电路实验指导书

目录

一、基本电工仪表的使用及测量误差的计算 (2)

二、减小仪表测量误差的方法 (5)

三、电流表、电压表的设计及量程扩展 (8)

四、指针式欧姆表的设计和测试 (11)

五、已知和未知电阻元件伏安特性的测绘 (14)

六、电位、电压的测定及电位图描绘 (17)

七、基尔霍夫定律的验证 (18)

八、线性电路叠加原理和齐次性的验证 (20)

九、电压源与电流源的等效变换 (21)

十、戴维宁定理和诺顿定理的验证 (23)

十一、等效网络变换原理与测试 (26)

十二、最大功率传输条件的测定 (27)

十三、受控源的设计和研究 (29)

十四、直流双口网络测试 (32)

十五、正弦稳态交流电路相量的研究 (35)

十六、典型电信号的观察与测量 (37)

十七、RC一阶电路的响应测试 (39)

十八、二阶动态电路响应的研究 (41)

十九、R、L、C元件阻抗特性的测定 (43)

二十、交流电路频率特性的测试 (44)

二十一、交流串联电路的研究 (46)

二十二、负阻抗变换器 (49)

二十三、回转器 (51)

二十四、RC网络频率特性的测试 (54)

二十五、R、L、C串联揩振电路的研究 (56)

二十六、不同波形电压有效值、平均值、峰值的测试 (59)

二十七、互感电路测量 (61)

二十八、单相铁心变压器特性的测试 (63)

二十九、单相电度表的校验 (65)

三十、功率因数及相序的测量 (68)

实验一 基本电工仪表的使用及测量误差的计算

一、实验目的

1. 熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。

2. 掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。

3. 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。而实际使用的指针式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。只要测出仪表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。以下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。

2. 用“分流法”测量电流表的内阻 如图1-1所示。A 为被测内阻(R A )的直流电流表。测

量时先断开开关S ，调节电流源的输出电流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R B

的阻值，使电流表的指针指在1/2满偏转位置，此时有

I A ＝I

S ＝I/2

∴ R A ＝R B ∥R 1 R 1为固定电阻器之值，R B 可由电阻箱的刻度盘上读得。 图 1-1 3. 用分压法测量电压表的内阻。 如图1-2所示。 V 为被测内阻(R V )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 R B 使电压表V 的指示值减半。此时有：R V ＝R B ＋R 1 电压表的灵敏度为：S ＝R V /U (Ω/V) 。 式中U

为电压表满偏时的电压值。 可调稳压源

4. 仪表内阻引入的测量误差（通常称之为方法误 图 1-2 差，而仪表本身结构引起的误差称为仪表基本误差）的计算。

（1）以图1-3所示电路为例，R 1上的电压为 U R1＝

2

11R R U R +

现用一内阻为R V 的电压表来测量U R1值，当R V 与R 1并联后，

1

1R R R

R R V V AB

+=，以此来替代上式中的R 1，则得 图 1-3 U R R R R R R R R R U V V V V R 2

1

11

1

1+++='。绝对误差为△U ＝U'R1－U R1＝()

()21212221212212R R R R R R R R R U R R V ++++- v

若 R 1＝R 2＝R V ，则得△U ＝-6

U 相对误差 △U ％＝

111R R R U U U -'×100％＝2

6

U U -×100％＝－33.3%

由此可见，当电压表的内阻与被测电路的电阻相近时，测得值的误差是非常大的。 （2）伏安法测量电阻的原理为：测出流过被测电阻R X 的电流I R 及其两端的电压降

U R ，则其阻值R X =U R /I R 。图1-4

（a ）、(b)为伏安法测量电阻的两

种电路。设所用电压表和电流表的

内阻分别为R V =20K Ω，R A =100Ω， 电源U=20V ，假定R X 的实际值为

R=10 K Ω。现在来计算用此两电路 (a) (b) 测量结果的误差。 图 1-4

电路（a ）：)(96.220

1020101.020

mA R R R R R U I X

V X V A R =+?+

=

++

=

)(73.1920

1020

1096.2V R R R R I U X V X V R R =+??=+?

=

666.696

.273

.19===

∴R R X I U R （K Ω）。相对误差%4.33%1001010666.6-=?-=-=?R R R a X

电路（b ）:)(98.110

1.020

mA R R U I X A R =+=+=

， )(20V U U R ==

1.1098.120===

∴R R X I U R (K Ω)。相对误差%1%10010

10

1.10=?-=?b 由此例，既可看出仪表内阻对测量结果的影响，也可看出采用正确的测量电路也可获 得较满意的结果。

四、实验内容

1. 根据“分流法”原理测定指针式万用表（MF-47型或其他型号）直流电流0.5mA

2. 根据“分压法”原理按图1-2接线，测定指针式万用表直流电压2.5V和10V档量

3. 用指针式万用表直流电压10V档量程测量图1-3电路中R1上的电压U′R1之值，并

五、实验注意事项

1.实验台上配有实验所需的恒流源，在开启电源开关前，应将恒流源的输出粗调拨到2mA档，输出细调旋钮应调至最小。按通电源后，再根据需要缓慢调节。

2.当恒流源输出端接有负载时，如果需要将其粗调旋钮由低档位向高档位切换时，必须先将其细调旋钮调至最小。否则输出电流会突增，可能会损坏外接器件。

3. 实验前应认真阅读直流稳压电源的使用说明书，以便在实验中能正确使用。

4. 电压表应与被测电路并联使用，电流表应与被测电路串联使用，并且都要注意极性与量程的合理选择。

5.本实验仅测试指针式仪表的内阻。由于所选指针表的型号不同，本实验中所列的电流、电压量程及选用的R B、R1等均会不同。实验时请按选定的表型自行确定。

六、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. 用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时，实际读数为8.1A，求测量的绝对误差和相对误差。

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. 其他（包括实验的心得、体会及意见等）。

实验二 减小仪表测量误差的方法

一、实验目的

1. 进一步了解电压表、 电流表的内阻在测量过程中产生的误差及其分析方法。

2. 掌握减小因仪表内阻所引起的测量误差的方法。 二、原理说明

减小因仪表内阻而产生的测量误差的方法有以下两种：

1. 不同量限两次测量计算法

当电压表的灵敏度不够高或电流表的内阻太大时，可

利用多量限仪表对同一被测量用不同量限进行两次测量， 用所得读数经计算后可得到较准确的结果。

如图2-1所示电路，欲测量具有较大内阻R 0的电动势 U S 的开路电压Uo 时，如果所用电压表的内阻R v 与R 0相

差不大时，将会产生很大的测量误差。 图 2-1

设电压表有两档量限，U 1、U 2分别为在这两个不同量限下测得的电压值，令R v1和R v2分别为这两个相应量限的内阻，则由图2-1可得出

U l ＝

1

01

V V R R R +×U S U 2=202V V R R R +×U S

由以上两式可解得U S 和R 0。其中U S （即U o ）为：U S ＝

()

1

2211221V V V V R U R U R R U U --

由此式可知，当电源内阻R 0与电压表的内阻R v 相差不大时，通过上述的两次测量， 即可计算出开路电压U o 的大小，且其准确度要比单次测量好得多。

对于电流表，当其内阻较大时，也可用

类似的方法测得较准确的结果。如图2-2所示电路，

不接入电流表时的电流为 I ＝R U

S 。接入内阻为 R A 的电流表A 时，电路中的电流变为I'＝

A

S

R R U +,

如果R A ＝R ，则I'＝I/2，出现很大的误差。 图 2-2

如果用有不同内阻R A1、R A2的两档量限的电流表作两次测量并经简单的计算就可得到 较准确的电流值。按图2-2电路，两次测量得I l ＝

1A S R R U + I 2＝2

A S

R R U +

由以上两式可解得U S 和R ，进而可得：I ＝

R

U S ＝()22112121A A A A R I R I R R I I --

2. 同一量限两次测量计算法

如果电压表（或电流表）只有一档量限，且电压表的内阻 较小（或电流表的内阻较大）时，可用同一量限两次测量法减 小测量误差。其中，第一次测量与一般的测量并无两样。第二 次测量时必须在电路中串入一个已知阻值的附加电阻。

v

R

v

(1) 电压测量──测量如图2-3所示电路的开路电压U o 。 设电压表的内阻为R v 。第一次测量，电压表的读数为U 1。 第二次测量时应与电压表串接一个已知阻值的电阻器R ，电压表读数为U 2。由图可知：

U l ＝V S V R R U R +0, U 2＝V

S

V R R R U R ++0。 由此两式可解得E 和

R o ，则U S （即U o ）为： U S ＝U o ＝

()

212

1U U R U RU V - 。

(2) 电流测量──测量如图2-4所示电路的电流I 。

设电流表的内阻为R A 。第一次测量电流表的读数为I 1。第二次测量时应与电流表串接

一个已知阻值的电阻器R ，电流表读数为I 2。由图可知：

I l ＝

A S R R U + I 2＝R

R R U A S

++

由以上两式可解得U S 和R 0，从而可得：I ＝

R

U S ＝()A A R I R R I R

I I 1121-+ 由以上分析可知，当所用仪表的内阻与被测线路的电阻相差不大时，采用多量限仪表 不同量限两次测量法或单量限仪表两次测量法，通过计算就可得到比单次测量准确得多的

结果。

四、实验内容

1. 双量限电压表两次测量法

按图2-3电路，实验中利用实验台上的一路直流稳压电源，取U S ＝2.5V ，

R o 选用50K Ω(取自电阻箱)。用指针式万用表的直流电压2.5V 和10V 两档量限进行两次测量，最后算

R 2.5V 和R 10V 参照实验一的结果。

R A

图2-3

图 2-4

2. 单量限电压表两次测量法

实验线路同上。先用上述万用表直流电压2.5V 量限档直接测量，得U 1。然后串接R

3. 双量限电流表两次测量法

按图2-2线路进行实验，U S ＝0.3V ，R ＝300Ω(取自电阻箱)，用万用表0.5mA 和5mA

R 0.5mA 和R 5mA 参照实验一的结果。 4. 单量限电流表两次测量法

实验线路同3。先用万用表0.5mA 电流量限直接测量，得I 1。再串联附加电阻R ＝30Ω五、实验注意事项 1. 同实验一。

2. 采用不同量限两次测量法时，应选用相邻的两个量限，且被测值应接近于低量限的满偏值。否则，当用高量限测量较低的被测值时，测量误差会较大。

3. 在实验内容3和4中，电路电流的计算值为

3003.0V

=1mA ，却用万用表0.5mA 档去

测量该电流，这纯为实验所需。因为实验中，已知万用表0.5mA 档的内阻＞300Ω，接入电路后总电流＜0.5mA ，故可如此用。在实际工程测量中，一般应先用最高量程档去测量被测值，粗知被测值后再选用合适的档位进行准确测量。

4. 实验中所用的MF-47型万用表属于较精确的仪表。在大多数情况下，直接测量误差不会太大。只有当被测电压源的内阻＞1/5电压表内阻或者被测电流源内阻＜5倍电流表内阻时，采用本实验的测量、计算法才能得到较满意的结果。

六、实验报告

1. 完成各项实验内容的计算

2. 实验的收获与体会。

3. 其他

实验三电流表、电压表的设计及量程扩展

一、实验目的

1、了解指针式电流表、电压表电路设计的基础知识及设计计算方法。

2、掌握电流表、电压表量程扩展的方法。

二、原理说明

一只指针式电流表表头（本实验以MF47型指针式万用表

表头为例），在不添加其他元件和电路时，能测量的满刻度电

流值称为该电流表的基本量程，用I g表示。该表有一定的内阻，用R g表示，这就是一个“基本表”。其等效电路如图3-1。

由于U g=R g I g，而R g不变，因此基本表可用来测量电流，也可用来测量电压。

为了便于读数，指针式电流表或电压表的标尺刻度的满度值都取5或10的整数倍。同样，基本表的I g也常取1、2或5的整数倍，常用的有1、2、5、10、20、50、100（μA或mA）等。由于加工差异，同一规格的各表，Ig不可能完全一致。再考试到方便设计，通常I g都略小于满度刻值。如MF47表头I g一般在45~48μA，而满刻值为50μA。同理，作电压表使用时，I g R g值也稍少于满刻度值。I g或I g R g与满度值之间的差异可在量程扩展时予以修正。

设计电流表或电压表时，应根据所需要的测量精度来选择合适的表头。当配套器件相同时，I g越小（价格就越贵），所做成的测量仪表的测量精度就越高。

基本表所能测量的电流和电压值都很小。要测量较

大的电流或电压，就必须扩展基本表的量程。扩展后的

量程首先要满足测量需要，其次要易于按原有刻度读得

测量值。例如，满度值为50μA的表头，就可扩展为0.5、

5或50（mA）等的电流量程或1、25、10、50（V）等

的电压量程。

电流表量程的扩展见图3-2，要测量大于I g的电流I，

必须用分流电阻R A与基本表并联。R A的值按下式计算：

R A=I g R g/（I-I g）（1）

电压表的量程扩展见图3-3。要测量大于I g R g的电压

U，必须串联电阻R V进行分压。R V的值按下式计算：

=（U/I g）-R g（2）

R

应注意，为了保证量程扩展后仪表的测量精度，对分流或

分压电阻的精度和稳定性都有严格的要求。此外，为了保护表

头，常在基本表的两端并接电容C和二极管D1、D2，见图3-4。

电容C既可减缓被测信号对表头的冲击，且在测量交流信号时

起滤波作用。D1、D2则可使基本表两端的压降≤0.7V，避免过

压烧坏表头。

基本表还可用来设计制作交流电压表。普通万用表中测量交流电压采取一种最简单的办法，即：将被测交流电压经分压后再用二极管整流、电容C滤波转变成直流电压来测量。

通常用导通压降较小的锗二极管作整流。由于二极管的伏安特性曲线在低压段是非线性的，因此，测量较小的交流电压时误差较大。

严格地说，交流电压或交流电流有正弦波、三角波、方波等

不同波形，每种波形还可能有不同的频率。简单线路的交流电压

表或电流表只适于测量频率在400H Z以下的正弦波。

交流电压表的线路见图3-5（滤波电容C未画出）。由于线路

中有半波整流、电容滤波，加之表头偏转线圈的电感、表头内部

的磁场等，因此其分压电阻R VC的计算较复杂，此处从略。一般

R VC可通过实验确定，详见实验内容4。

用基本表设计制作交流电流表的最简单方法是I—U转换法，既让被测交流电流流过取样电阻R，再用交流电压挡来测量R两端的电压。此法的缺点是：被测交流电流较小时，需要较大阻值的取样电阻，既影响被测线路，测量误差也较大；而当被测电流较大时，则需要大功率的取样电阻。故一般普及型指针万用表中都不设交流电流档。

实验前先将HE-11A实验箱放平，用小螺批将MF47表头细

心进行机械调零。

1、测量MF47表头的满量程电流Ig和内阻Rg

（1）先将屏上恒流源的输出粗调开关拨至2mA档，并使恒

流源输出电流为0，然后按图3-6接线。W先不接入，μA表用台

式万用表的200μA档。缓慢调节恒流源的输出，直至指针表头指

示满度，则μA表的读数即为指针表头的I g。

（2）将HE-11A上的10K电位器（W）阻值调至最大后接入图3-5虚线处。缓慢调小W的阻值，直至指针表头指示半满度值。断开W连接线，用台式万用表测量W的阻值即为指针表的内阻R g。

2、设计直流毫安表

（1）按（1）式计算出1mA量程时基本表的分流电阻R A1。

（2）按图3-2接线，用R A1（取自HE-19电阻箱）代替R A。

（3）令恒流源输出电流I为表1所列值接入图3-2中a、b两端，依次读出基本表的相应指示值，记入表1。

（4）将量程扩展为10mA，重复（1）~（3）步。

3、设计直流电压表

（1）按（2）式计算10V量程的电压表的分压电阻R V1。

（2）按图3-3接线，用R V1（用HE-11A的200KΩ加HE-19电阻箱）代替R V。

（3）令稳压电源输出电压U为表2所列值接入图3-3中的a、b两端，依次读出基本表的相应指示值，记入表2。

（4）将量程扩展为50V，重复（1）~（3）步。R V用HE-11A中的1MΩ加HE-19的电阻箱。将两个0~30V稳压电源串联使用，可输出0~60V。

表2 （单位：V）

4、设计交流电压表

（1）取交流电压的重程为10V，按（2）式计算R V。

（2）按图3-5接线，R VC暂取R V/2（用HE-19电阻箱）。

（3）从函数信号发生器的功率输出接口输出10V（用台式万用表测量）的正弦波，接入图3-5的中U AC两端。

（4）调节R VC阻值，使基本表指示满度值。

（5）令函数信号发生器的输出电压依次为表3所列值，相应记录基本表读数，并根据两者的偏差再调整R VC值，直至在整个量程内测得值的偏差为最小（可能要测调2~3次）。

表3 （单位：V）

在10V量程的交流电压表的U AC两端并上100Ω的取样电阻，即成为量程为100mA 的交流电流表。由于没有可调的交流电流源，故只能用函数发生器输出电压来测试。用台式万用交流20V档测量取样电阻100Ω两端的电压，调节函数信号发生器的输出电压，使台

式万用表的读数为表4所列值，并记录基本表的相应指示值。

五、实验注意事项

1、电阻箱的阻值在进位或减位时，一般都应先大后小，例如：从9.9K 升到10K ，则应9.9K —19.9K —10K 。而从10K 降至9.9K ，则应10K —19.9K —9.9K 。

2、直流信号接入基本表时，应注意极性，以免指针反偏而打坏。 六、预习思考题

1、在设计电压表或电流表时，一般应考虑哪些方面？

2、要用一只基本表设计有三个电流量程和三个电压量程的电压电流表，用一只多档位开关来切换测量量程，请画出其电路原理示意图。 七、实验报告

1、总结电表设计和量程扩展的原理和计算方法。

2、分析实验数据中误差及其产生的原因。

3、完成预习思考题2。

实验四 指针式欧姆表的设计及测试

一、实验目的

学会指针欧姆表的设计、计算方法，加强对欧姆定律的理解及实际应用能力。 二、原理说明

指针式欧姆表的设计原理是基于欧姆定理。即在被测电阻R X 上直接或间接施加某一电压，再用微安表（或毫安表，以下称基本表）直接或间接地测出流过R X 的电流，并将电流的指示值对应地标成

R

X 值，则该表就成为欧姆表了。按照基本表与被测

电阻R X 的连接方式，欧姆表有并接式和串接式两种，分别如图4-1（a ）、（b ）所示。图中点线框内为基本表。其量程（即满度值）为I ，

内阻为R g 。R O 为线路的限流电阻。

1、并接式欧姆表

在图1（a ）中，基本表的指示值I X 为：

g

O X

g X R R R R E I ++=

)1(

。当R X =0时，I X =0，

表针处于零位；而当R X =∞时，I X 的指示应为基本表的 满度值I g ，故表针满偏。

2、串接式欧姆表

在图1（b ）中，基本表的指示值I X 为：

X

O g X R R R E

I ++=

。当R X =0时，I X 最大，为微

安表的满度值I g ，表针应满偏；而当R X =∞时，I X =0，表针处于零位。由此可见，这两种 接法的欧姆表，其指针偏转的规律正好相反。普通指针万用表欧姆档大都采用串联接法。本实验也采用串联接法，线路如图4-2所示。R O 为限流电阻，以保证当R X =0时，流过基本表的电流≤I g 。K a 、K b 、R 、R ′为换档开关和分档电阻，详见下文。E 、E ′为电压源，通常采用干电池。新电池输出电压较高，随着使用时间的加长，其输出电压会逐渐降低。这两种情况都会导致R X =0时，I X ≠I g 。通常要求在（0.85~1.10）E （或E ′）的电压范围内，可通过调节W ，使得R X =0时，I X =I g ，使表针满偏。故W 称为调零电位器。当E 降至最

低允许值时，可将W 调至零位，故R O 的取值应满足：

g O g I R R E

≥+85.0。当E 为最高允许

值时，可将W 调至最大值，故W 的取值应满足：g O g I W

R R E

≥++1.1。本实验的E 和E ’

均采用直流稳压电源，电压值不会变动，故实验中不必调零。W 只用作R O 的补足。

在图4-2中，令R g +W+R O =R 内，则基本表的指示值为X

X R R E

I +=

内…… （1）。

由此式可以看出：

1、当E 值一定时，I X 与R X 的关系为非线性关系。因此，欧姆值（即I X ）的指示刻度是不均匀的。

2、当R X =0时，I X =E/R 内=I g 。如果R X =R 内，则I X =E/（2R 内）=I g /2。这时，欧姆表的 指针位于标尺的中心阻值处。该阻值称为欧姆表的中心阻值，记为R 中，它等于欧姆表的 总内阻。因而（1）式可改写为：X

X R R E

I +=中。常用的指针式万用表中，欧姆×1档

的中值电阻一般为10~30Ω。

3、当R X <>R 中时，即使R X 有较大变化，I X 的变化却很小，因而测量误差也很大。为使R X 的测量较准确，应使R 中与R X 处于同一数量级。当R X 不太大时，可如图2虚线所示，用并联R 来降低R 中。R 的取值原则为：并联R 后，新的中心阻值为：

内

内中R R RR R +=

1。R 中1确定后，即可按此式求得R 值。

为了能准确测量不同数量级的R X ，欧姆表通常设有多个档位，如×1、×10、×100、

×1K 、×10K 等档位，各档的中心阻值即为R 中×倍率。

但是，当R X 很大时，如果所需的R 中＞R 内，就不能再用并联电阻的方法了。这时，应断开R ，如图2所示，将K 拨向另一侧，串联接入R ’。串入R ’后，如果仍采用E ，则 当R X =0时，g X ＜I R R E

I 内

+'=，而按测量要求，此时I X 必须等于I g 。因此不能再用E ，

须改用E ′，使g X

I R R E I =+''

=内

。R ′与E ′应满足：中内R R R '=+'（高阻档的中心阻值），

中

R I E g '='。一般指针式万用表欧姆档中，串R ′的高阻档只设一档。 很明显，I g 越小（亦即基本表的灵敏度越高），在同一E 值下，R 内可以越大，不但使

并接的R 可达较大的值，从而使可分档位数相应增多，而且在串入R ’后，所需E ′电压也可相应降低。

四、实验内容

实验前请认真阅读本实验的原理说明。在HE-11A 实验箱上，基本表为MF47型万用表表头，带有欧姆刻度，中心值为16.5。实验时，E 取1.5V 。欧姆表的分档及各档的R 中见表1。实验前先将表头机械调零。

1、将实验三中实验内容1测得的I g 和R g 记入表1，再根据测得和已知的数据，计算

R 0+W=（E/I g ）-R g ，R 1~R 4=R 中R 内/（R 内-R 中），内中

R R R -'='，记入表1。 2、按图4-2（K 拔向右侧）接线，R 0用HE-19中的20K+8.2K ，W 用HE-11A 上的RP 2

（10K 调至最大），R 取R 1值（HE-19电阻箱）即×10档，E 取直流稳压电源输出的1.5V 。

3、从HE-11A 或HE-19中选取表2所列电阻作为R X ，并用台式万用表测量阻值，记入表2。

4、接入1.5V 电压后，令R X =0，调节W （即调准R 0+W 值），使表头满编，以后换档，不必再调节W 。

5、用本表测量表2所选R X ，记入表2相应栏中。

6、R 取R 3值，即×100档，重复第5步。

7、按图4-2（K 拨向左侧）接线，令直流稳压电源输出中

R Ig E '='，R ’取自HE-19中的100K 加电阻箱，重复第5步。

五、实验注意事项

1、不得将任何有源或带电元件接入MF47表头两端，否则会损坏表头。

2、接线或测量时，应先连接好各元件，最后加电源。 六、预习思考题

1、简述指针式欧姆表设计的基本原理及计算方法。

2、本实验中，欧姆表可否再增加×0.1、×0.01、×100K 、×1M 档？为什么？ 七、实验报告

1、根据实验数据，分析、计算欧姆表各档的测量误差。

2、请用一只量程I g =10μA 、内阻R g =2K Ω的微安表设计出一只四档位（×1、×10、×100、×1K ）欧姆表。中心阻值取为10。画出其原理示意图，标出各元件参数。其中E 取1.5V ，应保证E 降至1.3V 时欧姆表仍可正常使用。

实验五 已知和未知电阻元件伏安特性的测绘

一、实验目的

1. 学会识别常用电阻元件的方法。

2. 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

任何一个电器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5-1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，其灯丝电阻从冷态开 图5-1

始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。灯丝的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，它的伏安特性如图5-1中b 曲线所示。

U(V)

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5-1中c 所示。 其正向压降很小（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5-1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，否则管子就会烧坏。 对于一个未知的电阻元件，可以参照对已知电阻元件的测试方法进行测量，再根据测得数据描绘其伏安特性曲线，再与已知元件的伏安特性曲线相对照，即可判断出该未知电阻元件的类型及某些特性，如线性电阻的电阻值、二极管的材料（硅或锗）、稳压二极管的稳压值等。 三、实验设备

四、实验内容 1. 测定线性电阻器的伏安特性 按图5-2接线，调节稳压电源的输出电压U ，使R 两 端的电压依次为下表U

R 所列值，记下相应的电流表读数I

。 图 5-2 2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性 将图5-2中的R 换成一只12V ，0.1A 的灯泡，重复1

3. 测定半导体二极管的伏安特性 按图5-3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36mA ，二极管D 的正向压降U D+按下表所列取值。测反向特性时，只需将图5-3 中的二极管D 反

U U 图 5-3

接，且其反向电压U D－可加到30V。

4. 测定稳压二极管的伏安特性

（1）正向特性实验：将图5-3中的二极管换成稳压二极管2CW51，重复实验内容3

（2）反向特性实验：将图5-3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U O从0～20V，测量2CW51二端的电压U Z－及电流I，由U Z－

5、未知电阻元件伏安特性的测试

测试未知电阻元件的伏安特性时，操作应特别细心，否则就可能会损坏被测器件。

（1）按图5-3接线，但R用510Ω，二极管D不接入，先将稳压电源的输出电压U调至最低（0或0.1V），再任选一种未知元件接入线路。

（2）缓慢调节稳压电源的输出电压U，以毫安表每次增加3mA为测试点，依次记录每个电流测试点下元件两端的电压值U X。如果电流达到36mA或者U X达到30V，则停止测试，并将U调至最低。

（3）将稳压电源正、负输出端的连接线互换位置，重复（2）。

（4）另选一种未知元件接入线路，重复（2）（3）的测量，自拟表格记录。

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36mA。稳压源输出端切勿碰线短路。

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5-3中，设U=2V ，U D+=0.7V ，则mA 表读数为多少？ 七、实验报告

1. 根据各实验结果数据，分别在方格纸上绘制出已知和未知电阻元件的伏安特性曲线，总结、归纳被测各元件的特性，判定未知元件的类型及性质。

3. 必要的误差分析

4. 心得体会及其他。

实验六 电位、电压的测定及电位图描绘

一、实验目的

1. 用实验证明电路中电位的相对性、电压的绝对性

2. 掌握电路电位图的绘制方法 二、原理说明

在一个确定的闭合电路中，各点电位的高低视所选的电位参考点的不同而变，但任意两点间的电位差（即电压）则是绝对的，它不因参考点电位的变动而改变。据此性质，我们可用一只电压表来测量出电路中各点相对于参考点的电位及任意两点间的电压。

电位图是一种平面坐标一、四两象限内的折线图。其纵坐标为电位值，横坐标为各被测点。要制作某一电路的电位图，先以一定的顺序对电路中各被测点编号。以图6-1的电路为例，如图中的A ～F, 并在坐标横轴上按顺序，均匀间隔标上A 、B 、C 、D 、E 、F 、A 。再根据测得的各点电位值，在各点所在的垂直线上描点。用直线依次连接相邻两个电位点，即得该电路的电位图。

在电位图中，任意两个被测点的纵坐标值之差即为该两点之间的电压值。

在电路中电位参考点可任意选定。对于不同的参考点，所绘出的电位图形是不同的，但其各点电位变化的规律却是一样的。

四、实验内容

利用HE-12实验箱上的“基 尔霍夫定律/叠加原理”线路，按 图6-1接线。

1. 分别将两路直流稳压电源接入

电路，令 U 1＝6V ，U 2＝12V 。（先

调准输出电压值，再接入实验线路中。） 图6-1 图6-1

2. 以图6-1中的A 点作为电位的参考点，分别测量B 、C 、D 、E 、F 各点的电位值φ及相邻两点之间的电压值U AB 、U BC 、U CD 、U DE 、U EF 及U FA ，数据列于表中。

注：1.“计算值”一栏，U AB =φA －φB ，U BC =φB －φC ，以此类推。

2. 相对误差=

?

-计算值

计算值

测量值100 （%）

五、实验注意事项

1.本实验线路板系多个实验通用，本次实验中不使用电流插头和插座。HE-12上的K 3应拨向330Ω侧，三个故障按键均不得按下。

2. 测量电位时，用指针式万用表的直流电压档或用数字直流电压表测量时，用负表棒（黑色）接参考电位点，用正表棒（红色）接被测各点。若指针正向偏转或数显表显示正值，则表明该点电位为正（即高于参考点电位）；若指针反向偏转或数显表显示负值，此时应调换万用表的表棒，然后读出数值，此时在电位值之前应加一负号（表明该点电位低于参考点电位）。数显表也可不调换表棒，直接读出负值。 六、思考题

若以F 点为参考电位点，实验测得各点的电位值；现令E 点作为参考电位点，试问此时各点的电位值应有何变化？ 七、实验报告

1．根据实验数据，绘制两个电位图形，并对照观察各对应两点间的电压情况。两个电位图的参考点不同，但各点的相对顺序应一致，以便对照。

2. 完成数据表格中的计算，对误差作必要的分析。

3. 总结电位相对性和电压绝对性的原理。

4. 心得体会及其他。

实验七 基尔霍夫定律的验证

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每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL ）和电压定律（KVL ）。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。

运用该定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。

三、实验设备

同实验六

四、实验内容

实验线路与实验六图6-1相同，用HE-12挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。

1. 实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。图6-1中的I1、I2、I3的方向已设定。三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。

2. 分别将两路直流稳压源接入电路，令U1＝6V，U2＝12V。

3. 熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。

4. 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。

五、实验注意事项

1. 同实验六的注意1，但需用到电流插座。

2．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。

3. 防止稳压电源两个输出端碰线短路。

4. 用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。此时指针正偏，可读得电压或电流值。若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。但应注意：所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流方向来判断。

六、预习思考题

1. 根据图6-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。

2. 实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，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，选定节点A，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. 将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。

4. 误差原因分析。

5. 心得体会及其他。

实验八 线性电路叠加原理和齐次性的验证

一、实验目的

验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明

叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。

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（即在电路中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。

四、实验内容

实验线路如图8-1所示，用 HE-12挂箱的“基尔霍夫定律/叠 加原理”线路。

1. 将两路稳压源的输出分别 调节为12V 和6V ，接入U 1和U 2

2. 令U 1K 1投向U 1侧，开关K 2投向短路侧）。用直流数字电压表和电流表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表8-1。

3. 令U 2电源单独作用（将开关K 1投向短路侧，开关K 2投向U 2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表8-1。

4. 令U 1和U 2共同作用（开关K 1和K 2分别投向U 1和U 2侧）， 重复上述的测量和记录，数据记入表8-1。

5. 将U 2的数值调至＋12V ，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表8-1。

6. 将R 5（330Ω）换成二极管 1N4007（即将开关K 3投向二极管IN4007侧），重复1～