則正向特性的電壓值應(yīng)取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的電壓值取0，2，4，10(V)。3. 進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程， 勿使儀表超量程，儀表的極性亦不可接錯(cuò)。六、思考題1. 線性電阻與非線性電阻的概念是什么？ 電阻器與二極管的伏安特性有何區(qū)別？2

11、. 設(shè)某器件伏安特性曲線的函數(shù)式為If(U)，試問在逐點(diǎn)繪制曲線時(shí)，其坐標(biāo)變量應(yīng)如何放置？3. 穩(wěn)壓二極管與普通二極管有何區(qū)別，其用途如何？4. 在圖1-3中，設(shè)U=2V，UD+=0.7V，則mA表讀數(shù)為多少？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 根據(jù)各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 分別在方格紙上繪制出光滑的伏安特性曲線。（其中二極管和穩(wěn)壓管的正、反向特性均要求畫在同一張圖中，正、反向電壓可取為不同的比例尺）2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)、歸納被測(cè)各元件的特性。3. 必要的誤差分析。4. 心得體會(huì)及其他。實(shí)驗(yàn)四 基爾霍夫定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證基爾霍夫定律的正確性；2加深對(duì)基爾霍夫定律的理解；3熟練掌握儀器儀表的使用方法。二、實(shí)

12、驗(yàn)原理基爾霍夫定律是電路的基本定律之一，它規(guī)定了電路中各支路電流之間和各支路電壓之間必須服從的約束關(guān)系，即應(yīng)能分別滿足基爾霍夫電流定律和電壓定律。基爾霍夫電流定律（KCL）：在集總參數(shù)電路中，任何時(shí)刻，對(duì)任一節(jié)點(diǎn)，所有各支路電流的代數(shù)和恒等于零。即 I=0通常約定：流出節(jié)點(diǎn)的支路電流取正號(hào)，流入節(jié)點(diǎn)的支路電流取負(fù)號(hào)?；鶢柣舴螂妷憾桑↘VL）：在集中參數(shù)電路中，任何時(shí)刻，沿任一回路內(nèi)所有支路或元件電壓的代數(shù)和恒等于零。即 U=0通常約定：凡支路電壓或元件電壓的參考方向與回路繞行方向一致者取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)線路如圖1.1所示。1 實(shí)驗(yàn)前先任意設(shè)定三條支路的電流參考方向，如圖中的

13、I1、I2、I3所示。2 分別將兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令u1=6V，u2 =12V，實(shí)驗(yàn)中調(diào)好后保持不變。3用數(shù)字萬用表測(cè)量R1 R5 電阻元 圖 1.1基爾霍夫定律線路圖件的參數(shù)取50300之間。 4將直流毫安表分別串入三條支路中，記錄電流值填入表中，注意方向。5用直流電壓表分別測(cè)量?jī)陕冯娫醇半娮柙系碾妷褐?，記錄電壓值填入表中。被測(cè)量I1(mA)I2(mA)I3(mA)u1(V)u2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)計(jì)算值測(cè)量值相對(duì)誤差四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1防止在實(shí)驗(yàn)過程中，電源兩端碰線造成短路。2用指針式電流表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要識(shí)別電流插頭所接電流表的“、”

14、極性。倘若不換接極性，則電表指針可能反偏（電流為負(fù)值時(shí)），此時(shí)必須調(diào)換電流表極性，重新測(cè)量，此時(shí)指針正偏，但讀得的電流值必須冠以負(fù)號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定實(shí)驗(yàn)電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證KCL的正確性。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定實(shí)驗(yàn)電路中的任一個(gè)閉合回路，驗(yàn)證KVL的正確性。3、實(shí)測(cè)值與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，說明產(chǎn)生誤差的原因。六、預(yù)習(xí)思考根據(jù)圖1.1的電路參數(shù)，計(jì)算出待測(cè)電流I1、I2、I3和各電阻上的電壓值，記入表中，以便實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，可正確選定毫安表和電壓表的量程。七、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量1雙路直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源30V 1A1臺(tái)2多量程直流電壓表45mV600V1塊3多量程直

15、流毫安表7.5mA30A1塊4數(shù)字萬用表1塊5電位、電壓測(cè)定實(shí)驗(yàn)線路板DZX-1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)自行連接1塊實(shí)驗(yàn)五 電壓源與電流源的等效變換一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握電源外特性的測(cè)試方法；2 驗(yàn)證電壓源與電流源等效變換的條件。二、 原理說明1 一個(gè)直流穩(wěn)壓電源在一定的電流范圍內(nèi)，具有很小的內(nèi)阻，故在實(shí)用中，常將它視為一個(gè)理想電壓源，即輸出電壓不隨負(fù)載電流而變，其外特性，即伏安特性是一條平行于軸的直線；同理，一個(gè)恒流源在實(shí)用中，在一定的電壓范圍內(nèi)，可視為一個(gè)理想的電流源。2 一個(gè)實(shí)際的電壓源（或電流源），其端電壓（或輸出電流）不可能不隨負(fù)載而變，因它具有一定的內(nèi)阻值，故在實(shí)驗(yàn)中，用一個(gè)小阻值的電阻（或大阻值

16、的電阻）與穩(wěn)壓源（或恒流源）相串聯(lián)（或并聯(lián)）來模擬一個(gè)實(shí)際的電壓源（或電流源）的情況。3 一個(gè)實(shí)際的電源，就其外部特性而言，既可以看成是一個(gè)電壓源，又可以看成是一個(gè)電流源，若視為電壓源，則可以用一個(gè)理想電壓源與一個(gè)電阻相串聯(lián)的組合來表示；若視為電流源，則可用一個(gè)理想電流源與一個(gè)電阻相并聯(lián)的組合來表示。若它們向同樣大小的負(fù)載提供出同樣大小的電流和端電壓，則這兩個(gè)電源針對(duì)外電路而言是等效的，即具有相同的外特性。一個(gè)電壓源與一個(gè)電流源等效變換的條件為或如圖1-1所示：圖11 電壓源與電流源的等效變換條件三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1 電源：恒壓源、恒流源2 負(fù)載：滑線變阻器、定值電阻若干（EEL-23組件）3

17、測(cè)量?jī)x表：直流電壓表、直流毫安表四、 實(shí)驗(yàn)步驟1 測(cè)定理想電壓源與實(shí)際電壓源外特性（1） 理想電壓源（恒壓源）按圖1-2接線，為6V的恒壓源，調(diào)節(jié)變阻器令其阻值由大到小變化，記錄電壓表及電流表兩表讀數(shù)填入表1-1：U（V）I（mA）表1-1圖1-2 測(cè)定理想電壓源的外特性 圖1-3 測(cè)定實(shí)際電壓源的外特性（2） 實(shí)際電壓源（恒壓源串聯(lián)一內(nèi)阻）按圖1-3接線，虛線框可模擬為一個(gè)實(shí)際電壓源，調(diào)節(jié)變阻器，令其阻值由大到小變化，讀兩表數(shù)據(jù)并填入表1-2：U（V）I（mA）表1-22測(cè)定理想電流源與實(shí)際電流源外特性理想電流源（恒流源）和實(shí)際電流源（恒流源并聯(lián)一內(nèi)阻）按圖1-4接線，為直流恒流源，調(diào)節(jié)其輸出為5mA，令阻值分別等于和，調(diào)節(jié)變阻器，測(cè)出這兩種情況下的電壓表及電流表讀數(shù)。填入表1-3和1-4。圖1-4 測(cè)定電流源外特性U（V）I（mA）表1-3U（V）I（mA）表1-43驗(yàn)證電壓源與電流源等效變換的條件按圖1-5接線，首先讀取（a）圖線路兩表讀數(shù)，然后按（b）圖接線，調(diào)節(jié)（b）圖中恒流源輸出的電流值，令兩表讀數(shù)與（a）圖時(shí)的數(shù)值相等，記錄值，驗(yàn)證等效變換條件的正確性。 （a）測(cè)電壓源外特性 （b）測(cè)電流源外特性圖1-5 電源的等效變換五、 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1按圖接線時(shí)，應(yīng)