第1章　电路基础实验

1.1　元器件伏安特性的测量

一、实验目的

1．学会识别常用元器件的方法。

2．学习简单直流电路的连接方法。

3．掌握线性电阻和非线性元器件伏安特性的逐点测试法，掌握电压源外特性的测试方法。

二、实验任务（建议学时：2学时）

（一）基本实验任务

1．选择合适的实验方案、元器件参数、仪器仪表，采取正确的实验方法，设计合理的数据表格，测量线性电阻和白炽灯的伏安特性。

2．选择合适的实验电路、元器件参数、仪器仪表，采取正确的实验方法，设计合理的数据表格，测量非线性元器件的伏安特性。

（二）扩展实验任务

自行设计实验方案，测量电压源的伏安特性。

三、基本实验条件

（一）仪器仪表

直流稳压电源（SS1791）　1个

数字万用表（VC8045-II）　1个

（二）器材元器件

线性电阻（建议：10Ω/2W，100Ω/2W，1kΩ/2W）　若干

电位器（建议：1kΩ）　1个

电流插孔　3个

白炽灯（建议：12V/3W）　1个

半导体二极管（建议：1N4007）　1个

稳压管（建议：稳压值6V）　1个

四、实验原理

（一）基本实验任务

任何一个二端元器件的特性，都可以用该元器件上的端电压u与通过该元器件的电流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，这条曲线称为该元器件的伏安特性曲线。

1．线性电阻的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1.1.1中的线条1所示，该直线的斜率等于该电阻的阻值。

2．一般的白炽灯在工作时，灯丝处于高温状态，其灯丝的电阻随着温度的升高而增大。通过灯丝的电流越大，其温度越高，阻值也越大。一般灯丝的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至几十倍，其伏安特性曲线如图1.1.1中的线条2所示。

3．半导体二极管属于非线性元器件，其伏安特性曲线如图1.1.1中的线条3所示。二极管的正向电压很小（一般锗管为0.2～0.3V，硅管为0.6～0.7V），正向电流随着正向电压的升高而增大；反向电压升高时，其反向电流增大很小，可粗略地视为零。所以，二极管具有单向导电性。但其反向电压不能加得过高，否则当超过管子的极限电压值时，会使管子击穿而损坏。

4．稳压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1.1.1中的线条4所示。当反向电压刚开始升高时，其反向电流几乎为零；当反向电压升高到某一数值时（称为管子的稳压值），电流将突然增大，此时它的端电压将维持恒定，不再随外加电压的升高而增大。

5．电流插孔和电流表插头的使用

在测量电流时，为保证电流表的安全和测试方法的便捷，实验室常采用电流插孔和电流表插头。如图1.1.2所示，在电流插孔中，有一对金属片，两个金属片常闭，相当于一根导线。电流表插头的两根接线端，分别接在电流表的两个接线柱上，把电流表插头插入电流插孔后，两个金属片断开，电流表被串联在电路中。实验时，把电流插孔分别串联接入被测支路，电流插头接在电流表的两个接线端上，要测哪条支路电流，电流表插头就插在相应的插孔中，将电流表串联在被测电路中，即可测出相应支路的电流值。

需要注意的是，测量直流电流时，通常应根据参考方向，在电流流入插孔的一端标注“*”。测试时，直流电流表的“+”端与插孔的“*”端连接在一起，若电流表指针正向偏转，则电流记为正值；反之，电流记为负值。

（二）扩展实验任务

1．万用表不仅能方便地进行交、直流电压和电流的测量，也可以用电阻挡直接测量线性电阻的数值，还可以判断二极管的极性和好坏。操作时，需注意以下问题。

1）在测量电阻时，要选择合适的量程。

2）切忌带电测量电路内元器件的电阻，这样不但测量不出电阻阻值，还可能烧坏万用表。应关掉电源，至少使元器件一端与电路断开，再进行测量。

3）测量电阻、电容时，切忌用两手去捏住表笔两端的金属部分，以及电阻或电容两端的引线部分，这样会使人体电阻与被测电阻或电容并联，从而引起测量误差，尤其是高阻值电阻和小容量电容。

4）在测量二极管、稳压管等极性元器件的等效电阻时，必须注意两支表笔的极性。

2．理想电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压U与输出电流I的关系u=f(i)是一条平行于I轴的直线，如图1.1.3所示。实验中使用的直流稳压电源，在规定的电流范围内具有很小的内阻，可以将它视为一个理想电压源。

实际上，任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而，实际电压源（简称电压源）可以用一个内阻R0和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I的增大而降低，如图1.1.4所示。

在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源串联，来模拟一个实际电压源。

五、实验预习要求

1．如何用万用表的电阻挡判断二极管的好坏和极性？如何用万用表的电阻挡判断导线的好坏？

2．电压源外特性为什么呈下降变化趋势？理想电压源的输出电压，在任何负载下是否都保持恒定值？

3．完成实验报告中实验内容的预习部分。

六、实验指导

（一）基本实验内容及步骤

1．测量线性电阻的伏安特性

1）选择合适的电阻（建议：RL=1kΩ/2W），按图1.1.5接好电路。

2）调节稳压电源的输出电压，从0V开始缓慢增大，一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数，将测量结果填入实验表1.1.1。

3）画出线性电阻的伏安特性曲线。

2．测量白炽灯（非线性元器件）的伏安特性

将图1.1.5中的RL换成一个白炽灯（建议：12V/3W），重复1的步骤。将测量结果填入实验表1.1.1，并画出白炽灯的伏安特性曲线。

3．测量二极管的伏安特性

1）选择一个二极管VD，查手册确定该二极管的最大正向电流IM和最高反向工作电压URM。按图1.1.6接好电路，其中R（建议：R=1kΩ/0.5W）为限流电阻。

2）测量二极管VD的正向特性。调节直流稳压电源，观察流过二极管的电流在0.1～15mA之间变化，正向电压在0.6～0.7V之间应多取几个测量点，将相应的数值填入实验表1.1.2。注意其正向电流不得超过IM。

3）测量二极管VD的反向特性。将图1.1.6中的二极管VD反接，步骤同2）。注意二极管的反向电压数值不可超过其最高反向工作电压URM。

4）根据步骤2）、3）所测数据，画出二极管的伏安特性曲线。

4．测量稳压管的伏安特性

将图1.1.6中的二极管换成稳压管，重复3的步骤。将测量结果填入实验表1.1.2，并画出稳压管的伏安特性曲线。

（二）扩展实验内容及步骤

1．测量理想电压源的伏安特性

1）取直流稳压电源作为理想电压源，R1+R2为负载电阻，建议R1=100Ω/2W，R2为1kΩ的滑动变阻器。按图1.1.7接线，在接电源前先把滑动变阻器调至电阻值最大。

2）将稳压电源调至电压表读数为10V。

3）接通电源后，逐渐减小R2，将对应的电压、电流填入实验表1.1.3。

4）断开负载，测量I=0mA时的U值，填入实验表1.1.3。

2．测量实际电压源的伏安特性

1）取直流稳压电源作为理想电压源，R1+R2为负载电阻，R0与恒压源串联，为实际电压源的内阻。建议R0=10Ω/2W，R1、R2数值同上。按图1.1.8接线，在接电源前先把滑动变阻器调至电阻值最大。

2）将稳压电源调至电压表读数为10V。

3）接通电源后，逐渐减小R，将对应的电压、电流填入实验表1.1.4。

4）断开负载，测量I=0mA时的U值，填入实验表1.1.4。

七、实验注意事项

1．在实验过程中，直流稳压电源不能短路，以免损坏电路设备。

2．测量二极管的正向特性时，稳压电源输出应由小到大逐步增大，应时刻注意电流表读数不能超过所选二极管的最大电流。测量二极管的反向特性时，所加反向电压不能超过所选二极管的最大反向工作电压。

3．在测量不同的电量时，应首先估算电压和电流值，以选择合适的仪表量程。注意仪表的极性不能接错。

4．换接电路时，必须关闭电源开关。