深圳大学光电工程学院：《电路分析》实验指导书

《电路分析》实验指导书 深圳大学光电工程学院 2016年12月

《电路分析》实验指导书 深圳大学光电工程学院 2016 年 12 月

实验 直流电路元件伏安特性的测绘 一、实验目的 1、认识常用电路元件。 2、掌握万用表、电路原理实验箱的使用方法。 3、掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘方法。 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lf(U)来表示,即用IU平面上的一条曲线来表示, 这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。 mA 30-20-0 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,图1-1中 a曲线所示,该直线的斜率的倒数等于该电阻器的电阻值 用“伏安法”测量电阻 根据欧姆定律可用“伏安法”测量电阻,即R=U。但由于电压表和 电流表内阻的存在,测量结果将存在误差。用“伏安法”测量电阻有图A 和图B两种接线方式,用图A测出的结果实际上是被测电阻R与电流表

1 实验一 直流电路元件伏安特性的测绘 一、实验目的 1、认识常用电路元件。 2、掌握万用表、电路原理实验箱的使用方法。 3、掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘方法。 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，即用 I-U 平面上的一条曲线来表示， 这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。 图 1-1 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，图 1-1 中 a 曲线所示，该直线的斜率的倒数等于该电阻器的电阻值。 用“伏安法”测量电阻 根据欧姆定律可用“伏安法”测量电阻，即 R=U/I 。但由于电压表和 电流表内阻的存在，测量结果将存在误差。用“伏安法”测量电阻有图 A 和图 B 两种接线方式，用图 A 测出的结果实际上是被测电阻 R 与电流表

内阻R1之和,而用图B测出的却是被测电阻R与电压表内阻Rv并联的结 果。当然,若R1>R,则图A和图B有U/≈R A A ①UsC R (图A) (图B) 2、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b所示。正向压降很小(一般的锗管约为02~0.3V,硅管约为05 0.7V),正向电流随正向压降的升高而急骤上升,而反向电压从零一直增 加到十几伏至几十伏时,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,如果反向电压加得过高,超过管子的极限值,则 会导致管子击穿损坏。 3、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,但其反向特性特别,如图1-1中c所示。在反向电压开始增加时 其反向电流几乎为零,但当反向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,以后它的端电压将维 持恒定,不再随外加的反向电压升高而增大 管子的稳压值稳定时,电流有一定的范围,电流超过此范围的极限值 时稳压管会被反向击穿--电压骤降,这时须尽快去掉电源,管子短时击穿 后可自行恢复。 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。(参考:实验中所用管子的正向电流极限值约为05-07mA, 稳压管反向电流范围约为10-33mA。) 三、实验设备 1、万用表 2、RXDl-1型电路原理实验箱 四、实验内容

2 内阻 RI之和，而用图 B 测出的却是被测电阻 R 与电压表内阻 RV并联的结 果。当然，若 RI>R，则图 A 和图 B 有 U/I≈R 。 （图 A） （图 B） 2、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 b 所示。正向压降很小（一般的锗管约为 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，而反向电压从零一直增 加到十几伏至几十伏时，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，如果反向电压加得过高，超过管子的极限值，则 会导致管子击穿损坏。 3、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，但其反向特性特别，如 图 1-1 中 c 所示。在反向电压开始增加时， 其反向电流几乎为零，但当反向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，以后它的端电压将维 持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。 管子的稳压值稳定时，电流有一定的范围，电流超过此范围的极限值 时稳压管会被反向击穿----电压骤降，这时须尽快去掉电源，管子短时击穿 后可自行恢复。 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。（参考：实验中所用管子的正向电流极限值约为 0.5-0.7mA， 稳压管反向电流范围约为 10-33 mA。） 三、实验设备 1、万用表 2、RXDI--1 型电路原理实验箱 四、实验内容 V A US R V A US R + - + -

内容1、测定线性电阻器的伏安特性 按图1-2接线,调节直流稳压电源的输出电压U,从0Ⅴ开始缓慢地增 加到10V,记下相应的电压表和电流表的读数UR、I。 KR(V 图1-2 U()12345678 10 UR(V I(mA) 内容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 (1)测二极管的正向特性时,正向施压UD可在0~075V之间取值 当正向施压达到“门槛电压”值(锗管约为0.2V,硅管约为06V)以后, 极管才能真正导通,可在“门槛电压”值附近多取几个测量点 要求:找出二极管的正向导通电压,并在此电压值附近多测几个点。 (2)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U可从0ⅴ开始缓慢地增加到24V。 IK IN4007 图1-3

3 内容 1、测定线性电阻器的伏安特性 按图 1-2 接线，调节直流稳压电源的输出电压 U，从 0V 开始缓慢地增 加到 10V，记下相应的电压表和电流表的读数 UR、I。 图 1-2 U(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 UR(V) I(mA) 内容 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， （1）测二极管的正向特性时，正向施压 UD+可在 0～0.75V 之间取值。 当正向施压达到“门槛电压”值（锗管约为 0.2V，硅管约为 0.6V）以后，二 极管才能真正导通，可在“门槛电压”值附近多取几个测量点。 要求：找出二极管的正向导通电压，并在此电压值附近多测几个点。 （2）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-可从 0V 开始缓慢地增加到 24V。 图 1-3

正向特性实验数据 I(mA) 反向特性实验数据 I(mA) 内容3、测定稳压二极管的伏安特性 将图1-3中的二极管IN4007换成稳压二极管2CW55,重复实验内容2 的测量。(参考:2CW55稳压值范围:62-7.5V,稳压期间的电流范围约 为10-3mA) 要求:(1)找出稳压二极管的正向导通电压值。 (2)测反向特性时,找出进入稳压区的电压值及相应电流范围 正向特性实验数据 反向特性实验数据 I(mA 思考:用伏安法测电阻的两种接线方法中,电压表、电流表内阻对测 量值有何影响? 五、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200mA(量程)。 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。 3、改换接线时,须先断电

4 正向特性实验数据 反向特性实验数据 内容 3、测定稳压二极管的伏安特性 将图 1-3 中的二极管 IN4007 换成稳压二极管 2CW55，重复实验内容 2 的测量。（参考：2CW55 稳压值范围：6.2-7.5V，稳压期间的电流范围约 为 10-33mA） 要求：(1)找出稳压二极管的正向导通电压值。 (2)测反向特性时，找出进入稳压区的电压值及相应电流范围。 正向特性实验数据 反向特性实验数据 思考：用伏安法测电阻的两种接线方法中，电压表、电流表内阻对测 量值有何影响？ 五、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 200mA（量程）。 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。 3、改换接线时，须先断电。 UD+(V) I(mA) UD-(V) I(mA) UZ+(V) I(mA) UZ-(V) I(mA)

4、拔实验导线时,应手持接头部位,边转动边轻轻向上拔出 六、实验报告 1、根据各实验数据,分别在方格纸上绘制出元件的光滑的伏安特性 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 3、进行必要的误差分析

5 4、拔实验导线时，应手持接头部位，边转动边轻轻向上拔出。 六、实验报告 1、根据各实验数据， 分别在方格纸上绘制出元件的光滑的伏安特性 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。 3、进行必要的误差分析

实验二基尔霍夫定律、叠加原理的验证 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、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。 3、进一步掌握仪器、仪表的使用方法 原理说明 1、基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某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∑I=0;对任何一个闭合回路而言,应有∑U=0。 运用上述定律时必须注意各支路电流或闭合回路的正方向,此方向可预先任意设定。 2、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 三、实验设备 1、万用表 2、RXDl-1型电路原理实验箱 四、实验内容 内容1.KCL和KL定律的验证 验证各节点ΣⅠ=0以及各闭合回路ΣU=0。实验线路如图2-1所示 510 IK U1 12V 510R R4 510

1 实验二 基尔霍夫定律、叠加原理的验证 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、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。 3、进一步掌握仪器、仪表的使用方法。 二、原理说明 1、基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某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。 运用上述定律时必须注意各支路电流或闭合回路的正方向，此方向可预先任意设定。 2、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。 三、实验设备 1、万用表 2、RXDI--1 型电路原理实验箱 四、实验内容 内容 1. KCL 和 KVL 定律的验证 验证各节点∑I=0 以及各闭合回路∑U=0 。实验线路如图 2-1 所示

图2-1 实验前先任意设定三条支路电流正方向。如图2-1中的I1、l2、l3的方向已设定 闭合回路的正方向可任意设定。 2、分别将两路直流稳压源接入电路,令U1=6V,U2=12V 3、将直流电流表分别接入三条支路中,读出并记录电流值于表1 4、用直流电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值,记录于表2和表3。 表 被测量 I,(mA) L,(mA) I,(mA) ∑I(mA) 算值 测量值 相对误差 表2 被测量 U1(V) UFACV UADCV) UDE(V) ∑U(V) 计算值 测量值 相对误差 表3 被测量 U2(V UBACV) UADOV UpC(V) ∑U(V) 计算值 测量值 相对误差 内容2.叠加原理的验证 实验电路如图2-2所示。 R2 I2 B 510 IK U1 U2 510RR5330 R4 C 510 IN4007

2 图 2-1 1、 实验前先任意设定三条支路电流正方向。如图 2-1 中的 I1、I2、I3的方向已设定。 闭合回路的正方向可任意设定。 2、 分别将两路直流稳压源接入电路，令 U1＝6V，U2＝12V。 3、将直流电流表分别接入三条支路中，读出并记录电流值于表 1。 4、用直流电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录于表 2 和表 3。 表 1 被测量 I1（mA） I2（mA） I3（mA） ∑I（mA） 计算值 测量值 相对误差 表 2 被测量 U1 (V) UFA(V) UAD(V) UDE(V) ∑U(V) 计算值 测量值 相对误差 表 3 被测量 U2 (V) UBA(V) UAD(V) UDC(V) ∑U(V) 计算值 测量值 相对误差 内容 2. 叠加原理的验证 实验电路如图 2-2 所示

图2-2 按图2-2电路接线,取U1=12V,U2为可调直流稳压电源,调至U2=+6V 2、令U1单独作用时(注意:须先断开电源U2,再将BC短接),用直流电压表和直 流电流表测量各支路电流及各电阻元件两端电压,将数据记录表4中。 3、令U2单独作用时(注意:须先断开电源U1,再将FE短接),重复实验步骤2的测 量,并记录数据于表4中 4、令U1和U2共同作用时,重复上述的测量和记录 5、将U2=+12V,重复上述第3项的测量并记录 II 12 I3 UAB UCD UAD UDE UEA (V)(V)(mA)I(mA)I(mA)(V (V)|(v)|(v) U1单独 作用 U2单独 作用 同作用 U2单独 作用 6、将330电阻换成一只二极管ⅣN4007重复1~5的测量过程,将数据记入表5中。 U1 II2 I3 UAB UCD UAD UDE UEA v)(v(mA)I(mA) U1单独 作用 U2单独 作用 作用 2U2单独 五、注意事项 1.在实验中电压源和电流源均应先关断电源开关并将其输出调到零,接好电路检查无 误后再合上开关并将输出缓慢调到所需数值。 2.使用电流表测电流前,须先检查:电路中必须有负载,并先计算出应选用的量程。 3.注意直流电压表和电流表的正负极性

3 图 2-2 1、按图 2-2 电路接线，取 U1=12V，U2 为可调直流稳压电源，调至 U2=+6V。 2、令 U1 单独作用时（注意：须先断开电源 U2，再将 BC 短接），用直流电压表和直 流电流表测量各支路电流及各电阻元件两端电压，将数据记录表 4 中。 3、令 U2单独作用时（注意：须先断开电源 U1，再将 FE 短接），重复实验步骤 2 的测 量，并记录数据于表 4 中。 4、令 U1和 U2 共同作用时，重复上述的测量和记录。 5、将 U2=+12V，重复上述第 3 项的测量并记录。 表 4 U1 (V) U2 (V) I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UEA (V) U1 单独 作用 U2 单独 作用 U1、U2 共 同作用 2U2 单独 作用 6、将 330Ω 电阻换成一只二极管 IN4007 重复 1～5 的测量过程，将数据记入表 5 中。 表 5 U1 (V) U2 (V) I1 (mA) I2 (mA) I3 (mA) UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UEA (V) U1 单独 作用 U2 单独 作用 U1、U2 共 同作用 2U2 单独 作用 五、注意事项 1. 在实验中电压源和电流源均应先关断电源开关并将其输出调到零，接好电路检查无 误后再合上开关并将输出缓慢调到所需数值。 2. 使用电流表测电流前，须先检查：电路中必须有负载，并先计算出应选用的量程。 3. 注意直流电压表和电流表的正负极性

4.按实验电路图中参考方向记录电流和电压测量值,不要漏掉正负号。 六、实验报告 1、根据实验数据,选定节点,验证KCL的正确性 2、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。 3、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。 4、将各支路电流和闭合回路的方向重新设定,重复1、2两项验证。 5、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 出结论。 七、思考 经过实验内容2的步骤6,并分析表格中的实验数据,你能得出什么样的结论?为什么?

4 4. 按实验电路图中参考方向记录电流和电压测量值，不要漏掉正负号。 六、实验报告 1、根据实验数据，选定节点，验证 KCL 的正确性。 2、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。 3、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。 4、将各支路电流和闭合回路的方向重新设定，重复 1、2 两项验证。 5、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 出结论。 七、思考 经过实验内容 2 的步骤 6，并分析表格中的实验数据，你能得出什么样的结论？为什么？