電路分析實驗指導書

指導書商丘師範學院物理與資訊工程系編

目錄實驗一電路元件伏安特性的測定 - 1 -

實驗二基爾霍夫定律的驗證 - 4 -

實驗三電壓源和電流源的等效變換 - 7 -

實驗四受控源的實驗研究 - 10 -

實驗五改善功率因數實驗 - 13 -

實驗六三相電路的研究 - 15 -

一、實驗目的

（1）學習直讀式儀表和電晶體穩壓電源等裝置的使用方法；

（2）學習測量線性和非線性電路元件伏安特性的方法；

（3）加深對線性電阻元件、非線性電阻元件伏安特性的理解、驗證歐姆定律。

二、實驗儀器

600ω滑變電阻器各乙個，伏安特性單元板，直流電壓表和直流電流錶或萬用表各一塊，直流穩壓電源一台，導線若干。

三、實驗原理

1、線性電阻元件

電阻元件是一種對電流呈現阻力的元件，有阻礙電流流動的效能。當電流通過電阻元件時，必然要消耗能量，就會沿著電流流動方向產生電壓降。對於線性電阻元件，在電壓電流取關聯參考方向下，電壓降的大小等於電流的大小與電阻的乘積，電壓降和電流及電阻的這一關係稱為歐姆定律：

上式中為線性電阻元件的電阻，為一常數。電阻兩端的電壓與流過電阻的電流是同時並存的，也就是說，任何時刻電阻兩端的電壓降只能由該時刻流過電阻的電流所確定，與該時刻前的電流的大小無關，因此電阻元件又稱為「無記憶」元件。

電阻元件的特性除了用電壓電流的方程式表示外，還可以用伏安特性曲線來表示，對於線性電阻，其伏安特性曲線為一過原點的直線，如圖1所示。

圖1 線性電阻的伏安特性曲線圖圖2 半導體二極體的伏安特性曲線

2、非線性電阻元件——半導體二極體

半導體二極體是一種非線性電阻元件，其電阻值隨著端電壓的大小和極性的不同而不同，當外加電壓的極性與二極體的極性相同時，其阻值很小，反之二極體的電阻很大。二極體的這一效能稱為單向導電性，利用二極體的單向導電性可以把交流電變換為直流電。

非線性電阻元件的電壓、電流關係，不能用歐姆定律來表示，它的伏安特性一般為一曲線。圖2給出的是一般半導體二極體的伏安特性曲線。

四、實驗步驟

1、測定線性電阻的伏安特性

實驗在伏安特性單元板上進行，取實驗單元板上ω和ω電阻作為被測元件，並按圖3連線好線路，檢查無誤後，開啟直流穩壓電源開關，依次調節直流穩壓電源的輸出電壓為表1中所列資料，並將相應的電流值記錄在表1中。

圖3 線性電阻元件伏安特性測量原理圖

2、測定半導體二極體的伏安特性

（1）正向特性

按圖4接好電路，經檢查無誤後，開啟穩壓電源，輸出電壓調至2v。調節可變電阻器，使電壓表讀數分別為表2中數值，並將對應的電流錶讀數記入表2。為了便於作圖，在曲線彎曲部分可適當多選取幾個測量點。

（2）反向特性

按圖5接好電路，經檢查無誤後，開啟穩壓電源，輸出電壓調至30v。調節可變電阻器，使電壓表讀數分別為表3中數值，並將對應的電流錶讀數記入表3。

圖4 半導體二極體正向特性測量原理圖圖5 半導體二極體反向特性測量原理圖

3、測量小燈泡燈絲的伏安特性

採用低壓小燈泡作為測試物件，按圖6接好線路，經檢查無誤後，開啟直流穩壓電源開關，依次調節電源輸出電壓為表4所列數值，並將相對應的電流值記錄在表4中。

圖6 小燈泡伏安特性測定原理圖

五、資料處理

根據實驗步驟，完成相應測量內容，並分別將資料記錄在表1、2、3、4中。

表1 線性電阻元件的伏安特性

表2 半導體二極體正向特性

表3半導體二極體反向特性

表4 小燈泡的伏安特性

六、問題思考

1、比較圖4、圖5中電壓表電流錶接法的區別？為什麼？

2、通過比較線性電阻與燈絲的伏安特性曲線分析這兩種元件的性質有什麼不同？

3、什麼叫雙向元件？白熾燈燈絲是雙向元件嗎？

一、實驗目的

（1）通過實驗驗證基爾霍夫定律，鞏固所學理論知識；

（2）加深對參考方向概念的理解。

二、實驗儀器

直流電路單元板，雙路直流穩壓電源，直流毫安表，直流電壓表，指標式萬用表，導線若干。

三、實驗原理

1、基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是電路理論中的最基本的定律之一，概括了電路中電壓和電流分別遵循的基本定律，包括基爾霍夫電流定律（kcl）和基爾霍夫電壓定律（kvl）。

基爾霍夫電流定律：在集總電路中，任何時刻，對任一節點，所有流出結點的支路電流的代數和恆等於零，即:σ。

這兒的「代數和」是根據電流是流入還是流出結點來判斷的，若流出結點的電流前面去「+」號，則流入結點的電流前取「-」號，電流是流入結點還是流出結點，均根據電流的參考方向判斷。

基爾霍夫電壓定律：在集總電路中，任何時刻，沿任一回路，有支路電壓的代數和恆等於零，即:σ。

使用基爾霍夫電壓定律前，需要任意指定乙個迴路的繞行方向，凡支路電壓的參考方向與迴路繞行方向一致，則該電壓前取「+」號，否則取「-」號。

2、參考方向

測量某結點各支路電流時，可設流入該結點的電流方向為參考方向（反之亦可），將電流錶負極接到該結點上，而將電流錶的正極分別串入各條支路，當電流錶指標正向偏轉時，說明該支路電流是流入結點的，與參考方向相同，取其值為正；若指標反偏，說明該支路電流是流出結點的，與參考方向相反，倒換電流錶極性，再測量，取其值為負。

測量某閉合電路各電壓時，也假定某一繞行方向為參考方向，按繞行方向測量個電壓時，若電壓表指標正向偏轉時，則該電壓取正值，反之取負值。

四、實驗步驟

1、驗證基爾霍夫電流定律

本實驗在直流電路單元板上進行，按圖1接好線路，圖中、、、、、為結點b的三條支路電流測量插口，測量某支路電流時，將電流錶的兩隻錶筆接在該支路介面上，並將另兩個介面用聯接導線短接，驗證kcl時，可按如下步驟操作：

（1）連線好單元板兩端電源，無誤後開啟實驗台總電源，開啟穩壓電源，調節電源電壓，電源大小可以任意選擇，但需要用電壓表記錄下電源電壓，以便實驗後能給出理論計算值，調節結束後關閉穩壓電源；

（2）假設流入結點b的電流方向為參考方向，則初始測量時應使電流錶的負極連線在b端；

（3）測量流過ab支路的電流：短接和、和，開啟穩壓電源，將電流錶的正極連線在位置，若正偏，則讀取資料，若反偏，則交換電流錶的正負極，並讀數，記錄資料，並記為負值，填入表1，測量結束後關閉穩壓電源。

（4）測量bc支路的電流：改變線路短接和、和，開啟穩壓電源，將電流錶的正極連線在位置，若正偏，則讀取資料，若反偏，則交換電流錶的正負極，並讀數，記錄資料，並記為負值，填入表1，測量結束後關閉穩壓電源。

（5）測量be支路的電流，短接和、和，開啟穩壓電源，將電流錶的正極連線在位置，若正偏，則讀取資料，若反偏，則交換電流錶的正負極，並讀數，記錄資料，並記為負值，填入表1，關閉穩壓電源。

圖3 線性電阻元件伏安特性測量原理圖

2、驗證基爾霍夫電壓定律

（1）連線電路，短接和、和、和；

（2）選擇迴路abef，並選擇順時針方向為參考方向，開啟穩壓電源，測量各支路電壓；

① 測量ab支路電壓：電壓表正極在a，負極在b，若指標正偏，讀取資料，記為正電壓值，若反偏，調換電壓表極性，讀取資料，記為負電壓值；

② 測量be支路電壓：電壓表正極在b，負極在e，若指標正偏，讀取資料，記為正電壓值，若反偏，調換電壓表極性，讀取資料，記為負電壓值；

③ 測量ef支路電壓：電壓表正極在e，負極在f，若指標正偏，讀取資料，記為正電壓值，若反偏，調換電壓表極性，讀取資料，記為負電壓值；

④ 測量fa支路電壓：電壓表正極在f，負極在a，若指標正偏，讀取資料，記為正電壓值，若反偏，調換電壓表極性，讀取資料，記為負電壓值。

測量結果應滿足：針對該迴路，測量記錄資料的和為零。

（3）選擇迴路bcde：測量過程類似過程與選擇迴路abef類似。

① 測量bc支路電壓：電壓表正極在b，負極在c，若指標正偏，讀取資料，記為正電壓值，若反偏，調換電壓表極性，讀取資料，記為負電壓值；

② 測量cd支路電壓：電壓表正極在c，負極在d，若指標正偏，讀取資料，記為正電壓值，若反偏，調換電壓表極性，讀取資料，記為負電壓值；

③ 測量de支路電壓：電壓表正極在d，負極在e，若指標正偏，讀取資料，記為正電壓值，若反偏，調換電壓表極性，讀取資料，記為負電壓值；

④ 測量eb支路電壓：電壓表正極在e，負極在b，若指標正偏，讀取資料，記為正電壓值，若反偏，調換電壓表極性，讀取資料，記為負電壓值。

將測量資料填入表2。

五、資料處理

根據實驗步驟，完成相應測量內容，並分別將資料記錄在表1、2中。

表1基爾霍夫定律的驗證

表2基爾霍夫電壓的驗證

六、問題思考

1、已知某支路電流約為3ma，現有量程分別為5ma和10ma兩隻電流錶，應採用哪只電流錶進行測量？為什麼？

2、改變電壓或電流的參考方向，對驗證基爾霍夫定律有影響嗎？為什麼？

一、實驗目的

（1）通過實驗加深對電流源及其外特性的認識；

（2）掌握電流源和電壓源進行等效變換的條件。

二、實驗儀器

雙路直流穩壓電源，直流電流、電壓表各乙隻，電阻箱兩隻，電壓源電流源變換單元板一塊。

三、實驗原理

1、電壓源

電壓源是有源元件，可分為理想電壓源與實際電壓源。理想電壓源在一定的電流範圍內，具有很小的電阻，它的輸出電壓不因負載而改變。而實際電壓源的端電壓隨著電流變化而變化，即它具有一定的內阻值。

理想電壓源與實際電壓源以及它們的伏安特性如圖1所示。

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