电路原理实验指导书

实验一 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测绘。 3. 掌握实验台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，即用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4-1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4-1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4-1中 c所示。 图4-1 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多至几十伏时，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，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，但其反向特性较特别，如图4-1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，否则管子会被烧坏。 三、实验设备

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DbddC-30-20-1000.51( )ICDbU(V)序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名 称 可调直流稳压电源 万 用 表 直流数字毫安表 直流数字电压表 二 极 管 稳 压 管 白 炽 灯 线性电阻器 型号与规格 0~30V FM-47或其他 0~200mA 0~200V IN4007 2CW51 12V，0.1A 200Ω，510Ω/8W 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 备注 DG04 自备 D31 D31 DG09 DG09 DG09 DG09 四、实验内容

1. 测定线性电阻器的伏安特性

按图4-2接线，调节稳压电源的输出电压U，从0 伏开始缓慢地增加，一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I。

＋＋mA－＋200Ω＋＋RmA－＋U－R1KV－U－DIN4007V－图 4-2 图 4-3 UR（V） I（mA） 0 2 4 6 8 10 2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性

将图4-2中的R换成一只12V，0.1A的灯泡，重复步骤1。UL为灯泡的端电压。 UL（V） I（mA） 0.1 0.5 1 2 3 4 5 3. 测定半导体二极管的伏安特性

按图4-3接线，R为限流电阻器。测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过35mA，二极管D的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值。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4-3 中的二极管D反接，且其反向施压UD－可达30V。 正向特性实验数据 UD+ (V) I（mA） 2

0.10 0.30 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 反向特性实验数据 UD－(V) 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 I（mA） 4. 测定稳压二极管的伏安特性 （1）正向特性实验：将图4-3中的二极管换成稳压二极管2CW51，重复实验内容3中的正向测量。UZ+为2CW51的正向施压。 UZ+（V） I（mA） （2）反向特性实验：将图4-3中的R换成510Ω，2CW51反接，测量2CW51的反向特性。稳压电源的输出电压UO从0～20V，测量2CW51二端的电压UZ－及电流I，由UZ－可看出其稳压特性。 UO(V) UZ－（V） I（mA） 五、实验注意事项

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35mA。

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，仪表的极性亦不可接错。 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，其坐标变量应如何放置？

3. 稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？ 4. 在图4-3中，设U=2V，UD+=0.7V，则mA表读数为多少？

七、实验报告

1. 根据各实验数据， 分别在方格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. 必要的误差分析。 4. 心得体会及其他。

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实验二 受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究

一、实验目的

通过测试受控源的外特性及其转移参数，进一步理解受控源的物理概念，加深对受控源的认识和理解。 二、原理说明

1. 电源有独立电源（如电池、 发电机等）与非独立电源（或称为受控源）之分。 受控源与独立源的不同点是：独立源的电势Es或电激流Is是某一固定的数值或是时间的某一函数，它不随电路其余部分的状态而变。而受控源的电势或电激流则是随电路中另一支路的电压或电流而变的一种电源。

受控源又与无源元件不同，无源元件两端的电压和它自身的电流有一定的函数关系，而受控源的输出电压或电流则和另一支路（或元件）的电流或电压有某种函数关系。

2. 独立源与无源元件是二端器件，受控源则是四端器件， 或称为双口元件。它有一对输入端（U1、I1）和一对输出端（U2、I2）。输入端可以控制输出端电压或电流的大小。施加于输入端的控制量可以是电压或电流，因而有两种受控电压源（即电压控制电压源VCVS和电流控制电压源CCVS）和两种受控电流源（即电压控制电流源VCCS和电流控制电流源CCCS）。它们的示意图见图11-1。

3. 当受控源的输出电压（或电流）与控制支路的电压（或电流）成正比变化时，则称该受控源是线性的。

理想受控源的控制支路中只有一个独立变量（电压或电流），另一个独立变量等于零，即从输入口看，理想受控源或者是短路（即输入电阻R1＝0，因而U1＝0）或者是开路（即输入电导G1＝0，因而输入电流I1＝0）；从输出口看，理想受控源或是一个理想电压源或者是一个理想电流源。 U1U2μU1

VCVS VCCS

I2I1

αI1

CCVS CCCS 图 11-1

4

4. 受控源的控制端与受控端的关系式称为转移函数。 四种受控源的转移函数参量的定义如下：

(1) 压控电压源(VCVS)：U2＝f(U1)，μ＝U2/U1 称为转移电压比（或电压增益）。 (2) 压控电流源(VCCS)：I2＝f(U1)，gm＝I2/U1 称为转移电导。 (3) 流控电压源(CCVS)：U2＝f(I1)，rm＝U2/I1 称为转移电阻。

(4) 流控电流源(CCCS)：I2＝f(I1)，α＝I2/I1 称为转移电流比（或电流增益）。 三、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 名 称 可调直流稳压源 可调恒流源 直流数字电压表 直流数字毫安表 可变电阻箱 受控源实验电路板 型号与规格 0～30V 0～500mA 0～200V 0～200mA 0～99999.9Ω 数量 1 1 1 1 1 1 备注 DG04 DG04 D31 D31 DG09 DG04或DG06 四、实验内容

1. 测量受控源VCVS的转移特性U2＝f(U1)及负载特性U2＝f(IL) ，实验线路如图11-2。 VCVS VCCS

ILIL

mAmA

RLRL U1U1U2U2 U1 g U m1μ

图11-2 图11-3 (1) 不接电流表，固定RL＝2KΩ，调节稳压电源输出电压U1，测量U1及相应的U2

值，记入下表。 U1（V） U2（V） 0 1 2 3 5 7 8 9 μ 在方格纸上绘出电压转移特性曲线U2＝f(U1)， 并在其线性部分求出转移电压比μ。 (2) 接入电流表，保持U1＝2V，调节RL可变电阻箱的阻值，测U2及IL，绘制负载特性曲线U2＝f(IL)。 RL（Ω） U2（v） 50 70 100 200 5

300 400 500 ∞

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