电路分析基础实验指导-物理学院

基础实验要求及实验方法指导一、实验课的作用和目的实验课是高等教育的一个重要教学环节，是理论联系实际的重要手段。对基础实验来说，主要是通过学生自己的实践，验证和巩固所学的理论知识，训练和掌握基本实验技能，培养学生分析问题和解决问题的实际工作能力。因此，要求通过实验课的学习，达到以下的目的：1、训练学生的基本实验技能。学习基本的电量和非电量的测试技术，学习各种电子仪器、电工仪表等的使用方法。2、巩固加深并扩大所学的理论知识，培养运用基本理论分析、解决实际问题的能力。3、培养学生严肃认真、实事求是、细致踏实的科学作风和良好的实验习惯。二、实验课的要求1、实验课的准备工作为了使基础实验能顺利进行和达到预期的效果，课前务必作好充分的预习工作，预习要求是：A、认真阅读实验指导书，明确实验目的与要求，并结合实验原理复习有关理论。了解完成实验的方法和步骤，按要求设计好实验线路和实验数据记录表格，认真解答实验指导书中提出的思考题。B、理解并记住实验指导书中提出的注意事项，初步了解实验中所用仪器设备的作用和使用方法。学生在进行实验项目时应把数据测量结果填写在数据记录表中并交给有关老师签字并妥善保管好作为实验报告的凭据，没有数据表记录的实验报告视作无效。学生必须在完成实验项目后按该实验课的有关要求编写实验报告，实验报告采用电子电工实验中心规定的实验报告纸。◆实验报告内容有如下几项：实验课标题一、实验目的和要求。二、实验仪器设备。三、实验内容：⒈实验步骤；⒉实验电路；⒊测量数据表格；⒋特性图形绘制等；5.误差分析与结论。四、实验中遇到的问题及解决方法。五、回答思考题。1实验报告案例实验一测量仪表的使用与元件的伏安特性一、实验目的1、掌握线性电阻元件、非线性电阻元件（以半导体二极管为实例）伏安特性的测试方法。2、研究实际独立电源的外特性。3、学习电压表、电流表（用万用表代）以及稳压电源的使用方法。二、实验设备及用具直流稳压电源一台指针式万用表一只数字万用表一只自制实验电路板一块三、实验内容与项目该实验通过测量电阻RX和晶体二极管DX电路输入不同的正、反向电压时其电流的变化，验证线性电路RX和非线性电路DX是否符合欧姆定律R=U／I；验证实际电压源、电流源的伏安特性并与理想电压源、电流源作一比较。(一)、电阻元件的伏安特性的测定：1、实验步骤下图为纯电阻电路测试图,确认无误后,打开稳压电源开关，调节稳压电源的输出电压为6伏，然后按表格中电压的要求依次调节电位器的电压输出值,分别读出电流表的电流值，填入表格中,画出其伏安特性曲线。2、线性电路测试图3、线性电路数据测量记录表4、线性电路的伏安特性曲线图单位U(V)-5-4-3-2-1012345指针万用表I(mA)数字万用表I(mA)计算值I(mA)平均值I(mA)误差%稳压电源VmA+-2001KR12345123456-6-5-4-3-2-1-6-5-4-3-2-1I(mA)U(v)6025、线性电路测试数据的处理、误差分析及结论：（列出测量值以外的计算值、平均值和误差的具体数据计算过程，误差产生的原因和线性电路是否符合欧姆定律：R＝V／I）(二)、半导体二极管的伏安特性测试：选择一实验用的二极管，根据二极管的型号确定其参数。比如，最大平均整流电流，最高反向工作电压等。1、实验步骤A、按照下图接好二极管的正向特性测试电路，确认无误后，开启稳压电源，调节可变电阻器“R”，使电压分别为表格中所列的电压值，并将所测得的电流值记入表格中。为了突出曲线弯曲部分应多测几个点。2、二极管正向电路测试图：3、二极管正向数据测量记录表4、二极管正向的伏安特性曲线图：5、二极管正向测试数据的处理、误差分析及结论：（列出测量值以外的计算值、平均值和误差的具体数据计算过程，误差产生的原因和非线性电路是否符合欧姆定律：R＝V／I）B、测试二极管的反向特性。将稳压电源输出电压调到6V，然后调节电位器“R”来改变二极管的两端电压以及测量流过的电流值。由于流过二极管的反向电流非常小，所以选用U(V)0.30.6指针万用表I(mA)数字万用表I(mA)平均值稳压电源+-2001KmAV2VRsU(V)I(mA)00.30.350.40.450.50.550.60.010.11.05.02.51015203电流表为直流微安档量程。接好二极管反向特性的测试电路，按照下图连接好电路确认无误后，开启电源，调节可变电阻器“R”，使电压分别为表3所列的电压值，并将所测得的电流值记入表格中。二极管反向电路测试图：3、二极管反向数据测量记录表：U(V)12345I(μА)4、二极管反向的伏安特性曲线图：5、二极管反向测量数据的处理、误差分析及结论：（列出具体数据的计算过情、误差产生的原因和非线性电路是否符合欧姆定律：R＝V／I）(三)、实际电压源伏安特性的测定：1、实验步骤图中“RS”作为实际电压源的内阻，它与直流稳压电源相串联组成一个实际电压源模型。确认无误后，开启电源，调节稳压电源输出电压3V，负载“R”为可变电阻。调节可变电阻器“R”，使电流值分别为表格中所列数值,并将测得电压值填入表格中。2、实际电压源电路测试图mAVR51RS直流稳压电源+-U(V)I(uA)0246810121234543、实际电压源数据测量记录表：I(mA)051015202530指针万用表U(V)3数字万用表U(V)计算值U(V)平均值U(V)4、实际电压源特性图：5、实际电流源测试数据的处理、误差分析及结论：（列出测量值以外的计算值、平均值和误差的具体数据计算过程、误差产生的原因；论证实际电流源的条件和特点）四、在实验中遇到的问题及解决方法：1、刚接触测量仪器，操作不熟悉。刚接触电子元器件及电子电路，还没能够掌握电子元器件的识别及测量方法，电子电路的连接也感困难。2、…..。今后要加强训练，尽快掌握各种仪器的操作和电子电路连接、测试、误差计算等方法。五、回答思考题：1、用伏安法测量电阻的电路实际上有两种接法，如下图所示，试分析一下两种接法不同的特点。ab答：图a适合……电路，因为…..。图b适合……电路，因为…..。几个问题的说明一、安全操作注意用电安全，严格遵守实验的各项操作规程，以确保实验过程中人身和设备的安全。mAVRXmAVRXU(v)I(mA)048122040608051、接线、改线和拆线均应在断开电源状态下进行。2、发现异常情况（如响声、过热、焦臭等）时，应立即切断电源，不可惊慌失措，防止事故扩大。3、注意仪器设备的规格、量程和使用方法，不了解仪器设备的性能和使用方法不得随意使用该设备，不要随意摆弄与本次实验无关的设备。二、线路的联接1、了解所使用仪表类型、量程，注意到测量仪表对测量电路工作状态影响。2、合理布置仪器设备及实验装置，应遵循的原则是：利于走线，方便操作和测试，防止相互影响。3、正确接线：接线时应先接负载线，后接电源线，拆线时应先拆电源线，后拆负载线。4、仔细检查电路，参数应调到实验所需值，仪表指零要调好。三、操作，观察，读数和记录操作前要心中有数，目的明确。操作时应做到：手合电源，眼观全局，先看现象，待电路正常工作后，再测量数据。要合理取舍有效数字（最后一位为估计数字），数据记录表格化，实验后不能随意涂改。四、图表、特性的绘制实验报告的特性图均应按适当的比例画在坐标面上，坐标轴应注明物理量的符号和单位，标明比例尺和波形、曲线的名称。五、故障现象的检查及排除实验中常会遇到因断线、接错线等原因造成的故障，致使电路不能正常工作，严重时还会损坏设备，甚至危及人身安全。为避免接错线造成事故，线路接好后一定要反复检查，确认无误后方可通电进行实验。实验考试考试时间：100分钟。班长或学习委员考试时抽取考试题。考试内容：1、电路板调整50分（含仪器操作方法，电路板元器件是否完好、识别与连接安装，插座、开关是否连接好，导线是否断）2、数据测量50分（实验二、实验三、实验四）考试要求：1、试卷使用实验报告纸，填写好姓名、班号、学号。2、电路板元器件连接正确。不用导线连接测量、接错线，每出错一个扣5分。损坏元器件、电路板的扣25分。3、正确使用各种仪器。功能出错一个扣5分。4、电路中的有效电压U、电流I单号用？，双号用？。5、画数据记录表。不能使用铅笔、数据不得塗改、不写实验报告。6、以班为单位按单双号分开交卷并放置签到台处。7、考试结束后各自电路板、导线放进盒子里，放回领取处。6第一章常用元器件简介及识别方法一、电阻器电阻元件（resistor）是从实际电阻器抽象出来的模型。在中学物理中，我们已学过由欧姆定律（Ohm,slaw）来定义的电阻元件。u(t)=Ri(t)式中u为电阻元件两端的电压，单位为伏（V）；i为流过电阻元件的电流，单位为安（A）；R为电阻，单位为欧（Ω）。R为常数，故u与i成正比。所以，由欧姆定律定义的电阻元件，称为线性（linear）电阻元件。u、i可以是时间t的函数，也可以是常量（直流）。电阻器是电子线路中用得最多的基本元件，主要用于控制和调节电路中的电流和电压，有时也可作为耗能负载使用，用符号R表示，单位是欧姆。表1电阻器的阻值及标称符号电阻值标称符号电阻值标称符号电阻值标称符号0.1ΩΩ100KΩ100K10000MΩ10G0.33ΩΩ33330KΩ330K33000MΩ33G1Ω1Ω1MΩ1M1105MΩ100G3.3Ω3Ω33.3MΩ3M33.3105MΩ330G100Ω100Ω100MΩ100M1106MΩ1T330Ω330Ω330MΩ330M3.3106MΩ3.3T1KΩ1K1000MΩ1000M10106MΩ10T1、电阻器的识别：（1）直标法：直标法是用阿拉伯字符号在电阻表面上直接标出电阻值、工作电压、误差等。其误差用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级表示。（2）色环表示法：在电阻的表面上用不同颜色的色环来表示电阻器的标称阻值和误差，如图1（a）所示的是一个四环电阻、图1(b)所示的是一个五环电阻。色环电阻的读法：首先应找出误差环靠自己的右边，然后从左向右读，如果是四环电(a)四环电阻(b)五环电阻图1色环电阻阻，即第一环和第二环为有效环、第三环为倍数环(10的n次方)、第四环为误差环，读出阻值的单位为。如果是一个五环电阻，即第一、二、三环为有效环、第四环为倍数环、第五环为误差环。例如：有一个四环电阻器，读出它的色环为红、棕、黄、金，则这个电阻的阻值为：21104=210000=210K，其误差为5%。应该表示为：210K5%。误差环倍数环第二有效环第一有效环误差环倍数环第二有效环第一有效环第三有效环7表2色环电阻值表示法颜色有效值环10倍乗数环误差范围环%工作电压环（V）黑01--4棕110116.3红2102210橙3103--16黄4104--25绿5105--35蓝6106--40紫7107--50灰8108--63白9109----金--10-15--银--10-210--无色----20--（3）数字表示法：随着电路元件的集成度越来越高，许多电路板上使用贴片电阻，这种电阻两端没有引脚线，是经过贴片机将贴片电阻粘贴在线路板上，并经红外线炉加热焊在电路板上。由于电阻体积微小，用色环很难区别，所以采用数字符号的方式来分别表示如表3所示：数字电阻的读法是：从左向右读，第一、第二位为有效值、第三位为倍数值；若有效值后面加上“R”、“R”表示小数点；若数字后面还有字母、即这字母表示电阻的误差、各种字母表示的误差值不同。例如：有一标称为102的电阻，这个电阻的阻值应为10102=1000Ω；又如：有一标称为10R5D的电阻，这个电阻的阻值应为10.5Ω误差为±5%、即10.5Ω5%。表3数字表示与直接表示对照表2、电阻器的种类：电阻器有两大类。一类是固定电阻器如图3a所示：固定电阻器的阻值是固定不变的；另一种是可变电阻器如图3b所示：可变电阻器是在一个固定电阻器上加一个滑动臂而构成，当移动滑动臂时，可在电阻器某一端与滑动臂之间得到不同的阻值。因电阻器制造的材料不同，其名称也不同。如：炭膜电