電氣09434電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(上)

實(shí)驗(yàn)一電阻元件伏安特性的測繪一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握線性電阻、非線性電阻元件伏安特性的逐點(diǎn)測試法2．學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源、直流電流表、電壓表的使用方法。二．原理說明任一二端電阻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U=f(I)來表示，即用UT平面上的一條曲線來表征，這條曲線稱為該電阻元件的伏安特性曲線。根據(jù)伏安特性的不同，電阻元件分兩大類：線性電阻和非線性電阻。線性電阻元件的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖2—1中(a)所示，該直線的斜率只由電阻元件的電阻值R決定，其阻值(c) 圖2—1為常數(shù)，與元件兩端的電壓U和通過該元件的電流I無關(guān)；非線性電阻元件的伏安特性是一條經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線，其阻值R不是常數(shù)，即在不同的電壓作用下，電阻值是不同的,常見的非線性電阻如白熾燈絲、普通二極管、穩(wěn)壓二極管等，它們的伏安特性如圖2—1中(b)、(c)、(d)。在圖2—1中，U〉0的部分為正向特性，U〈0的部分為反向特性。繪制伏安特性曲線通常采用逐點(diǎn)測試法，即在不同的端電壓作用下，測量出相應(yīng)的電流，然后逐點(diǎn)繪制出伏安特性曲線，根據(jù)伏安特性曲線便可計(jì)算其電阻值。三．實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1．直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字電流表2．直流穩(wěn)壓電源3．綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測定6.3V小燈泡的伏安特性按圖2—2接線，圖中的電源US選用直流穩(wěn)壓電源的可調(diào)輸出端，通過直流數(shù)字毫安表與51Q和6.3V燈泡相串聯(lián)，燈泡兩端的電壓用直流數(shù)字電壓表測量，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓,使之燈泡兩端電壓從0—6.3V開始緩慢增加（燈泡兩端的電壓不能超過6.3V）。在表2—1中記下相應(yīng)的電流表的讀數(shù)。圖2-2 圖2-3圖2-2 圖2-3表2—16.3V白熾燈泡伏安特性數(shù)據(jù)將圖2-2中的51Q和6.3V燈泡換成1KQ線性電阻，重復(fù)步驟1,在表2—2中記下相應(yīng)的電流表的讀數(shù)。表2—2線性電阻伏安特性數(shù)據(jù)U(V)0246810I(mA)3.測定半導(dǎo)體二極管的伏安特性按圖2—3接線，R為限流電阻，取200Q，二極管的型號(hào)為1N4007。測二極管的正向特性時(shí)，調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，使二極管VD的正向壓降可在0?0.75V之間取值；測反向特性時(shí)，將直流穩(wěn)壓電源的輸出端正、負(fù)連線互換，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓從0伏開始緩慢地反向增加（二極管兩端電壓不能超過一30V）,將數(shù)據(jù)分別記入表2—3和表2—4中。表2—3 二極管正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U(V)00.20.40.450.50.550.600.650.700.75I(mA)表2—4二極管反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U(V)0—5—10—15—20—25—30I(mA)4.測定穩(wěn)壓管的伏安特性將圖2—3中的二極管1N4007換成穩(wěn)壓管2CW51，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3的測量，將數(shù)據(jù)分別記入表2—5和表2-6中。表2—5 穩(wěn)壓管正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U(V)00.20.40.450.50.550.600.650.700.75I(mA)表2—6穩(wěn)壓管反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U(V)0—1—1.5—2.—2.5—2.8—3—3.2—3.5—3.55I(mA)五．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)嚴(yán)禁將電壓源輸出端短路，在連接電路、轉(zhuǎn)換電路，拆線前，應(yīng)切斷電源。正確選擇儀表的量程。測量時(shí)，儀表的表筆與測試點(diǎn)應(yīng)接觸牢靠，防止接觸電阻對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生影響。六．預(yù)習(xí)與思考題線性電阻與非線性電阻的伏安特性有何區(qū)別？它們的電阻值與通過的電流有無關(guān)系？請(qǐng)舉例說明哪些元件是線性電阻，哪些元件是非線性電阻，它們的伏安特性曲線是什么形狀？七．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出各個(gè)元件的伏安特性曲線。根據(jù)伏安特性曲線，計(jì)算線性電阻的電阻值，并與實(shí)際電阻值比較?；卮鹚伎碱}。實(shí)驗(yàn)二線性電路疊加性和齊次性的研究一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．驗(yàn)證疊加原理；2．了解疊加原理的應(yīng)用場合；3．理解線性電路的疊加性和齊次性二．原理說明疊加原理指出：在有幾個(gè)電源共同作用下的線性電路中，通過每一個(gè)元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。具體方法是：一個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)，其它的電源必須去掉（電壓源短路，電流源開路）；在求電流或電壓的代數(shù)和時(shí)，當(dāng)電源單獨(dú)作用時(shí)電流或電壓的參考方向與共同作用時(shí)的參考方向一致時(shí)，符號(hào)取正，否則取負(fù)。在圖5－1中：I=I'—1〃 I=—I+1" I二I'+1"111222333U二U'+U"疊加原理反映了線性電路的疊加性，線性電路的齊次性是指當(dāng)激勵(lì)信號(hào)（如電源作用）增加或減小K倍時(shí)，電路的響應(yīng)（即在電路其它各電阻元件上所產(chǎn)生的電流和電壓值）也將增加或減小K倍。疊加性和齊次性都只適用于求解線性電路中的電流、電壓。對(duì)于非線性電路，疊加性和齊次性都不適用。uh；USi(a〕R1Uuh；USi(a〕R1US1（b〕圖5－1R2R1(c〕三．實(shí)驗(yàn)設(shè)備1．直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字毫安表2．直流穩(wěn)壓電源3．綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)電路如圖5—2所示，圖中：R］二R3=R4=5100,R2=lkQ,R5=3300,將電源US1調(diào)到12V（用20V可調(diào)電壓輸出端），US2調(diào)到6V（用10V可調(diào)電壓輸出端，以直流數(shù)字電壓表讀數(shù)為準(zhǔn)），將開關(guān)S3投向上接通電阻r3。US1電源單獨(dú)作用（將開關(guān)S1投向上接通電源US1，開關(guān)S2向下投向短路側(cè)），參考圖5—1（b）。（正）接線端，電流插頭的黑接線端插入數(shù)字毫安表的黑（負(fù)）接線端，測量各支路電流通常規(guī)定：在結(jié)點(diǎn)A,電流表讀數(shù)為'+'表示電流流出結(jié)點(diǎn)，讀數(shù)為'一'表示電流流入結(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)電路中的電流參考方向，確定各支路電流的正、負(fù)號(hào)，并將數(shù)據(jù)記入表5—1中。用直流數(shù)字電壓表測量各電阻元件兩端電壓：電壓表的紅（正）接線端應(yīng)插入被測電阻元件電壓參考方向的正端，電壓表的黑（負(fù)）接線端插入電阻元件的另一端，測量各電阻元件兩端電壓，數(shù)據(jù)記入表5—1中。表5—1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1單獨(dú)作用120US2單獨(dú)作用06US1，US2共同作用126uS2單獨(dú)作用012US2電源單獨(dú)作用（將開關(guān)S1向下投向短路側(cè)，開關(guān)S2投向上接通電源US2）,參考圖5－1（c）。重復(fù)步驟1的測量并將數(shù)據(jù)記入表5—1中。US1和US2共同作用時(shí)（開關(guān)S1和S2分別投向上接通電源US1和US2）。完成上述電流、電壓的測量并將數(shù)據(jù)記入表5—1中。將US2的數(shù)值調(diào)至12V，重復(fù)第2步的測量，并將數(shù)據(jù)記入表5—1中。5?將開關(guān)S3投向下接通二極管VD,即電阻R5換成二極管1N4007,重復(fù)步驟1?4的測量過程，并將數(shù)據(jù)記入表5—2中。表5—2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二測量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)us1單獨(dú)作用120US2單獨(dú)作用06US1，US2共同作用126US2單獨(dú)作用012五．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)用電流插頭測量各支路電流時(shí)，應(yīng)注意儀表的極性及數(shù)據(jù)表格中“＋、—”號(hào)的記錄；注意儀表量程的及時(shí)更換；電源單獨(dú)作用時(shí)，去掉另一個(gè)電壓源，只能在實(shí)驗(yàn)板上用開關(guān)3］或S2操作，而不能直接將電源短路。六.預(yù)習(xí)與思考題疊加原理中US1，US2分別單獨(dú)作用，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何操作？可否將要去掉的電源（US1或US2）直接短接？實(shí)驗(yàn)電路中，若有一個(gè)電阻元件改為二極管，試問疊加性與齊次性還成立嗎？為什么？七．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1．根據(jù)表5－1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一，通過求各支路電流和各電阻元件兩端電壓，驗(yàn)證線性電路的疊加性與齊次性；2．各電阻元件所消耗的功率能否用疊加原理計(jì)算得出？試用上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、說明根據(jù)表5—2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)二，說明疊加性與齊次性是否適用該實(shí)驗(yàn)電路；4．回答思考題。實(shí)驗(yàn)三戴維南定理的驗(yàn)證一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．驗(yàn)證戴維南定理的正確性，加深對(duì)該定理的理解2．掌握測量有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的一般方法。二.實(shí)驗(yàn)原理1．戴維南定理戴維南定理指出：任何一個(gè)有源二端線性網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)電壓源US和一個(gè)電阻RS串聯(lián)組成的實(shí)際電壓源來代替，其中：電壓源US等于這個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC,內(nèi)阻RS等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立電源均置零(電壓源短路，電流源開路)后的等效電阻R。。us、is和RS稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)。有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測量方法(1)開路電壓、短路電流法在有源二端線性網(wǎng)絡(luò)輸出端開路時(shí)，用電壓表直接測其輸出端的開路電壓UOC,然后再U將其輸出端短路,測其短路電流isc且內(nèi)阻為：RS=了《。SC此法必須在短路電流Isc的數(shù)值小于有源二端網(wǎng)絡(luò)允許范圍內(nèi)進(jìn)行，否則會(huì)因短路電流過大而損壞網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的器件。(2)伏安法用電壓表、電流表測出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線，如圖7—1所示。開路電壓為UOC，根據(jù)外特性曲線求出斜率tg?，則內(nèi)阻為:外特性曲線求出斜率tg?，則內(nèi)阻為:圖7-1RS二tg?AU三．實(shí)驗(yàn)設(shè)備直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字毫安表直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)流電源綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容被測有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖7-2被測有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖7-2所示.，（其中開關(guān)S2）圖7—41?圖7-2線路接入直流穩(wěn)壓電源US=12V,直流穩(wěn)流電源IS=20mA。測U°C，再短接測ISc，則Ro=U°c/Isc測的數(shù)據(jù)填入表7-1中。表7-1Uoc(V)Isc(mA)Ro=Uoc/Isc2?負(fù)載實(shí)驗(yàn)利用NEEL—23元件箱中的阻值按照表7-2選取合適的Rl值，測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性。表7-2Rl()990900800700600500400300200100U(V)I(mA)圖7-33?驗(yàn)證戴維南定理：利用NEEL—23元件箱中的不同阻值，將其阻值調(diào)整為等效電阻R。值，然后令其與直