电路实验教程.docx

1、高 等 学 校 通 用 教 材电 路 实 验 教 程徐 国 华 等 编 著内 容 简 介 电 路 实 验 教 程 是 近 年 来 作者 在 实 验 教 学 的 基 础 上 编 写而 成 的 。 书 中 编 入 各 种电 路 实 验 29 个 。 主 要 内 容 有 基本 电 工 仪 表 的 测 量 误 差 实 验 ; 直 流 电 路 实 验 ; 最 大 功 率 传 输 条 件 的 测 定 ; 受 控 源 VCVS、 VCCS、 CCVS 和 CCCS 的实 验 研 究 ; 典型 电 信 号 的 观 察 与 测 量 ; 一 阶 、 二 阶 电 路 响 应 的 研 究 测 试 ; R、 L、 C

2、元 件 阻 抗 特 性 的 测 定 ; 交 流 电 路 实 验 ; 双 口 网 络 测 试 ; 负 阻 抗 变 换 器 ; 回 转 器 ; 三 相 交 流 电路 电 压 、 电流 和 功 率 的 测 量 ; 单 相 电 度 表 的 校 验 ; 功 率 因 数 及 相 序 的 测 量 , 还 有 电 动 机 启 动 控 制 电 路 安 装 实 验 。本书 实 验 丰 富 、 内 容 新 颖 , 可作 为 大 专 院 校 的 电 子 类 、 通 信 类 、 自 动 控 制 类 和 计 算机 类 型 的 基 础 实 验 教 材 。图 书 在 版 编 目 ( CIP ) 数 据电 路 实 验 教 程

3、/ 徐 国 华 等 编 著 . 北 京 : 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 , 2005. 8ISBN 7 81077 667 3 . 电 . 徐 . 电 路 实 验 高 等 学 校 教 材 . T M13 33中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2005) 第 026658 号电 路 实 验 教 程 徐 国 华 等 编 著 责 任 编 辑 金 友 泉 责 任 校 对 陈 坤*北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 出 版 发 行北 京 市 海 淀 区 学 院 路 3 7 号 ( 10 0 0 83 )发 行 部 电 话 : 01 0 82 3 17 0 24

4、 传 真 : 0 10 8 23 2 80 2 6 h t t p :/ / www .b u aap res s .co m .cn E m ail : b h pr ess 26 3 .ne t涿 州 市 新 华 印 刷 有 限 公 司 印 装 各 地 书 店 经 销*开 本 : 78 7 9 60 1/ 1 6 印 张 : 1 1 .5 字 数 : 2 58 千 字2 00 5 年 8 月 第 1 版 2 00 5 年 8 月 第 1 次 印 刷 印 数 : 6 00 0 册IS BN 7 8 1 07 7 66 7 3 定 价 : 15 .00 元前 言培 养 学 生 实 验 能 力

5、和 实 际 技 能 是 高 等 工 业 学 校 教 育 的 重 要 内 容 之 一 。 实 验 是 帮 助 学 生 学 习 和 运 用 理 论 来 处 理 实 际 问 题 和 解 决 实 际 问 题 的 非 常 重 要 的 一 个 环 节 。 本 教 材 内 容 的 重 点 在 于 , 不 仅 帮 助 学 生 验 证 所 学 的 基 础 理 论 知 识 , 更 重 要 的 是 训 练 学 生 的 实 验 技 能 , 提 高 学 生 分 析问 题 和 解 决 问 题 的 能 力 , 培 养 学 生 严 谨 的 科 学 作 风 。全 书 共 分 两 部 分 。第 一 部 分 为 实 验 内 容 ,

6、 主 要 介 绍 了 29 个 电 路 实 验 。 其 中 包 括 直 流 电 路 、 单 相 交 流 电 路 、 三 相 交 流 电 路 、 电 动 机 启 动 控 制 电 路 和 安 装 实 验 等 。 有 关 专 业 可 根 据 学 生 的 不 同 要 求 选 择 不 同的 实 验 内 容 。本 书 第 二 部 分 为 附 录 , 内 容 包 括 电 工 电 子 类 常 用 仪 器 仪 表 的 基 本 知 识 、 使 用 说 明 及 误 差 分 析 和 计 算 。 学 生 认 真 阅 读 后 即 能 掌 握 有 关 仪 器 仪 表 的 使 用 方 法 。 通 过 该 部 分 内 容 的

7、学 习 及 在 实 验 课 中 的 应 用 , 提 高 学 生 使 用 任 何 仪 器 仪 表 的 能 力 。 这 是 一 个 工 程 技 术 人 员 应 该 具 备 的 基本 技 能 。本 书 是 作 者 近 年 来 在 实 验 教 学 基 础 上 编 写 而 成 的 , 由 郑 州 轻 工 业 学 院 徐 国 华 老 师 负 责 编写 实 验 十 六 至 实 验 二 十 三 及 附 录 部 分 , 还 有 实 验 部 分 插 图 ; 王 季 方 老 师 负 责 编 写 实 验 十 一 至 实 验 十 五 、 实 验 二 十 四 和 实 验 二 十 五 ; 高 为 民 老 师 负 责 编 写

8、 实 验 一 至 实 验 五 ; 马 平 老 师 负 责 编 写实 验 六 至 实 验 十 。 河 南 省 工 业 学 校 的 张 锡 宪 老 师 负 责 编 写 实 验 二 十 六 至 实 验 二 十 九 及 附 录 部 分 插 图 。 徐 国 华 老 师 负 责 全 书 的 统 稿 及 协 调 工 作 。 书 中 实 验 设 备 型 号 并 未 标 全 , 依 各 校 实 际情 况 确 定 。由 于 水 平 有 限 , 书 中 会 有 不 妥 之 处 , 衷 心 欢 迎 读 者 , 特 别 是 使 用 本 书 的 教 师 和 同 学 们 批 评 、 指 正 , 并 提 出 改 进 意 见

9、。编 者2005 年 3 月目 录第 一 部 分 电 路 实 验实 验 一 基 本 电 工 仪 表 的 使 用 及 测 量 误 差 的 计 算 3实 验 二 减 小 仪 表 测 量 误 差 的 方 法 8实 验 三 电 路 元 件 的 伏 安 特 性 测 绘 13实 验 四 基 尔 霍 夫 定 律 的 验 证 17实 验 五 叠 加 原 理 的 验 证 20实 验 六 电 压 源 与 电 流 源 的 等 效 变 换 23实 验 七 戴 维 南 定 理 和 诺 顿 定 理 的 验 证 27实 验 八 最 大 功 率 传 输 条 件 的 测 定 32实 验 九 受 控 源 V CVS、 VCCS、

10、 CC VS 和 CCCS 的 实 验 研 究 35实 验 十 一 阶 电 路 的 响 应 41实 验 十 一 二 阶 电 路 的 响 应 与 状 态 轨 迹 45实 验 十 二 R、 L、 C 元 件 阻 抗 特 性 的 测 定 50实 验 十 三 用 三 表 法 测 量 交 流 电 路 等 效 参 数 53实 验 十 四 功 率 因 数 提 高 57实 验 十 五 RC 选 频 网 络 特 性 测 试 62实 验 十 六 RLC 串 联 谐 振 电 路 的 研 究 66实 验 十 七 二 端 口 网 络 参 数 的 测 定 70实 验 十 八 负 阻 抗 变 换 器 及 其 应 用 75实

11、 验 十 九 回 转 器 83实 验 二 十 互 感 电 路 测 量 89实 验 二 十 一 单 相 铁 心 变 压 器 特 性 的 测 试 93实 验 二 十 二 三 相交 流 电路 电压 、 电 流的 测量 96实 验 二 十 三 三 相 电 路 功 率 的 测 量 100实 验 二 十 四 单 相 电 度 表 的 校 验 105实 验 二 十 五 功 率 因 数 及 相 序 的 测 量 109实 验 二 十 六 三 相 鼠 笼 式 异 步 电 动 机 1122 电 路 实 验 教 程实 验 二 十 七 三 相 鼠 笼 式 异 步 电 动 机 的 点 动 和 自 锁 控 制 118实 验

12、二 十 八 三 相鼠 笼 式异 步电 动机 正 、 反转 控制 122实 验 二 十 九 三 相 鼠 笼 式 异 步 电 动 机 Y 降 压 启 动 控 制 126第 二 部 分 附 录附 录 一 电 测 量 指 示 仪 表 概 论 133附 录 二 若 干 仪 器 设 备 及 使 用 方 法 简 介 168第 一 部 分电 路 实 验实 验 一 基 本 电 工 仪 表 的 使 用及 测 量 误 差 的 计 算一 、实 验 目 的(1 ) 熟 悉 实 验 台 上 各 类 电 源 及 各 类 测 量 仪 表 的 布 局 和 使 用 方 法 。(2 ) 掌 握 指 针 式 电 压 表 和 电 流

13、表 内 阻 的 测 量 方 法 。(3 ) 熟 悉 电 工 仪 表 测 量 误 差 的 计 算 方 法 。二 、原 理 说 明(1 ) 为 了 准 确 地 测 量 电 路 中 实 际 的 电 压 和 电 流 , 必 须 保 证 仪 表 接 入 电 路 后 不 会 改 变 被 测电 路 的 工 作 状 态 。 这 就 要 求 电 压 表 的 内 阻 为 无 穷 大 和 电 流 表 的 内 阻 为 零 , 而 实 际 使 用 的 指 针式 电 工 仪 表 都 不 能 满 足 上 述 要 求 。 因 此 , 当 测 量 仪 表 一 旦 接 入 电 路 , 就 会 改 变 电 路 原 有 的 工 作

14、状 态 , 这 就 导 致 仪 表 的 读 数 值 与 电 路 原 有 的 实 际 值 之 间 出 现 误 差 。 误 差 的 大 小 与 仪 表 本 身 内阻 的 大 小 密 切 相 关 。 只 要 测 出 仪 表 的 内 阻 , 即 可 计 算 出 由 其 产 生 的 测 量 误 差 。 以 下 介 绍 几 种测 量 指 针 式 仪 表 内 阻 的 方 法 。 用 “分 流 法” 测 量 电 流 表 的 内 阻 。 图 1 1 所 示 为 可 调 恒 流 源 实 验 电 路 。 图 内 A 为 具 有 被 测 内 阻 RA 的 直 流 电 流 表 。 测 量 时 先 断 开 开 关 K,

15、调 节 电 流 源 的 输 出 电 流 I 使 A 表 指 针 满 偏 转 ; 然 后 合 上 开 关 K , 并 保 持 I 值 不 变 , 调 节 电 阻 箱 RB 的 阻 值 , 使 电 流 表 的 指 针 指 在 1/ 2 满 偏 转 位 置 。 此 时 有 :IA = IS = I/ 2所 以 RA = RB R1式 中 , R1 为 固 定 电 阻 器 之 值 , RB 可 由 电 阻 箱 的 刻 度 盘 上 读 得 。 用 分 压 法 测 量 电 压 表 的 内 阻 。 图 1 2 所 示 为 可 调 恒 压 源 实 验 电 路 。 图 内 V 为 具 有 被 测 内 阻 RV

16、的 直 流 电 压 表 。 测 量 时 先 将 开 关 K 闭 合 , 调 节 直 流 稳 压 电 源 的 输 出 电 压 , 使 电 压 表V 的 指 针 为 满 偏 转 ; 然 后 断 开 开 关 K , 调 节 RB 使 电 压 表 V 的 指 示 值 减 半 。 此 时 有 :RV = RB + R1电 压 表 的 灵 敏 度 为S = RV UV4 电 路 实 验 教 程V21 111 11 1U 1式 中 , UV 为 电 压 表 满 偏 时 的 电 压 值 。图 1 1 图 1 2(2 ) 仪 表 内 阻 引 起 的 测 量 误 差 ( 通 常 称 之 为 方 法 误 差 , 而

17、 仪 表 本 身 结 构 引 起 的 误 差 称 为 仪表 基 本 误 差 ) 的 计 算 。 绝 对 误 差 和 相 对 误 差 : 以 图 1 3 所 示 电 路 为R2 例 , R1 上 的 电 压 为 UR= 1= R1 + R2U, 若 R1 = R2 , 则 UR2 U。 现 用 一 内 阻 为 RV 的 电 压 表 来 测 量 UR1 值 , 当RV 与 R1 并 联 后 , RA B = R R , 以 此 来 替 代 上 式 中 的R1 , 则 得U R = RVRV + R1R1 RV R1 + R2 U图 1 31 RV + R1 RV + R1 RV R1 RV R1

18、R1 绝 对 误 差 为 U = U R - U R = U RV + R1RV + R1+ R2 - R1 + R2化 简 后 得 U = - R1 R2 U2 2RV ( R1 + 2 R1 R2 + R2 ) + R1 R2 ( R1 + R2 )若 R1 = R2 = RV , 则 得 U = - U6相 对 误 差 U = U R - UR 100 % = - U/ 6 100 % = - 33 .3 %R U/ 2由 此 可 见 , 当 电 压 表 的 内 阻 与 被 测 电 路 的 电 阻 相 近 时 , 测 量 的 误 差 是 非 常 大 的 。 伏 安 法 测 量 电 阻 的

19、 原 理 : 当 测 出 流 过 被 测 电 阻 RX 的 电 流 IR 及 其 两 端 的 电 压 降 UR , 根 据 欧 姆 定 律 , 其 阻 值 RX = UR/ IR 。 实 际 测 量 时 , 有 两 种 测 量 线 路 , 即 相 对 于 电 源 而 言 :5 电 流 表 A ( 内 阻 为 RA ) 接 在 电 压 表 V ( 内 阻 为 RV ) 的 内 侧 ;实 验 一 基 本 电 工 仪 表 的 使 用 及 测 量 误 差 的 计 算 55 电 流 表 A 接 在 电 压 表 V 的 外 侧 。 两 种 线 路 见 图 1 4( a) 、 ( b) 。由 图 ( a)

20、可 知 , 只 有 当 RX n RV 时 , RV 的 分 流 作 用 才 可 忽 略 不 计 , 则 表 A 的 读 数 接 近 于 实 际 流 过 RX 的 电 流 值 。 该 接 法 称 为 电 流 表 的 内 接 法 。由 图 ( b ) 可 知 , 只 有 当 RX m RA 时 , RA 的 分 压 作 用 才 可 忽 略 不 计 , 则 表 V 的 读 数 接 近 于 RX两 端 的 电 压 值 。 该 接 法 称 为 电 流 表 的 外 接 法 。图 1 4实 际 应 用 时 , 应 根 据 不 同 情 况 选 用 合 适 的 测 量 线 路 , 才 能 获 得 较 准 确

21、的 测 量 结 果 。 以 下 举 一 实 例 。在 图 1 4 中 , 设 : U = 20 V , RA = 100 , RV = 20 k 。 假 定 RX 的 实 际 值 为 10 k 。 如 果 采 用 图 ( a ) 线 路 测 量 , 经 计 算 , 表 A、 V 的 读 数 IA 、 UV 分 别 为 2 .96 m A 和 19 .73 V , 故 :R X = UV/ IA = 19 .73 V/ 2 .96 m A = 6 .667 k相 对 误 差 为 U = R X - RXRX 100 % = ( 6 .667 - 10) k 100 % = - 33 .3 %10

22、 k如 果 采 用 图 ( b ) 线 路 测 量 , 经 计 算 , 表 A、 V 的 读 数 UV 和 IA 分 别 为 1 .98 mA 和 20 V , 故R X = UV/ IA = 20 V 1 .98 m A = 10 .1 k相 对 误 差 为 U = R X - RXRX 100 % = 10 .1 k - 10 k10 k三 、实 验 设 备 100 % = 1 %测 量 电 压 、 电 流 表 内 阻 的 实 验 设 备 如 表 1 1 所 列 。表 1 1序 号 名 称 型 号 与 规 格 数 量 备 注1 可 调 直 流 稳 压 电 源 0 3 0 V 2 路2 可

23、调 恒 流 源 0 20 0 m A 116 电 路 实 验 教 程续 表 1 1序 号 名 称 型 号 与 规 格 数 量 备 注3 指 针 式 万 用 表 M F 50 0 型 14 可 调 电 阻 箱 0 9 9 9 9 .9 15 电 阻 器 按 需 选 择四 、实 验 内 容(1 ) 根 据 “ 分 流 法” 原 理 , 按 图 1 1 接 线 , 测 定 指 针 式 万 用 表 ( M F 500 型 ) 的 直 流 电 流0 .5 m A和 5 m A 挡 量 程 的 内 阻 , 并 记 入 表 1 2 中 。表 1 2被 测 电 流 表 量 程K 断 开 时 的 表 读 数 /

24、 m AK 闭 合 时 的 表 读 数 / m A RB/ R1/ 计 算 内 阻 RA/ 0 .5 m A5 m A(2 ) 根 据 “ 分 压 法” 原 理 , 按 图 1 2 接 线 , 测 定 指 针 式 万 用 表 直 流 电 压 2 .5 V 和 10 V 挡 量程 的 内 阻 , 并 记 入 表 1 3 中 。表 1 3被 测 电 压 表 量 程K 闭 合 时 表 读 数 / VK 断 开 时 表 读 数 / V RB/ k R1/ k 计 算 内 阻 RV/ kS/( V - 1 )2 .5 V1 0 V(3 ) 用 指 针 式 万 用 表 的 直 流 电 压 10 V 挡 量

25、 程 测 量 图 1 3 电 路 中 R1 上 的 电 压 U R并 计 算 测 量 的 绝 对 误 差 与 相 对 误 差 , 且 记 入 表 1 4 中 。表 1 4之 值 ,U/ V R2/ k R1/ k R10 V/ k计 算 值U R / V1实 测 值 U R1/ V绝 对 误 差 U/ V相 对 误 差( U/ U )/ 10 0 %12 V 10 5 0实 验 一 基 本 电 工 仪 表 的 使 用 及 测 量 误 差 的 计 算 7五 、实 验 注 意 事 项(1 ) 在 开 启 电 源 开 关 前 , 应 将 两 路 电 压 源 的 输 出 调 节 旋 钮 调 至 最 小

26、 ( 逆 时 针 旋 到 底 ) , 并 将 恒 流 源 的 输 出 粗 调 旋 钮 拨 到 2 mA 挡 , 输 出 细 调 旋 钮 应 调 至 最 小 。 接 通 电 源 后 , 再 根 据 需 要 缓慢 调 节 。(2 ) 当 恒 流 源 输 出 端 接 有 负 载 时 , 如 果 需 要 将 其 粗 调 旋 钮 由 低 挡 位 向 高 挡 位 切 换 时 , 必 须 先 将 其 细 调 旋 钮 调 至 最 小 ; 否 则 输 出 电 流 会 突 增 , 可 能 会 损 坏 外 接 器 件 。(3 ) 电 压 表 应 与 被 测 电 路 并 接 , 电 流 表 应 与 被 测 电 路 串

27、 接 , 并 且 都 要 注 意 正 、 负 极 性 与 量 程 的 合 理 选 择 。(4 ) 在 实 验 内 容 ( 1) 、 ( 2) 中 , R1 的 取 值 应 与 RB 值 相 近 。(5 ) 本 实 验 仅 测 试 指 针 式 仪 表 的 内 阻 。 由 于 所 选 指 针 表 的 型 号 不 同 , 本 实 验 中 所 列 的 电流 、 电 压 量 程 及 选 用 的 RB 、 R1 等 均 会 不 同 。 实 验 时 应 按 选 定 的 表 型 自 行 确 定 。六 、思 考 题(1 ) 根 据 实 验 内 容 ( 1) 和 (2 ) , 若 已 求 出 0 .5 m A 挡

28、 和 2 .5 V 挡 的 内 阻 , 可 否 直 接 计 算 得 出5 m A 挡 和 10 V 挡 的 内 阻 ?(2 ) 用 量 程 为 10 A 的 电 流 表 测 实 际 值 为 8 A 的 电 流 时 , 实 际 读 数 为 8 .1 A , 求 测 量 的 绝 对 误 差 和 相 对 误 差 。七 、实 验 报 告(1 ) 列 表 记 录 实 验 数 据 , 并 计 算 各 被 测 仪 表 的 内 阻 值 。(2 ) 分 析 实 验 结 果 , 总 结 应 用 场 合 。(3 ) 对 思 考 题 的 计 算 。实 验 二 减 小 仪 表 测 量 误 差 的 方 法一 、实 验 目

29、 的(1 ) 进 一 步 了 解 电 压 表 、 电 流 表 的 内 阻 在 测 量 过 程 中 产 生 的 误 差 及 其 分 析 方 法 。(2 ) 掌 握 减 小 因 仪 表 内 阻 所 引 起 的 测 量 误 差 的 方 法 。二 、原 理 说 明减 小 因 仪 表 内 阻 而 产 生 的 测 量 误 差 的 方 法 有 以 下 两 种 : 1 . 不 同 量 程 的 两 次 测 量 计 算 法当 电 压 表 的 灵 敏 度 不 够 高 或 电 流 表 的 内 阻 太 大 时 , 可 利 用 多 量 程 仪 表 对 同 一 被 测 量 用 不同 量 程 进 行 两 次 测 量 , 用

30、所 得 读 数 经 计 算 后 可 得 到 较 准 确 的 结 果 。如 图 2 1 所 示 电 路 , 欲 测 量 具 有 较 大 内 阻 RO 的 电 动 势 US 的 开 路 电 压 UO 时 , 如 果 所 用 电 压 表 的 内 阻 Rv 与 RO 相 差 不 大 时 , 将 会 产 生 很 大 的 测 量 误 差 。设 电 压 表 有 两 挡 量 程 。 U1 、 U2 分 别 为 在 这 两 个 不 同 量 程 下 测 得 的 电 压 值 。 令 Rv1 和 Rv2 分 别 为 这 两 个 相 应 量 程 的 内 阻 ( Rv1 和 Rv2 为 电 压 量 挡 内 阻 且 隐 含

31、 值 , 故 图 中 未 给 以 标 注 , 类 似 情 况 相 同 ) , 则 由 图 2 1 可 得 出 :Rv 1 Rv 2 U1 = RO + Rv1 US U2 = RO + Rv2 US 图 2 1由 以 上 两 式 可 解 得 US 和 RO 。 其 中 US ( 即 UO ) 为 :US = U U ( R - R )1 2 v2 v1U1 Rv2 - U2 Rv1由 上 式 可 知 : 当 电 源 内 阻 RO 与 电 压 表 的 内 阻 Rv 相 差 不 大 时 , 通 过 上 述 的 两 次 测 量 结 果 ,即 可 计 算 出 开 路 电 压 UO 的 大 小 , 且

32、其 准 确 度 要 比 单 次 测 量 好 得 多 。对 于 电 流 表 , 当 其 内 阻 较 大 时 , 也 可 用 类 似 的 方 法 测 得 较 准 确 的 结 果 。 如 图 2 2 所 示 电路 , 不 接 入 电 流 表 时 的 电 流 为 I = US/ R, 接 入 内 阻 为 RA 的 电 流 表 A 时 , 电 路 中 的 电 I = US/ ( R + RA ) 。实 验 二 减 小 仪 表 测 量 误 差 的 方 法 9式 中 , RA 为 表 头 内 阻 。如 果 RA = R, 则 I = I/ 2 , 出 现 很 大 的 误 差 。 如 果 用 有 不 同 内

33、阻 RA1 、 RA 2 的 两 挡 量 程 的 电 流 表 作 两 次 测 量 并 经 简 单 的 计 算 就 可 得 到 较准 确 的 电 流 值 。按图 2 2 电 路 , 两次 测量 得 I1 、 I2 值 分 别为 :I1 = US R + RA 1, I2 = US R + RA 2图 2 2由 以 上 两 式 可 解 得 US 和 R, 进 而 可 得 :I = US I1 I2 ( RA1 - RA 2 )R =2 . 同 一 量 程 的 两 次 测 量 计 算 法I1 RA1- I2 RA 2如 果 电 压 表 ( 或 电 流 表 ) 只 有 一 挡 量 程 , 且 电 压

34、表 的 内 阻 较 小 ( 或 电 流 表 的 内 阻 较 大 ) 时 , 可 用 同 一 量 程 的 两 次 测 量 法 减 小 测 量 误 差 。 其 中 , 第 一 次 测 量 与 一 般 的 测 量 并 无 两 样 。 第 二 次测 量 时 必 须 在 电 路 中 串 入 一 个 已 知 阻 值 的 附 加 电 阻 。(1 ) 电 压 测 量 : 测 量 如 图 2 3 所 示 电 路 的 开 路 电 压 UO 值 。设 电 压 表 的 内 阻 为 Rv 。 第 一 次 测 量 时 , 电 压 表 的 读 数 为 U1 ; 第 二 次 测 量 时 , 应 与 电 压 表串 接 一 个

35、已 知 阻 值 的 电 阻 器 R, 电 压 表 读 数 为 U2 。 由 图 可 知 :v S Rv US U1 = R U , U2 =RO + Rv由 以 上 两 式 可 解 得 US 和 RO , 其 中 US ( 即 UO ) 为 :RO + R + RvRU1 U2 US = UO = Rv ( U1- U2 )(2 ) 电 流 测 量 : 测 量 如 图 2 4 所 示 电 路 的 电 流 I 值 。图 2 3 图 2 4设 电 流 表 的 内 阻 为 RA 。 第 一 次 测 量 时 , 电 流 表 的 读 数 为 I1 ; 第 二 次 测 量 时 , 应 与 电 流 表 串1

36、0 电 路 实 验 教 程接 一 个 已 知 阻 值 的 电 阻 器 R, 电 流 表 读 数 为 I2 。 由 图 可 知 :US US I1 = RO + RA; I2 = RO + RA + R由 以 上 两 式 可 解 得 US 和 RO , 从 而 可 得 :I = US RO= I1 I2 R I2 ( RA + R ) - I1 RA由 以 上 分 析 可 知 , 当 所 用 仪 表 的 内 阻 与 被 测 线 路 的 电 阻 相 差 不 大 时 , 采 用 多 量 程 仪 表 的 不 同 量 程 两 次 测 量 法 或 单 量 程 仪 表 两 次 测 量 法 , 通 过 计 算

37、 就 可 得 到 比 单 次 测 量 准 确 得 多 的 结 果 。三 、实 验 设 备仪 器 测 量 误 差 实 验 设 备 如 表 2 1 所 列 。表 2 1序 号 名 称 型 号 与 规 格 数 量 备 注1 直 流 稳 压 电 源 0 3 0 V 12 指 针 式 万 用 表 M F 5 0 0 型 13 直 流 数 字 毫 安 表 0 2 0 0 m A 14 可 调 电 阻 箱 0 9 9 9 9 .9 15 电 阻 器 按 需 选 择四 、实 验 内 容1 . 双 量 程 电 压 表 两 次 测 量 法按图 2 3 电 路 , 实 验 中 用 直 流 稳 压 电 源 , 取 U

38、S = 2 .5 V, Ro 选 用 50 k 。用 指 针 式 万 用 表 的 直流 电压 2 .5 V 和 10 V 两挡 量程 进 行两 次测 量 , 最后 算出 开 路电 压 U o 之值 , 并记 入 表 2 2 中 。表 2 2万 用 表 电 压 量 程/ V内 阻 值/ k两 个 量 程 的 测 量 值 U/ V电 路 计 算 值Uo/ V两 次 测 量 计 算 值 U o/ VU 的 相 对 误 差 值 / %U o 的 相 对 误 差/ %2 .51 0实 验 二 减 小 仪 表 测 量 误 差 的 方 法 11R | 2 .5 V 和 R | 10 V 取 值 参 照 实

39、验 一 的 结 果 。2 . 单 量 程 电 压 表 两 次 测 量 法实 验 线 路 如 图 2 3 所 示 。 先 用 上 述 万 用 表 直 流 电 压 2 .5 V 量 程 挡 直 接 测 量 , 得 U1 值 ; 然 后 串 接 R = 10 k 的 附 加 电 阻 器 再 一 次 测 量 , 得 U2 。 计 算 开 路 电 压 U O 之 值 , 并 将 测 量 数 据 填 入 表 2 3 中 。表 2 3实 际 计 算 值 两 次 测 量 值 测 量 计 算 值U1 的 相对 误 差UO/ V U1/ V U2/ V U O/ V ( % )U O 的 相 对 误 差( % )

40、3 . 双 量 程 电 流 表 两 次 测 量 法按 图 2 4 线 路 进 行 实 验 , 当 US = 0 .3 V , R = 300 ( 取 自 电 阻 箱 ) 时 , 用 万 用 表 0 .5 m A 和5 m A 两 挡 电 流 量 程 进 行 两 次 测 量 , 计 算 出 电 路 的 电 流 I 值 , 并 将 测 量 值 填 入 表 2 4 中 。表 2 4万 用 表 电 流 量 程内 阻 值/ 两 个 量 程 的 测 量 值 I1/ m A电 路 计 算 值I/ m A两 次 测 量 计 算 值 I / m AI1 的 相 对 误 差 / ( % )I 的 相对 误 差/

41、( % )0 .5 m A5 mAR | 0 .5 m A 和 R | 5 m A 值 参 照 实 验 一 的 结 果 。4 . 单 量 程 电 流 表 两 次 测 量 法实 验 线 路 按 图 2 4 相 接 。 先 用 万 用 表 0 .5 m A 电 流 量 程 直 接 测 量 , 得 I1 值 ; 再 串 联 附 加 电 阻 R = 30 进 行 第 二 次 测 量 , 得 I2 值 ; 最 后 求 出 电 路 中 的 实 际 电 流 I 之 值 , 并 将 测 量 值 填 入 表 2 5 中 。表 2 5实 际 计 算 值 两 次 测 量 值 测 量 计 算 值 I1 的 相 对 误

42、 差 I 的 相 对 误 差I/ mA I1 / m A I2/ m A I / m A / ( % ) / ( % )12 电 路 实 验 教 程五 、实 验 注 意 事 项(1 ) 操 作 方 法 同 实 验 一 。(2 ) 采 用 不 同 量 程 两 次 测 量 法 时 , 应 选 用 相 邻 的 两 个 量 程 , 且 被 测 值 应 接 近 于 低 量 程 的 满偏 值 。 否 则 , 当 用 高 量 程 测 量 较 低 的 被 测 值 时 , 测 量 误 差 会 较 大 。(3 ) 实 验 中 所 用 的 MF 500 型 万 用 表 属 于 较 精 确 的 仪 表 。 在 大 多

43、 数 情 况 下 , 直 接 测 量 误 差 不 会 太 大 。 只 有 当 被 测 电 压 源 的 内 阻 大 于 1/ 5 电 压 表 内 阻 , 或 者 被 测 电 流 源 内 阻 小 于 5 倍 电 流 表 内 阻 时 , 采 用 本 实 验 的 测 量 、 计 算 法 才 能 得 到 较 满 意 的 结 果 。六 、思 考 题(1 ) 完 成 各 项 实 验 内 容 的 计 算 。(2 ) 实 验 的 收 获 与 体 会 。实 验 三 电 路 元 件 的 伏 安 特 性 测 绘一 、实 验 目 的(1 ) 学 会 识 别 常 用 电 路 元 件 的 方 法 。(2 ) 掌 握 线 性

44、 电 阻 、 非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 测 试 。二 、原 理 说 明任 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 I = f ( 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 3 1 中 的 a 直 线 所 示 , 该 直 线 的 斜 率 等

45、 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 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 3 1 中 的 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 3 1 中 的

46、c 曲 线 所示 。 从 该 曲 线 中 可 以 看 出 , 其 正 向 压 降 很 小 ( 一 般的 锗 管 约 为 0 .2 0 .3 V , 硅 管 约 为 0 .5 0 .7 V ) , 正 向 电 流 随 正 向 压 降 的 升 高 而 急 剧 上 升 , 而 反 向 电 压 从 零 一 直 增 加 到 十 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 的 特 性 。 但 若 反 向 电 压 加 得 过 高 , 超 过 管 子 的 极 限 值 时 , 则 会 导 致 管 子 击 穿 损

47、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 , 但 其 反 向 特 性 较 特 别 , 如 图 3 1 中 的 d 曲 线 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 图 3 114 电 路 实 验 教 程值 的 稳 压 管 ) , 电 流 将 突 然 增 加 , 其 端 电 压 将 基 本 维 持 恒 定 ; 当 外 加 的 反 向 电

48、 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 。三 、实 验 设 备测 量 电 路 元 件 的 伏 安 特 性 曲 线 所 用 设 备 列 于 表 3 1 中 。表 3 1序 号 名 称 型 号 与 规 格 数 量 备 注1 可 调 直 流 稳 压 电 源 0 3 0 V 12 万 用 表 M F 50 0 型 13 直 流 数 字 毫 安 表 0 20 0 m A 14 直 流 数 字 电 压 表 0 2 00 V 15 二

49、 极 管 1 N 4 00 7 16 稳 压 管 2 CW1 4 17 白 炽 灯 6 .3 V , 0 .1 A 18 线 性 电 阻 器 2 00 , 1 k / 8 W 1四 、实 验 内 容1 . 测 定 线 性 电 阻 器 的 伏 安 特 性按 图 3 2 接 线 , 调 节 稳 压 电 源 的 输 出 电 压 U , 从 0 V 开 始 缓 慢 地 增 加 , 一 直 加 到 10 V , 记 下 相 应 的 电 压 表 和 电 流 表 的 读 数 UR 、 I , 并 将 测 试 数 据 填 入 表 3 2 中 。表 3 2UR/ V 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0I/ m A2 . 测 定 非 线 性 白 炽 灯 泡 的 伏 安 特 性将 图 3 2 中 的 R 换 成 一 只 6 .3 V、 0 .1 A 的 灯 泡 , 重 复 步 骤 1。 U