电路分析基础实验讲义.pdf

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1、第三章实验项目（中文）实验1基本元件伏安特性的测绘一．实验目的1.掌握线性、非线性电阻及理想、实际电压源的概念。2.掌握测试电压、电流的基本方法。3.掌握电阻元件及理想、实际电压源的伏安特性测试方法，学习利用逐点测试法绘制伏安特性曲线。4.掌握直流稳压电源、直流电流表、直流电压表的使用方法。二．实验设备1.电路分析综合实验箱2.直流稳压电源3.万用表4.变阻箱三．实验原理一个二端元件的特性可以用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的关系来表示，即用U-I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

2、曲线。1.线性电阻元件线性电阻元件的伏安特性服从欧姆定律，即在U-I平面上定义的一条通过坐标原点且位于直角坐标平面中的1、3象限（正电阻）的直线，如图3.1(a)所示，该直线的斜率表征了它的电阻值。伏安特性曲线为直线的电阻称为线性电阻。在实验室里，我们常用的电阻器通常为碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻以及线绕电位器、薄膜电位器等，它们在直流或很低的频率下使用时，其线性度较好，伏安特性曲线近似为一条直线。2.非线性电阻元件非线性电阻元件的伏安特性是在U-I平面上通过坐标原点的一条曲线，其阻值不是常数。常见的非线性电

3、阻有白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，下面分别对其进行简单介绍：1）白炽灯丝白炽灯灯丝是一种常见的非线性电阻，当其正常工作时，灯丝处于高温状态，灯丝电阻随温度升高而增大，而灯丝温度又与通过灯丝的电流有关，电流越大，温度越高，相应的阻值也越大。一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可以相差几倍至十几倍，其伏安特性曲线如图3.1(b)所示。2）普通二极管普通的半导体二极管是目前使用最广泛的非线性电阻元件之一。当向二极管两端1加正向电压时（一般锗管约为0.2～0.3V，硅管约为0.5～0.7V），其正向电流随电压的

4、升高而急速上升，而加反向电压时，当电压从零一直增加到几十伏，其反向电流增加的却很少，由此可见，二极管具有单向导电性。需要注意的是，反向电压如果加载的过高，超过二极管的极限值，会导致管子击穿损坏，其伏安特性曲线如图3.1(c)所示。3）稳压二极管稳压二极管是一种较为特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，我们主要说明其反向特性。当加在二极管两端的反向电压较小时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值时（通常称为管子的稳压值，不同的稳压管对应不同的稳压值），其电流会急速增加，稳压管反向击穿，即当反向

5、电流在较大范围内变化时，稳压管两端电压几乎保持不变，表现出稳压特性，其伏安特性曲线如图3.1(d)所示。图3.13.理想电压源与实际电压源的端口特性理论上，理想电压源是一个二端理想元件，内阻RS为零，其输出电压US(t)与通过它的电流无关，总保持为给定的时间函数。当US(t)不随时间变化（即为常数）时，称为直流理想电压源US。其端口特性为平行于电流轴的直线，如图3.2(a)中实线所示。图3.22实际上，任何电源都存在内阻RS，因此实际电压源可以用一个理想电压源US和电阻RS相串联的电路模型来表示，如图3.2(b

6、)所示，其端口特性如图3.2(a)中虚线所示。图中θ越大，说明实际电压源内阻RS越大，其正切值代表实际电压源的内阻值RS。四．实验内容1.测绘线性电阻的伏安特性曲线1）测试电路如图3.3所示，图中US为直流稳压电源，R为被测电阻，阻值R200。用万用表的直流电压档监测被测电阻两端的电压，用毫安表测试通过被测电阻的电流。图3.32）调节直流稳压电源US的输出电压，当伏特表的读数依次为表3.1中所列电压值时，读毫安表的读数，将相应的电流值记录在表格中。3）在坐标纸上绘制线性电阻的伏安特性曲线，并测算电阻阻值。表

7、3.1V(V)0.02.04.06.08.010.0I(mA)2.测绘非线性电阻的伏安特性曲线1）测试电路如图3.4所示，图中D为二极管，型号为IN4004，作为待测的非线性电阻，观测其正向特性。RW为可调电位器。2）将直流稳压电源的输出电压设置为5V。图3.4表3.2V(V)0.10.20.30.40.50.550.60.650.70.72I(mA)3）缓慢调节RW，使伏特表的读数依次为表3.2中所列电压值时，读毫安表的读数，将相应的电流值记录在表格中。注意：测量时，应时刻监测电流表读数，使其不得超3过30m

8、A。4）在坐标纸上绘制非线性电阻的伏安特性曲线。3.测绘理想电压源的伏安特性曲线实验中，我们将直流稳压电源作为本次实验的被测对象，这是由于其内阻很小，在与外电路等效电阻相比可以忽略不计的条件下，可以视为理想电压源。(a)(b)图3.51）首先，连接电路如图3.5（a）所示，不加负载电路，直接用伏特表测试直流稳压电源的输出电压，将其设置为10V。2）然后，测试电路如图3.5（b）所示，其