电工学A实验指导书手册

1、PAGE PAGE 10实验一 电路元件伏安特性的测绘一、实验目的学会识别常用电路元件；掌握线性电阻、非线性元件伏安特性的测绘（逐点测试法）；掌握直流电工仪表的使用方法。二、实验设备测量线性电阻的伏安特性必须有线性电阻；伏安特性指的是电压和电流的关系，必须有电压表和电流表；电路中有电压和电流必须要有电源。因此实验设备如下：序号名 称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V12万 用 表MF-47或其他13直流数字毫安表0200mA14直流数字电压表0200V15线性电阻器1K/2W16白炽灯12V/0.1A1HE-117二极管1N4007，额定正流电流IF1A，反向电流IR5A1HE-11

2、8稳压二极管2CW51，最大电流20mA1HE-11三、实验原理1、要进行线性电阻的伏安特性测量，可测量某个电阻上不同的电压和电流，如何能得到不同的电压和电流？一种方法是把一个线性电阻和一个可调电源相连，每改变一次电源电压，就能改变电阻上的电压和电流，如图1-1；另一种方法是电源固定，在线性电阻电路中再串上一个可变线性电阻器，改变线性电阻器值的大小，就可改变电阻上的电压、电流的大小，如图1-2。UmARL1KV010VUmARL1KV10K10V图1-1 测量线性电阻伏安特性方法一 图1-2 测量线性电阻伏安特性方法二2、白炽灯泡在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度升高而增大，通过白炽

3、灯的电流越大，其温度越高，电阻也越大，一般灯泡的的“冷电阻”与“热电阻”可能相差几倍至几十倍。3、我们所学过的器件中哪些是非线性器件？二极管、三极管等，下面我们测一下二极管的伏安特性，为了防止在测量过程中造成二极管的损坏，所选用的二极管的型号为1N4007，另外还需要限流电阻（200/1W，十进制可变电阻器）。要进行二极管伏安特性测量，可测量其上不同的电压和电流，如何能得到不同的电压和电流？先研究一下正向特性的测量：把一个二极管和一个可调电源相连，每改变一次电源电压，就能改变二极管两端的电压和电流，如图1-3。如何测量二极管的反向特性？其实只需电路中的电源或二极管的极性反接在电路中，还有没有其

4、他要求呢？由二极管理论知识可知，二极管反向电流非常小，因此测反向电流时可以用微安表（实际做实验时，测量正向和反向电流时有时都用电流表）如图1-4。UmA+-R200V+-VD1N40070-30VUmAR200VVD1N4007012V图1-3 测量二极管正向伏安特性 图1-4 测量二极管反向特性4、稳压二极管是一种特殊半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别。反向电压由0开始增加时，其反向电流几乎为0，但当电压增加到某一数值（稳压值）时，电流将突然增加，以后它的端电压将维持不变，不再随外加电压升高而增大。四、实验内容和步骤1测定线性电阻的伏安特性按照图1-1接线并测量，调

5、节稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加，一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I，填入表1-1。思考：如果电源电压调不到0V，如何测量0V电压下的电流？最好的方法就是不加电源，是不是很简单？表1-1线性电阻伏安特性测量数据U(V)0246810I(mA)2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性将图1-1中的RL换成一个12V/0.1A灯泡，按表1-2测量。表1-2白炽灯泡伏安特性测量数据U(V)0246810 12I(mA)3测量半导体二极管的伏安特性测量二极管正向特性，按图1-3接线，R为限流电阻器（思考：为什么要接电阻R？）。调节输出电压使二极管VD的正向施压UD+可在00.7

6、5V之间取值，测量出对应的电流，填入表三。表1-3二极管正向特性实验数据UD+ (V)00.200.400.450.500.550.600.650.700.75I（mA）测量二极管反向特性，按图1-4接线（图中电压表、电流表所示值为电源电压为-30V时的参考值），调节输出电压从0-30V，把对应的电流值填入表四中。表1-4二极管反向特性实验数据UD(V)0-5-10-15-20-25-30I（mA）4测量稳压二极管的伏安特性将图1-3中的二极管换成稳压二极管2CW51（最大电流20mA），按下表测量。表1-5稳压二极管正向特性实验数据UZ+ (V)00.20.40.450.500.550.60

7、0.650.700.75I（mA）将图4中二极管换成稳压二极管2CW51，调节输出电压，把对应的电流值填入表六表1-6稳压二极管反向特性实验数据UZ(V)0-1.5-2-2.5-2.8-3-3.2-3.5-4I（mA）五、实验结论分析根据各实验数据：绘制电阻器和二极管的伏安特性曲线，找出电压和电流大小之间的关系？在测量二极管正反特性时，二极管两端的电压为多少时，才有电流，为什么？二极管导通后，继续增大电源电压，其上的电压和电流有什么变化？比较正向电流和反向电流的大小，说明什么问题？六、预习思考题1. 线性电阻的伏安特性是怎样的？2. 白炽灯泡在工作时灯丝的伏安特性是怎样的？3. 普通二极管的伏

8、安特性是怎样的？4. 稳压二极管的伏安特性是怎样的？七、实验报告1. 根据各实验结果数据， 分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一坐标轴中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。2. 根据实验结果，总结、归纳被测各元件的伏安特性。3. 完成数据表格中的计算，对误差作必要的分析。4. 心得体会及其它。实验二 （一）基尔霍夫定律的验证一、实验目的1. 验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解；2. 学会用电流插头、插座测量各支路电流及电压；3. 正确理解电压、电流的实际方向与参考方向的关系。二、实验设备基尔霍夫电流定律介绍了某节点中各支路电流

9、之间的约束关系，即对电路中的任一个节点而言，应有I0。因此实验中要用到电流表，电路中有电流必须有电源，另外还需要电阻（或实验板）等器件，具体如下：序号名称型号与规格数量备注1直流可调稳压电源030V二路2万 用 表MF-471可选用3直流数字毫安表0200mA14直流数字电压表0200V15实验箱中“基尔霍夫定律/叠加原理”线路1HE-12三、实验原理基尔霍夫定律是电路的基本定律，电路的各支路电流和多个元件两端电压，应分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。KCL介绍了某节点中各支路电流之间的约束关系，即对电路中的任一个节点而言，应有I0。基尔霍夫电压定律(KVL)的内容是对任何一个闭合回路而言，

10、应有U0。运用上述定律时必须注意电流的参考方向，此方向需预先设定。四、实验内容和步骤实验电路如图2-1，使用HE-12挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。F126V12V1KV电流的参考方向已在标中标出，对于节点A有I1+I2=I3（根据图，测量时只需测量出三个电流即可。参考方向是为了计算和测量方便，而假设的一种方向，如测得物理量（如电压、电流）值为正，表明实际的方向和参考方向一致，否则相反。图2-1验证基尔霍夫定律实验电路图1. 实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。图2-1中的I1、I2、I3的方向已设定。三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。2

11、. 分别将两路直流稳压源接入电路，令U16V，U212V。3. 熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“、”两端。4. 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值I1、I2和I3（根据图2-1中的参考方向，正确连接电流表，两者应保持一致，如I1中的电流参考方向由左到右，则连接电流表应为左正右负），填入表2-1。5. 用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记入表2-1中。表2-1验证基尔霍夫定律实验数据被测量I1(mA)I2(mA)I3(mA)U1(V)U2(V)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)计算值测量值相对误差五、实

12、验结论分析1.根据测量数据，分析对于节点A，各支路之间的电流关系如何？2.根据测量数据，分析回路ACDA、ABCA、ABCDA各段电压降代数和是多少？六、预习思考题1. 根据图2-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表2-1中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。2. 实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？七、实验报告1. 根据实验数据，选定节点A，验证KCL的正确性。2. 根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证

13、KVL的正确性。3. 将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。4. 误差原因分析。5. 心得体会及其它。实验二（二）叠加原理的验证一、实验目的验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。二、实验设备序号名 称型号与规格数量备 注1直流稳压电源030V可调二路2万用表1自备3直流数字电压表0200V14直流数字毫安表0200mV15实验箱中叠加原理的线路1HE-12三、实验原理叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。线性电路的齐次性

14、是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K 倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。四、实验内容和步骤实验线路如图2-2所示，使用HE-12挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。图2-2验证叠加原理实验电路图1. 将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。2. 令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧）。用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表2-2。3. 令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表2-2。4.

15、 令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧）， 重复上述的测量和记录，数据记入表2-2。表2-2验证叠加定理实验数据一测量项目实验内容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1单独作用U2单独作用U1、U2共同作用2U2单独作用5. 将U2的数值调至12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表2-2。6. 将R5（330）换成二极管 IN4007（即将开关K3投向二极管IN4007侧），重复15的测量过程，数据记入表2-3。表2-3验证叠加定理实验数据二测量项目实验内容U1(V)U2(V)I1(mA

16、)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1单独作用U2单独作用U1、U2共同作用2U2单独作用五、实验结论分析根据测量数据，分析多个电源共同作用下其电流和电压与各个电源分别单独作用时分电流和分电压的关系，验证电路的叠加性与齐次性。六、预习思考题1叠加原理的内容是什么？怎样的电路中的电流和电压符合叠加原理？2. 在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？3. 实验电路中，若有一个电阻器改为二极管， 试问叠加原理的叠加性与齐次性还成立吗？为什么？七、实验报告1. 根据实验数据表格，进行分析

17、、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。2. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？ 试用上述实验数据，进行计算并作结论。3. 通过实验步骤6及分析表格2-3的数据，你能得出什么样的结论？4. 心得体会及其它。实验三电压源与电流源的外特性及其等效变换一、实验目的1. 掌握电源外特性的测试方法。2. 验证电压源与电流源等效变换的条件。二、实验设备序号名 称型号与规格数量备 注1可调直流稳压电源030V12可调直流恒流源0200mA13直流数字电压表0200V14直流数字毫安表0200mA15万用表1外配6电阻器51，200，1KHE-117可调电阻箱099999.91H

18、E-19三、实验原理1. 一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。其外特性曲线，即其伏安特性曲线Uf(I)是一条平行于I轴的直线。一个实用中的恒流源在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。2. 一个实际的电压源（或电流源）， 其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来摸拟一个实际的电压源（或电流源）。3. 一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一

19、个理想的电压源Us与一个电阻Ro相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源Is与一电导go相并联的组合来表示。如果这两种电源能向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：IsUsRo，go1/Ro 或 UsIsRo，Ro 1/ go 。如图3-1所示。图3-1四、实验内容及步骤1. 测定直流稳压电源与实际电压源的外特性按图3-2接线。Us为6V直流稳压电源。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。图 3-2 图 3-3 R2（）470400300200100500U（V）I（mA） (2) 按图3-3接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。R2（）470400300250200150100500U（V）I（mA）2. 测定电流源的外特性按图3-4接线，Is为直流恒流源，调节其输出为5mA，令Ro分别为