电工报告实验指导书电路元件伏安特性的测绘.docx
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电工报告实验指导书电路元件伏安特性的测绘
实验一：
电路元件伏安特性的测绘
一、实验目的
1.能够识别常用电路元件。
2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性曲线的测绘方法。
3.掌握实验台（箱）上直流电工仪表和设备的使用方法。
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）来表示或用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（一般锗管的电压降约为0.2～0.3V，
硅管约为0.5～0.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从0增加到十至几十伏时，其反向电流增加很小，可近似为0。
可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过二极管的极限值，则会导致二极管击穿损坏。
4.稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，正向特性与普通二极管类似，但反向特性较特别。
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（称为稳压管的稳压值，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，否则二极管会被烧坏。
三、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
0—30V
1
2
万用表
1
3
数字毫安表
0—200mA
1
4
数字电压表
0—200V
1
5
二极管
1N4007
1
8
线性电阻器
240Ω
1
9
线性电阻器
1KΩ
1
四、实验内容
1.测定线性电阻器的伏安特性
＋
－
U
mA
＋
－
R
240Ω
V
＋
－
D
1N4007
按图1-2接线，调节稳压电源的输出电压U，从0起（注意：
连接电路前，先将电源电压调到0），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，并填入表1-1中。
0-10V
0-0.75V
0~0.75V
图1-2图1-3
表1-1线性电阻的伏安特性实验数据
UR（V）
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
I（mA）
2.测定半导体二极管的伏安特性
按图1-3接线，R为限流电阻器。
测二极管的正向特性时，其正向电流不应超过35mA，二极管D的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值（特别注意：
连接电路前，先将电源电压调到0）。
在0.5～0.75V之间应多取几个测量点。
测反向特性时，只需将图1-3中的电源反接，且其反向施压UD－可达30V。
表1-2二极管正向特性实验数据
UD+（V）
0.10
0.30
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
I（mA）
表1-3二极管反向特性实验数据
UD－（V）
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
I（mA）
五、实验注意事项
1.测量二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加。
2.如果要测定2AP9的伏安特性，则正向特性的电压值应取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的电压值取0，2，4，……，10（V）。
3.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，仪表的极性亦不应接错。
六、思考题
1.线性电阻与非线性电阻的概念是什么？
电阻器与二极管的伏安特性有何区别？
2.设某器件伏安特性曲线的函数式为I＝f（U），试问在逐点绘制曲线时，在平面直角坐标上电压、电流两个变量应如何放置？
3.在图1-3中，设U=2V，UD+=0.7V，则mA表读数为多少？
七、实验报告
1.根据实验数据，分别绘制出光滑的伏安特性曲线，并根据实验结果，总结、归纳被测各元件的伏安特性。
2.写出实验心得及建议。
实验二：
电路中各点电位的测定
一、实验目的
1.能够识别常用电路元件。
2.掌握测定电路中各点电位的方法。
3.掌握实验台（箱）上直流电工仪表和设备的使用方法。
二、原理说明
在电路中，当电位参考点选定以后，电路中各点与参考点之间的电压值就是各点的电位值。
在选定电路的参考点后，用电压表测量各点与参考点间的电压值，以确定各点的电位。
若该点与参考点间的电压为正值，则该点的电位也为正值，即电位高于参考点。
反之为负值，即电位低于参考点。
虽然电路中各点的电位将因选定不同的参考点而发生变化，但电路中任意两点间的电位差值，即电压值，并不会因参考点的不同而发生变化。
这一点也将在实验中得到证实。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流稳压电源
12V，6V
二路
2
万用表
1
3
数字电压表
0—200V
1
4
线性电阻器
200Ω，1W
1
参考值
5
线性电阻器
100Ω，1W
1
6
线性电阻器
51Ω，1W
1
四、实验内容
a
b
c
d
e
E112v
E26v
R1200Ω
R351Ω
R2100Ω
按图2-1连接电路。
经教师检查合格后接通电源。
以d点为参考点（Vd=0），测量其它各点的电位，记录在表2-1中。
图2-1电位测量电路
表2-1电路中各点电位的测定值及根据测定值计算的数据
测量值（v）
计算值（v）
基氏电
压定律
五、思考题
1.表2-1中的
，理论上的值，应当为多少？
试分析实测值与理论值误差的原因有哪些？
六、实验报告
1、用欧姆定律计算表2-1中各点电位和电压值，填入下表中，并验证测量值的正确性.
表2-1电路中各点电位的理论计算数据
基氏电
压定律
2.写出实验心得及建议。
实验三：
基尔霍夫定律的验证
一、实验目的
验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
二、原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。
某电路各支路电流及每个元件两端的电压的测量结果，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。
即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。
运用上述定律时须注意各支路或闭合回路中电流的方向，此方向可预先任意设定。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流可调稳压电源
6V，12V
二路
2
万用表
1
3
直流数字电压表
0—200V
1
4
基尔霍夫定律
测定实验电路板
1
四、实验内容
B
A
C
D
I1
I2
I3
R1
R3
R2
U1
U2
510
510
1K
12VC
6VC
实验线路如图3-1。
图3-1
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3-1中的I1、I2、I3的方向已设定。
三个闭合回路的正方向可设为ACDA、ABCA和ABCDA等。
2.分别将两路直流稳压源接入电路，令U1＝12V，U2＝6V。
3.将三个待测电流的支路分别断开，并用串联方式将数字式电流表的两端分别连接断开电路，并注意电流表的从正到负方向应与电路图上箭头方向一致。
分别读出并记录电流值。
4.用直流数字电压表分别测量电源及电阻元件上的电压值，记录表3-1中。
测量时应注意电压表的从正到负方向应与表中电压符号的下标字母顺序方向一致。
表3-1基尔霍夫定律验证测量及计算数据
被测量
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
U1（V）
U2（V）
UAB（V）
UAC（V）
UDA（V）
计算值
测量值
相对误差（注）
注：
请注意实验中所使用的仪表数度。
如仪表没有标明精度，此栏可不做。
具体做法可参考以下例题。
若要测量一个10V左右的电压，手头有两块电压表，其中一块量程为50V、1.5级，另一块量程为15V、2.5级，问选用哪一块表合适？
解：
若使用量程为50V、1.5级电压表，测量产生的最大绝对误差
％＝0.75V
被测量电压产生的最大相对误差
＝
＝7.5％
若使用量程为15V、2.5级电压表，测量产生的最大绝对误差
％＝0.375V
被测量电压产生的最大相对误差
＝
＝3.75％
因此应选用15V、2.5级的电压表。
五、实验注意事项
1.测量各支路电流时,应注意仪表的极性,及测量结果的“＋、－”号记录。
2．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。
U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。
3.应防止稳压电源两个输出端碰线短路。
4.用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。
此时指针正偏，可读得电压或电流值。
若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。
但应注意：
所读得的电压或电流值的正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。
六、预习思考题
1.根据图3-1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3-1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.写出实验心得及建议。
实验四：
叠加原理的验证
一、实验目的
验证线性电路中叠加原理的正确性，从而加深对线性电路的电压电流可叠加性的认识和理解。
二、原理说明
叠加原理指出：
在有几个独立电源共同作用的线性电路中，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。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流稳压电源
6V，12V
1
2
直流电压表
1
3
直流毫安表
1
4
叠加原理
测定实验电路板
1
四、实验内容
B
A
C
D
I1
I2
I3
R1
R3
R2
U1
U2
510
510
1K
12VC
6VC
实验电路如图4-1所示
图4-1
1.按图4-1电路接线，U1为+12V电源，U2为+6电源V。
2.令U1电源单独作用时，用直流数字电压表和毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端电压，数据记入表4-1中。
表4-1叠加原理验证测量数据
测量项目
实验内容
U1
（v）
U2
（v）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（v）
UBC
（v）
UCA
（v）
UDA
（v）
UDC
（v）
U1单独作用
UBC
U2单独作用
UDC
U1、U2共同作用
3.令U2电源单独作用时，重复实验步骤2的测量和记录。
4.令U1和U2共同作用时，重复上述的测量和记录。
五、实验注意事项
测量各支路电流时,应注意仪表的极性,及测量结果的“＋、－”号记录。
六、预习思考题
1.叠加原理中U1和U2分别单独作用，在实验中应如何操作？
可否直接将0值的电源（E1或E2）两端短接？
2.实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性还成立吗？
为什么？
七、实验报告
1.根据实验数据验证线性电路的叠加性。
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.写出实验心得及建议。
实验五：
戴维南定理的验证
一、实验目的
1.验证戴维南定理的正确性。
2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、原理说明
1.任何一个线性含电源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。
戴维南定理指出：
任何一个线性有源二端网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势Es等于这个有源二端网络的开路电压UOC，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。
UOC和R0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，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC，则内阻为
RO=
（2）伏安法
用电压、电流表测有源二端网络外特性。
如图5-1所示。
根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻
RO=tgφ=
用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则内阻为
RO=
若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电
图5-1图5-2
（3）半电压法
如图5-2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。
（4）零示法
在测量具有高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5-3所示。
图5-3
零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电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，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。
三、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
0～10V
1
2
可调直流恒流源
0～200mA
1
3
直流电压表
1
4
直流数字毫安表
1
5
万用电表
1
7
电位器
1KΩ/1W
1
四、实验内容
被测有源二端网络如图5-4（a）所示。
（a）（b）
图5-4
1.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的UOC和R0。
按图5-4（a）电路接入稳压电源US和恒流源IS及可变电阻箱RL，测定UOC和R0。
UOC（v）
ISC（mA）
R0=UOC/ISC（Ω）
2.负载实验
按图5-4（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。
RL（Ω）
0∞
U（v）
I（mA）
3.验证戴维南定理
用一只1KΩ的电位器，将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压UOC之值）相串联，如图5-4（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。
RL（Ω）
0∞
U（v）
I（mA）
五、实验注意事项
1.注意测量时，电流表量程的更换。
2.用万用电表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用电表，其次，欧姆挡必须调零后再进行测量。
3.改接线路时，要关掉电源。
六、预习思考题
在求戴维南等效电路时，作短路实验，测ISC的条件是什么？
在本实验中可否直接作负载短路实验？
请实验前对线路5-4（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电流表的量程。
七、实验报告
1.根据步骤2和3，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。
4.写出实验心得及建议。
课程作业
1、若图1电路电源的开路电压U0C=12V，短路电流IS=30A，试问该电源的电动势和内阻各为多少？
图1图2
2、有一台额定功率为1500W的电热水器，使用两小时共耗电多少度？
3、额定值为1W、100Ω的碳膜电阻，在使用时电流和电压不得超过多大值？
4、试计算图2中所示电路在开关S闭合与断开两种情况下的电压Uab和Ucd。
5、求图3a中电路和等效电阻Rab、Rac和图3b中电路的等效电阻Rab。
图3a图3b
6、一只110V、8W的指示灯，现在要接在380V的电源上，问要串多大电阻值的电阻？
该电阻应选用多大瓦数的？
图4图5a图5b
7、有两只电阻，其额定值分别为40Ω、10W和200Ω、40W，试求允许通过的电流各为多少？
若将两者串联起来，两端最高允许加多大电压？
8、如图5所示电路，试求图a中的Uba和图b中的I。
9、图6的电路可用来测量电源的电动势E和内阻R0，图中R1=2.6Ω，R2=5.5Ω，当开关S1闭合时，安培计计数为2A；断开S1、闭合S2后读数为1A，试求E和R0。
图6图7
10、有一双量程直流电压表如图7所示，已知表头内阻Rg=120Ω，允许通过的最大电流Ig=500μA，求串联分压电阻R1和R2。
11、有一双量程直流电流表如图8所示，已知表头内阻Rg=1kΩ，允许通过的最大电流Ig=100μA，求并联分流电阻R1和R2。
图8图9
12、电路如图9所示，试用电压源、电流源等效变换法，求2Ω电阻中的电流I。
13、图10所示的电路中，试用电压源、电流源等效变换法，求U5。
图10
14、图11所示电路，已知I1=0.01μA，I2=0.3μA，I5=9.61A，试求I3、I4和I6。
图11图12
15、在图12所示电路中，已知U1=10V，US1=4V，US2=2V，R1=4Ω，R2=2Ω，R3=5Ω，求开路电压U12。
16、试求图13所示电路中A点的电位VA。
图13图14
17、图14所示电路，在开关断开和闭合的两种情况下，求A点的电位。
18、图15电路中，1）若o为参考点时，Va、Vb、Vc各为多少？
2）若参考点改为c又为多少？
3）上述两种情况下，Uab、Ubc、Uca各为多少？
图15
19、试用叠加原理求图16电路中的电流I。
图16图17
20、图17所示电路中，已知R1=2Ω，R2=1Ω，R3=5Ω，R4=4Ω，IS=10A，US=10V，试用叠加原理求各支路电流。
21、图18所示电路中各支路电流参考方向如图所示，试用叠加原理求各支路电流。
图18图19
22、电路图19为一不平衡电桥电路，已知R1=R2=9Ω，R3=3Ω，R4=6Ω，US=18V，试用戴维南定理求：
1）当Rg=2.5Ω时，Ig=？
2）当Rg=7.5Ω时，Ig=？
23、图20所示电路中，已知US1=15V，US2=13V，US3=4V，R1=R2=R3=R4=1Ω，R5=10Ω。
求1）当开关S断开时，I5=？
U5=？
2）当开关S闭合时，试用戴维南定理求I5和U5。
图20图21
24、电路如图21所示，求流过10Ω电阻的电流。
25、电路如图22所示，求流过4kΩ电阻的电流。
图22
26、有一未充过电的电容器C=1μF，额定电压UN=250V，现通过一个1kΩ电阻，接到220V的直流电源上。
求充电开始一瞬间的电流值和经过3ms时的电流值。
27、有一个线圈的电感L=0.1H，通有直流电流I=5A，现将此线圈短路，经过t=0.01s后，线圈中电流减小到初始值5A的36.8%，试求线圈中的电阻R0。
28、在频率f分别为100Hz、1000Hz、5000H时，求T和ω。
29、已知
，1）试指出I=？
、Im=？
、ψ=？
；2）求f=1000Hz，t=0.375ms和t=
T时电流的瞬时值。
30、试求220V和380V正弦电压的幅值。
耐压值为400V的电容器能否在380V电压下使用？
31、已知某正弦电压在t=0时为220V，其初始相位为
，求它的有效值是多少？
32、若电压
，
，说明这两个正弦量的初始相位各是多少？
相位差是多少？
哪一个超前？
哪一个滞后？
并写出它们的有效值相量，画出相量图。
33、现有
，
两个电流，能否认为是同相位？
为什么？
能否将其画在同一张相量图上？
34、下列关系式中，哪些是对的？
哪些是错的？
35、一只50W的电烙铁接在电压为220V、50Hz的电源上，求流过的电流是多少？
其等效电阻值是多大？
36、某电感性负载接入
电源上。
已知负载等效电阻为16Ω，负载等效电抗为12Ω，求负载电流i、负载功率因数Q和功率P。
37、一电阻、电感、电容串联的电路。
已知
，R=40Ω，L=197mH，C=100F，求i，uR，uL，uC和P、Q、S。
百问求答
1、什么是电？
2、什么是电荷？
3、什么是电流？
4、什么是电路？
5、请用形象化的言描述电流。
6、怎样理解电流的正负方向？
7、什么是电位？
8、什么是电压？
9、怎样理解电压的正负方向？
10、请用形象化的言描述电压。
什么是电动势？
11、怎样理解电动势与电压的关系？
12、怎样理解电位与参考点？
13、怎样理解电压、电流的参考方向？
14、什么是电
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