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实验一 电路元件伏安特性的测绘（认识实验）
一、实验目的
1. 学会识别常用电路元件。
2. 掌握线性电阻、非线性元件伏安特性的测绘。 3. 掌握直流电工仪表的使用方法。 二、实验任务
1．任务一：测量线性电阻的伏安特性 （1）实验设备
测量线性电阻的伏安特性必须有线性电阻；伏安特性指的是电压和电流的关系，必须有电压表和电流表；电路中有电压和电流必须要有电源。因此实验设备如下：
序号 1 2 3 4 5
名 称 可调直流稳压电源 万 用 表 数字毫安表 数字电压表 线性电阻器
型号与规格 0～30V MF-47或其他 0～200mA 0～200V 10KΩ/1W
数量 1 1 1 1 1
备注
（2）实验原理
要进行线性电阻的伏安特性测量，可测量某个电阻上不同的电压和电流，如何能得到不同的电压和电流？一种方法是把一个线性电阻和一个可调电源相连，每改变一次电源电压，就能改变电阻上的电压和电流，如图1；另一种方法是电源固定，在线性电阻电路中再串上一个可变线性电阻器，改变线性电阻器值的大小，就可改变电阻上的电压、电流的大小，如图2。 ＋ － ＋ － mA mA ＋ ＋ ＋ ＋ 12V R R U U V 0～12V V 1K 1K － － 10K － － 图1 测量线性电阻伏安特性方法一 图2 测量线性电阻伏安特性方法二 （3）实验过程
图1的测量图如图3（图中电压表、电流表所示值为电源电压为12V时的值），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，填入表一。
思考：如果电源电压调不到0V，如何测量0V电压下的电流？最好的方法就是不加电源，是不是很简单？
表一：线性电阻伏安特性测量数据一
U(V) I(mA)
0
2
4
6
8
10
1
+ 0.012-AU0~12vR1K+- 12.000V
图3 图1的测量图
图2的测量图如图4（图中电压表、电流表所示值为10K可调电阻处于中间值时的值），调节线性可调电阻的阻值，从小开始缓慢地增加，一直到最大，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I，记入表2。
+- 8.005mA12v10K 50%R1K+- 7.997V
图4 图2的测量图
表二 线性电阻伏安特性测量数据二
U(V) I(mA)
1 0.98
2 2.03
4 4.01
6 5.96
8 8.02
10 9.97
4）结论分析
根据各实验数据，找出电压和电流大小之间有什么规律，并得出结论？
答: 电阻元件两端电压与通过的电流成正比, 符合欧姆定律, 因此电阻元件是线性元件. 5）思考题
分析实验误差的原因.
2．任务二：测量非线性器件的伏安特性 （1）实验设备
除了任务一所列的设备外，还需要哪些器件？任务二中要求测量非线性器件的伏安特性，因此必须有非线性器件。我们所学过的器件中哪些是非线性器件？二极管、三极管等，下面我们测一下二极管的伏安特性，为了防止在测量过程中造成二极管的损坏，所选用的二极管的型号为IN4007，另外还需要限流电阻（100Ω/1W，200Ω/1W）。
IN4007二极管参数如下：额定正流电流IF≥1A，反向电流IR≤5μA，反向工作峰值电压VRM《＝1000V。
（2）实验原理
要进行二极管伏安特性测量，可测量其上不同的电压和电流，如何能得到不同的电压和电流？先研究一下正向特性的测量：一种方法是把一个二极管和一个可调电源相连，每改变一次电源电压，就能改变二极管两端的电压和电流，如图5；另一种方法是电源固定，在二极管电路中再串上一个可变线性电阻器，改变线性电阻器值的大小，就可改变二极管上的电压、电流的大小，如图6。如何测量二极管的反向特性？其实只需电路中的电源或二极管的极性反接在电路中，还有没有其他要求呢？由二极管理论知识可知，二极管反向电流非常小，因此测反向电流时可以用微安表（实际做实验时，测量正向和反向电流时有时都用电流表）如图7。
2
200Ω ＋ ＋ mA － ＋ ＋ ＋ mA － ＋ R VD 12V VD U V V U IN4007 200Ω 0～12V IN4007 － 100Ω － － －
图5 测量二极管正向伏安特性方法一 图6 测量二极管正向伏安特性方法二
200Ω － ＋ mA － R － VD
V U
0～30V IN4007 ＋ ＋
图7 测量二极管反向特性
（3）实验过程
测量二极管正向特性，按图8接线（图中电压表、电流表所示值为电源电压为12V时的参考值），R为限流电阻器（思考：为什么要接电阻R？）。调节输出电压使二极管VD的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值，测量出对应的电流，填入表三。
200Ω RU0~12v+ 0.718+ 0.011-AVD-V 图8 图5的测量图
表三：二极管正向特性实验数据
UD+ (V) I（mA）
0.10 0
0.30 0
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
测量二极管反向特性，按图9接线（图中电压表、电流表所示值为电源电压为-30V时的参考值），调节输出电压从0～-30V，把对应的电流值填入表四中。
200Ω-+ 0.025mARU0~-30v- 29.970VVD+
图9 图7的测量图
表四：二极管反向特性实验数据
UD－(V)
0 -5 -10
3
-15 -20 -25 -30
I（mA） 0 0 0 0 0 0 0
（4）结论分析 根据各实验数据：①绘制电阻器和二极管的伏安特性曲线，找出电压和电流大小之间的关系？②在测量二极管正反特性时，二极管两端的电压为多少时，才有电流，为什么？二极管导通后，继续增大电源电压，其上的电压和电流有什么变化？③比较正向电流和反向电流的大小，说明什么问题？
答: (1)绘制电阻器和二极管的伏安特性曲线. 根据此图得到二极管两端电压与通过的电流之间成非线性关系. (2) 二极管两端的电压大于0.3V时才有电流. 因为二极管导通有个死区电压的问题. 二极管导通后，继续增大电源电压，其上的电流会随着电压的增加而迅速增加. (3)实验知当二极管加反向电压时二极管几乎不导通, 说明二极管具有单向导电性. 5）思考题
①根据实验数据，比较电阻器与二极管的伏安特性有何区别？正确理解线性电阻与非线性电阻的概念是什么？
②如何理解用万用表欧姆档测量二极管的正反电阻时，所用的档位不同，测量的阻值不同？
③如果实验用的二极管型号为2AP9，测量时应注意什么？（提示：参考一下2AP二极管的有关参数）
④在测量二极管伏安特性时，为什么要加上限流电阻？
实验二 基尔霍夫定律验证
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. 进一步练习使用电压表和电流表。
3. 正确理解电压、电流的实际方向与参考方向的关系。 二、实验任务
1．任务一：基尔霍夫电流定律的验证 （1）实验设备
基尔霍夫电流定律介绍了某节点中各支路电流之间的约束关系，即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0。因此实验中要用到电流表，电路中有电流必须有电源，另外还需要电阻（或实验板）等器件，具体如下：
序号 1 2 3 4
名称
直流可调稳压电源 万 用 表 数字毫安表 实验电路板
型号与规格 0～30V MF-47 0～200mA
510Ω/1W电阻2只，1KΩ/1W电阻1只
数量 二路 1 1 1
备注 可选用
（2）实验原理
实验电路如图1，电流的参考方向已在标中标出，对于节点A有I1+I2=I3（根据图，测量时只需测量出三个电流即可。参考方向是为了计算和测量方便，而假设的一种方向，如测得物理量（如电压、电流）值为正，表明实际的方向和参考方向一致，否则相反。 R1 R2 I1 A I2
510Ω I3 510Ω
＋ ＋
12V U1 U2 R3 6V 1K 4 － －
Ｃ