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1、U2U1R2RIVRV图 2-1ARA串入实验报告参考（直流部分）实验一 基本实验技术 一、实验目的：1 熟悉电路实验的各类仪器仪表的使用方法。2 掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法及仪表误测量误差的计算。3 掌握线性、非线性电阻元件伏安特性的测绘。4 验证电路中电位的相对性、电压的绝对性。二、需用器件与单元：序号 名称 型号、规格 数量 备注 1 多路可调直流电源 LPS323D 1 2 直流电流表 IEC60092504 1 3 直流电压表 GB/T76761998 1 4 电路实验箱 YYDG-XA1 1 5 数字万用表 VCTOR VC9807A+1 三、实验内容：（一）电工仪表的
2、使用与测量误差及减小误差的方法 A、基本原理：通常，用电压表和电流表测量电路中的电压和电流，而电压表和电流表都具有一定的内阻，分别用RV和RA表示。如图 21 所示，测量电阻R2两端电压U2时，电压表与R2并联，只有电压表内阻RV无穷大，才不会改变电路原来的状态。如果测量电路的电流I，电流表串入电路，要想不改变电路原来的状态，电流表的内阻RA必须等于零，。但实际使用的电压表和电流表一般都不能满足上述要求，即它们的内阻不可能为无穷大或者为零，因此，当仪表接入电路时都会使电路原来的状态产生变化，使被测的读数值与电路原来的实际值之间产生误差，这种由于仪表内阻引入的测量误差，称之为方法误差。显然，方法
3、ARAmIIRIAIR图 2-2S可调恒流源VRVmURUVURUS图 2-3可调恒压源误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关，我们总是希望电压表的内阻越接近无穷大越好，而电流表的内阻越接近零越好。可见，仪表的内阻是一个十分关注的参数。通常用下列方法测量仪表的内阻：1用分流法测量电流表的内阻 设被测电流表的内阻为RA，满量程电流为I，测试电路如图 22 所示,首先断开开关,调节恒流源的输出电流，使电流表指针达到满偏转,即IIAI。然后合上开关 S,并保持I值不变,调节电阻箱的阻值,使电流表的指针指在 1/2 满量程位置，即 2mSAIII 则电流表的内阻RRA。2用分压法测量电压表的内阻
4、设被测电压表的内阻为RV，满量程电压为U，测试电路如图 23 所示,首先闭合开关,调节恒压源的输出电压U，使电压表指针达到满偏转,即UUVU。然后断开开关 S,并保持U值不变,调节电阻箱的阻值,使电压表的指针指在 1/2 满量程位置，即 2mRVUUU 则电压表的内阻RRV。图 21 电路中，由于电压表的内阻RV不为无穷大，在测量电压时引入的方法误差计算如下：,R2上的电压为：URRRU2122,若R1=R2，则U2=U/2 现用一内阻RV的电压表来测U2值，当RV与R2并联后，2V2V2RRRRR，以此来代替上式的R2,则得URRRRRRRRRU2V2V12V2V2+绝对误差为 URRRRR
5、RRRRRURRRRRRRRRRRRUUU)()+(1VV221212212V2V12V2V21222若V21RRR，则得6UU 相对误差0000002220033.310026100 UUUUUU B.实验内容 1根据分流法原理测定直流电流表 1mA 和 10mA 量程的内阻 实验电路如图 2-2 所示，其中R为电阻箱，用100、10、1三组串联，1mA电流表用表头和电位器 RP2 串联组成，10mA 电流表由 1mA 电流表与分流电阻并联而成（具体参数见实验一），两个电流表都需要与直流数字电流表串联（采用 20mA 量程档），由可调恒流源供电，调节电位器 RP2 校准满量程。实验电路中的电
6、源用可调恒流源，测试内容见表 21，并将实验数据记入表中。表 21 电流表内阻测量数据 被测表量程（mA）S 断开，调节恒源，使IIAI（mA）S 闭合，调节电阻R，使IRIAI/2（mA）（）计算内阻RA（）1 6 3 39 39 10 20 10 8 8 2根据分压法原理测定直流电压表 1V 和 10V 量程的内阻 实验电路如图 2-3 所示，其中R为电阻箱，用1、100、10、1四组串联，1V、10V 电压表分别用表头、电位器 RP1 和倍压电阻串联组成（具体参数见实验一），两个电压表都需要与直流数字电压表并联，由可调恒压源供电，调节电位器 RP1 校准满量程。实验电路中的电源用可调恒压
7、源，测试内容见表 22，并将实验数据记入表中。表 22 电压表内阻测量数据 被测表量程（V）S 闭合，调节恒压源，使UUVU（V）S 断开，调节电阻R，使URUVU/2（V）R（）计算RV（）1 809 809 10 8 4 16k 16k 3方法误差的测量与计算 实验电路如图 2-1 所示，其中R1300，R2200，电源电压U10V（可调恒 压源，用直流电压表 10V 档量程测量R2上的电压U2之值，并计算测量的绝对误差和相 对误差，实验和计算数据记入表 23 中。表 23 方法误差的测量与计算 RV 计算值U2 实测值U2 绝对误差U=U2U2 相对误差U/U2100 16k 4 20%
8、4.实验报告要求 （1）根据表 21 和表 22 数据，计算各被测仪表的内阻值，并与实际的内阻值相比较；（2）根据表 23 数据，计算测量的绝对误差与相对误差；(二)线性、非线性电阻元件伏安特性 A、基本原理：任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压 U 与通过该元件的电流 I 之间的函数关系 If(U)来表示，即用 I-U 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。1.线性电阻器的伏安特性曲线是一条 通过坐标原点的直线，如图 1-1 中 a 所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。2.一般的白炽灯在工作时灯丝处于 高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高 而增大，通过白炽灯的电流
9、越大，其温度 越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图 1-1 中 b 曲线所示。3.一般的半导体二极管是一个非线性 电阻元件，其伏安特性如图 1-1 中 c 所示。图 1-1 正向压降很小（一般的锗管约为，硅管约为），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。4.稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，0-10-20-300.51ICDbddDbCU(V)(
10、)但其反向特性较特别，如图 1-1 中 d 所示。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。B、实验内容：1.测定线性电阻器的伏安特性 按图 1-2 接线，调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。图 1-2 图 1-3 UR（V）9 I（mA）2.测定半导体二极管的伏安特性 按图 1-3
11、接线，R 为限流电阻器。测二极管 D 的正向特性时，其正向电流不得超过 25mA，二极管 D 的正向施压 UD+可在 0之间取值。在之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图 1-3 中的二极管 D 反接，且其反向施压 UD可达 30V。正向特性实验数据 UD+(V)I（mA）反向特性实验数据 UD(V)0-5-10-15-20-25-30 I（mA）0 0 0 0 0 0 0 3.测定稳压二极管的伏安特性 UmAR1KV（1）正向特性实验：将图 1-3 中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容 3中的正向测量。UZ+为 2CW51 的正向施压。UZ（V）0 0 0 I（mA）（2）反向特性实
12、验：2CW51 反接，测量 2CW51 的反向特性。测量 2CW51 二端的电压 UZ及电流 I，由 UZ可看出其稳压特性。UZ（V）30 32 34 I（mA）4.实验注意事项（1）测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过 25mA。（2）进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。5 实验报告（1）根据各实验数据，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张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）（2）根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。稳压二极管其
13、伏安特性曲线与普通二极管相似，但反向击穿曲线比较陡，在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小。实验二 基本电路定律实验 一、实验目的：1用实验的方法验证基尔霍夫定律、叠加定理、戴维南及诺顿定理的正确性，以提高对定理的理解和应用能力。2通过实验加深对电位、电压与参考点之间关系的理解。3通过实验加深对电路参考方向的掌握和运用能力。二、需用器件与单元：序号 名称 型号、规格 数量 备注 1 多路可调直流电源 LPS323D 1 2 直流电流表 IEC60092504 1 3 直
14、流电压表 GB/T76761998 1 4 电路实验箱 YYDG-XA1 1 5 数字万用表 VCTOR VC9807A+1 三、实验内容：（一）基尔霍夫定律 A、基本原理：基尔霍夫电流、电压定律：测量电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫定律（KCL）和电压定律（KVL）。电路中任一节点电流的代数和等于零；电路中任一回路上全部组件端对电压代数和等于零。KCL:i=0 KVL:u=O B、实验内容：1.验证基尔霍夫定理 1）、实验线路 2）、实验步骤（1）、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图所示。（2）、分别将两路直流稳压电源接入电路（一路 E1为+12V 电源，
15、另一路 E2为 030V 可调直流稳压源），令 E1=+12V，E2=+6V。（3）将弱电线插入标识“I”的两端，导线另两端接至直流电流表的“、”两端。（4）将弱电线分别插入三条支路的三个标识“I”插座中，读出并记录电流值。（5）用直流电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，并记录之。3）、实验记录 被测量 I1（mA）I2(mA)I3(mA)E1(V)E2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)计算值 10 12 6 4-2 8 测量值 相对误差 2、实验报告（1）根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证 KCL 的正确性。由 KCL 定律有，I1+I2-I3=0，代入实验数据：
16、（A）我们认为 A 与 0A 比较接近,在误差允许范围内，认为本实验符合 KCL 定律。（2）根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证 KVL 的正确性。由 KVL 定律有，E1-UFA-UAD=0，代入实验数据：我们认为 V 与 0V 比较接近,在误差允许范围内，认为本实验符合 KVL 定律。（3）计算理论值，并与实测值比较，计算误差并分析误差原因。1）实验仪器误差，如电阻阻值不恒等于标称值；2）仪表的基本误差导致实验结果误差；3）数值的读取和计算由于约分产生误差。(二)、叠加定理 A.基本原理：1叠加定理：对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电
17、压，等于各个独立电源单独作用时在相应支路中形成的电流或电压的代数和。不作用的电压源所在的支路应（移开电压源后）短路，不作用的电流源所在的支路应开路。线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减少 K 倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减少 K 倍。2电位与电压：电路中的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两点的电压（电位差）不变，即任意两点的电压与参考点的选择无关。B.实验内容：1、验证叠加定理 1）、实验线路 图 1-1 2）、实验步骤（1）、按图 1-1，取 E1=+12V，E2为可调直流稳压电源，调至+6V。（2）、令 E1单独
18、作用时（将开关 S1 投向 E1 侧，开关 S2 投向短路侧），用直流电压表和直流电流表（接电流插头）测量各支路电流及电阻元件两端的电压，数据记入表格中。E1（V）E2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UA F(V)UA B (V)UA D(V)E1单独作用 12 0 E2单独作用 0 6 E1、E2共同作用 12 6 （3）、令 E2 单独作用时（将开关 S1 投向短路侧开关 S2 投向 E2 侧），重复实验步骤 2的测量和记录。（4）令 E1 和 E2 共同作用（将开关 S1 投向 E1 侧，S2 投向 E2 侧），重复上述的测量和记录。（5）将 E2 的数值调至+12V，重复上述
19、第三项的测量并记录。2.实验报告（1）根据实验数据，进行分析、比较、归纳、总结实验结论，验证线性电路的叠加性和齐次性。E1 单独作用时的电流+E2 单独作用时的电流=E1、E2 共同作用时的电流 E1 单独作用时的电压+E2 单独作用时的电压=E1、E2 共同作用时的电压 结论：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。（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。P=*（）+（）*（）*（）所以功率不可叠加。（3）计算理论值，并与实测值比较，计算误差并
20、分析误差原因。1）实验仪器误差，如电阻阻值不恒等于标称值；2）仪表的基本误差导致实验结果误差；3）数值的读取和计算由于约分产生误差。（三）戴维南及诺顿定理 A基本原理 1戴维南定理 戴维南定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC,内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。US、RS和IS、RS称为有源二端网络的等效参数。2有源二端网络等效参数的测量方法(1)开路电压、短路电流法 在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压UOC,然
21、后再将其输出端短路，测其短路电流IS，且内阻为：SCOCSIUR。若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。(2)伏安法 一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的 外特性曲线，如图 21 所示。开路电压为UOC，根据 外特性曲线求出斜率 tg，则内阻为：IURtgS。另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UOC，以及额定电流IN和对应的输出端额定电压UN，如图 21 所示，则内阻为：NNOCSIUUR。(3)半电压法 如图 22 所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻RL的大小（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。(4)零示法 在测量具有高
22、内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图 113 所示。零示法测量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较，当恒压源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”，然后将电路断开，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。B.实验内容 1被测有源二端网络与负载电阻RL（用电阻箱）连接，如图 24(a)所示。（1）开路电压、短路电流法测量有源二端网络的UOC、RS等效参数。测开路电压UOC：在图 24(a)电路中，断开负载RL，用电压表测量 1、2 两端电压，将数据记入表
23、21 中。测短路电流IS：在图 24(a)电路中，将负载RL短路，用电流表测量电流，将数据记入表21 中。计算出有源二端网络的等效参数RS。表 21 开路电压、短路电流数据 UOC(V)IS(mA)RS=UOC/IS 188 （2）负载实验 按图 2-4（b）改变 R阻值，测量有源二端网络的外特性。（3）验证戴维南定理：用一只 1K 可调电位器，将其阻值调整到等于步骤“1”实验中所测的等效电阻“RS”之值，然后令其与直流稳压UOC（调整“1”步骤时所得的开路电压“UOC”之值）相串联，如图2b）所示，仿照步骤“2”测量其外特性，对证戴维宁定理进行验证。表 22 有源二端网络外特性数据 RL()100 200 300 400 500 U12(V)I(mA)被测有源二端网络如图：2.实验报告要求 根据实验步骤,分别绘出曲线,验证戴维南定理的正确性,并分析产生误差的原因。1）实验仪器误差，如电阻阻值不恒等于标称值；RL()100 200 300 400 500 U12(V)I(mA)I2）仪表的基本误差导致实验结果误差；3）数值的读取和计算由于约分产生误差。注：诺顿定理实验参照戴维南定理