电路分析基础实验讲义完稿

1实验一基本电工仪表的使用与测量误差的计算一、实验目的1．熟悉实验装置上各类测量仪表的布局。2．熟悉实验装置上各类电源的布局及使用方法。3．掌握电压表、电流表内电阻的测量方法。4．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；电流表的内阻为零。而实际使用的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，这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关。2．本实验测量电流表的内阻采用“分流法”，如图1-1所示。A为被测内阻（RA）R的直流电流表，测量时先断开开关S，调节直流恒流源的输出电流I使A表指针满偏转，然后合上开关S，并保持I值不变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针在1/2满偏转位置，此时有IA=IS=2I∴RA=RB∥R1R1为固定电阻器之值，RB由可调电阻箱的刻度盘上读得。R1与RB并联，且R1选用小阻值电阻，RB选用较大电阻，则阻值调节可比单只电阻箱更为细微、平滑。图1-13．测量电压表的内阻采用“分压法”，如图1-2所示。图1-2图1-3V为被测内阻（RV）的电压表，测量时先将开关S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S，调节RB阻值使电压表V的指示值减半。此时有RV=RB+R1电压表的灵敏度为S=RV/U（Ω/V）4．仪表内阻引入的测量误差（通常称为方法误差，而仪表本身构造上引起的误差称为仪表基本误差）的计算。以图1-3所示电路为例，R1上的电压为UK1=21RRRVU，若R1=R2，则UK1=21U2现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值，当RV与R1并联后，RAB=11RRRRVV，以此来替代上式中的R1，则得U，R1=URRRRRRRRRVVVV21111绝对误差为△U=U，R1－UR1=U（21111RRRRRRRRRVVVV－21RRRV）化简后得△U=21212221212212RRRRRRRRRURRV若R1=R2=RV，则得△U=－6U相对误差△U％=11'1RRRUUU100％=2/6/UU×100％=－33.3三、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0～30V12可调直流恒流源0～200mA13万用电表FM-47或其他14可调电阻箱0～99999.9Ω1PEE-045电阻器若干PEE-04四、实验内容1．根据“分流法”原理测定FM-47型（或其它型号）万用电表直流毫安0.5mA和5mA档量限的内阻，线路如图1-1所示。被测量电流表量限S断开时表读数（mA）S闭合时表读数（mA）RS（Ω）R1（Ω）计算内阻RA0.5mA5mA2．根据“分压法”原理按图书馆1-2接线，测定万用电表直流电压2.5V和10V档量限的内阻。被测量电流表量限S断开时表读数（V）S闭合时表读数（V）RS（KΩ）R1（KΩ）计算内阻RA（KΩ）S（Ω/V）2.5mA310mA3．用万用电表直流电压10V档量限测量图1-3电路中R1上的电压UR1之值，并计算测量的绝对误差与相对误差。UR2R1R10V（KΩ）计算值UR1（V）实测值U＇R1（V）绝对误差相对误差10V10KΩ20KΩ五、实验注意事项1．控制屏提供所有实验的电源，直流稳压源和直流恒流源均可通过粗调（分段调）旋钮和细调（连续调）旋钮调节其输出量，并由数字式电压表和毫安表显示其输出量的大小，启动实验装置电源之前，应使其输出旋钮置于零位，实验时再缓慢地增、减输出。2．稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。3．电压表应与电路并联使用，电流表与电路串联使用，并且都要注意极性与量限的合理选择。六、预习思考题1．根据实验内容1和2，若已求出0.5mA档和2.5V档的内阻，可否直接计算得出5mA档和10V档的内阻？2．用量限为10A的电流表测实际值为8的电流时，实际读数为8.1A，求测量的绝对误差和相对误差。3．如图1-4（a）、（b）为伏安法测量电阻的两种电路，被测电阻的实际阻值为RX，电压表的内阻为RV，电流表的内阻为RA，求两种电路测量电阻RX的相对误差。（a）（b）图1-4七、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．计算实验内容3的绝对误差与相对误差。3．对思考题的计算。4．心得体会及其它。4实验二电路元件伏安特性的测绘一、实验目的1．学会识别常用电路元件的方法。2．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。3．掌握实验装置上直流电工仪表和设备的使用方法。二、实验原理任一个二端元件，它的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系，称为该元件的伏安特性。如果将这种关系表示在I－U平面上，则称为伏安特性曲线。通过一定的测量电路，用电压表、电流表可测定元件的伏安特性，由测得的伏安特性可了解该元件的性质。通过测量得到元件伏安特性的方法称为伏安测量法，简称伏安法。1．线性电阻元件的伏安特性满足欧姆定律，阻值是一个常数，其伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图2-1中a曲线所示。电阻值可由直线的斜率的倒数来确定，即IUR/。图2-12．一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，所以它的伏安特性如图2-1中b曲线所示。3．一般的半导体二极管是一个不满足欧姆定律的非线性电阻元件，阻值不是一个常数，其伏安特性是一条过坐标原点的曲线，如图2-1中c曲线所示。由图可见，半导体二极管的正向电压很小，正向电流随正向电压的升高而急聚上升，因而电阻值很小；反之，电阻值很大。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。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，但其反向特性特别，如图2-1中d曲线。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。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0～30V12直流数字毫安表153直流数字电压表14二极管2CP151PEE-045稳压管2CW511PEE-046白炽灯泡12V/0.1A1PEE-047线性电阻200Ω，1KΩ1PEE-04四、实验内容及步骤1．测定线性电阻器的伏安特性按图2-2接线，经检查无误后，调节直流稳压电源的输出电压Us，使电压表读数分别为表格中所列数值，并将测量所得对应的电流值记录于表格中。U（v）0246810I（mA）`图2-2图2-32．测定非线性白炽灯泡的伏安特性将图2-2中的RL换成一只12V的小灯泡，重复1的步骤。U（v）0246810I（mA）3．测定半导体二极管的伏安特性1）正向特性按图2-3接线，二极管D的正向电流不得超过25mA，R为限流电阻，用以保护二极管。经检查无误后，调节直流稳压电源的输出电压US，使电压表读数分别为表格中所列数值，特别是在0.5V～0.75V之间应多取几个测量点。对于每一个电压值测量出对应的电流值，记入表格中。测二极管D的正向特性时，其正向电流不得超过25mA，正向压降可在0～0.75V之间取值。特别是在0.5～0.75之间更应多取几个测量点。作反向特性实验时，只需将图2-3中的二极管D反接，且其反向电压可加到30V左右。正向特性实验数据U（v）00.20.40.50.55……0.75I（mA）2）反向特性将图2-3中的二极管D反接连线即可。经检查无误后，调节直流稳压电源的输出电压US，使电压表读数分别为表格中所列数值，并将测量所得相应的电流值记入表格中。反向特性实验数据U（v）0-5-10-15-20-25-306I（mA）4．测定稳压二极管的伏安特性只要将图2-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量。正向特性实验数据U（v）00.20.40.50.55……0.75I（mA）反向特性实验数据U（v）0-5-10-15-20-25-30I（mA）五、实验报告要求1、根据各实验结果数据，分别在坐标纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、反向特性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。六、注意事项1、具体实验前，应先估算电压和电流值，合理选择仪表量程，勿使仪表超量程或正负极性接错。2、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25mA，稳压源输出端切勿碰线短路。7实验三基尔霍夫定律一、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．学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。二、原理说明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多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。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电流的正方向，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直流稳压电源+6V、+12V切换12可调直流稳压电源0～30V13万用电表14直流数字电压表15直流数字毫安表16电位、电压测定实验线路板1PEE-02四、实验内容实验线路如图3-1所示。图3-11．实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示。2．分别将两路直流稳压电源（一路如E1为+6，+12切换电源，另一路，如E2为0～30V可调直流稳压源）接入电路，令E1=6V，E2=12V。3．熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接到直流数字毫安表的“＋、－”两端。4．将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，记录电流值。5．用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上电压值，记录之。被测量I1（mA）I2（mA）I3（mA）E1（v）E2（v）UFA（v）UAB（v）UAD（v）UCD（v）UDE（v）计算值测量值8相对误差五、实验注意事项1．所有需要测量的电压值，均以电压表测量读数为准，不以电源表盘指示值为准。2．防止电源两端碰线短路。3．若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表“＋、－”极性。倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。六、预习思考题1．根据图3-1的电路参数，计算出待测电流I1、I2、I3和各电阻上电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确选定毫安表和电压表的量程。2．实验中，若用万用电表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，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，选定实验电路中的任一个节点，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．误差原因分析。4．心得体会及其它。9实验四叠加定理一、实验目的1．验证线性电路叠加定理的正确性。2．加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。二、实验原理叠加定理适用于线性电路，为了测量方便，我们用直流电路来验证它。叠加定理可简述如下：在线性电路中，任一支路中的电流（或电压）等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支路中产生的电流（或电压）代数和。所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源的作用都去掉，即理想电压源所在处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，电路结构也不作改变。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（即在电路其他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、实验设备序号名称型号与规格数量备注