2.1 元件伏安特性的测量
一、实验目的
1．掌握几种电路元件的伏安特性及电源外特性的测量方法。 2．学习常用的直流电工仪表与稳压电源等设备的使用方法。 3．掌握直读式仪表正确读数的方法，学习数字万用表的使用。
二、设计与仿真
1．在EWB 工作平台上测试实际直流电压源的伏安特性。按图2.1-4设计出仿真的接线图，理想电压源的值取U S =10V，R S =50Ω,改变负载电阻R L 的值，得到实际电压源端口的电压值，从而仿真出实际电压源端口伏安特性的关系。实际电压源的取值可参照表2.1-1。
2．实际电流源端口伏安特性关系的仿真。按图2.1-5设计出仿真的接线图，理想电流源的值取I S =130mA，G S =50Ω,改变负载电阻R L 的值, 得到实际电流源的电流值，仿真出实际电流源端口伏安特性的关系。实际电流源的取值可参照表2.1-1。
3．线性电阻伏安特性的仿真。按图2.1-6设计出仿真的接线图，被测电阻值取R L =50Ω，改变理想电压源的值, 仿真出线性电阻元件伏安特性的关系。理想电压源的取值可参照表2.1-2。
三、实验原理
伏安特性是指被测元件两端电压与电流之间的关系，理想电压源和电阻元件的伏安特性可以用电压表和电流表测定。
电压源的端电压u (t ) 是确定的时间函数，与流过电压源的电流大小无关，如果u (t ) 不随时间变化，则该电压源称为直流电压源，其端电压为一定值U S 。在额定负载范围内，直流电压源的端电压不随外电路负载的改变而变化，电压源的外特性如图2.1-1中直线a 所示。实际电压源可以用一个理想电压源U S 和电阻R S 串联的电路模型来表示，其伏安特性如图2.1-1中直线b 所示。内阻R S 越大，图2.1-1中的a 、b 两直线的夹角θ也越大。
电压源的端电压i (t ) 也是确定的时间函数，与其端电压的大小无关，如果i (t ) 不随时间变化，则该电流源称为直流电流源，其端电流为一定值I S 。在额定负载范围内，直流电流源的端电流不随外电路负载的改变而变化，电流源的外特性如图2.1-2中直线a 所示。实际电流源可以用一个理想电流源U S 和电导G S 并联的电路模型来表示，其伏安特性如图2.1-2中直线b 所示。电导G S 越大，图2.1-2中的a 、b 两直线的夹角θ也越大。
图2.1-1 实际电压源的外特性 图2.1-2实际电流源的外特性 线性电阻元件的阻值是一个常量，可以用欧姆定律R =U / I表示。R 值与加在其两端的电压和流过电流的大小及方向无关，它的伏安特性是通过原点的一条直线，如图2.1-3a 所示。
非线性电阻元件的阻值取决于加在其两端的电压和流过其电流的大小和方向，阻值是一个
变量。它的伏安特性是一条过原点的一条曲线，可分为双向型和单向型两类。图2.1-3b 、2.1-3c 、2.1-3d
分别表示几种非线性电阻元件的伏安特性
a) b) c) d)
图2.1-3 电阻元件的伏安特性
四、实验仪器设备
1．DMS 综合实验箱，内含直流稳压电源0～15V ，直流电流源0～150mA 。 2．直流电压表、直流电流表、欧姆表 3．数值万用表 五、实验内容与步骤
1．实际电压源伏安特性的测试。实际电压源的模型可以采用理想电压源U S 和电阻R S 串联的电路模型，实验电路如图2.1-4。图中U S =10V，R S ＝50Ω。负载电阻R L 取0～200Ω，调节R L ，使电压表的读数为表2.1-1所列的数值，并将测得的相应电流值填入表2.1-1中，用坐标纸画出伏安特性曲线。
图2.1- 4电压源的伏安特性 图2.1-5电流源的伏安特性
2．实际电流源伏安特性的测试。实际电流源的模型可以采用理想电流源I S 和电阻R S 并联的电路模型，实验电路如图2.1-5。图中I S =130mA，G S ＝50Ω。负载电阻R L 取0～200Ω，调节R L ，使电流表的读数为表2.1-1所列的数值，并将测得的相应电压值填入表2.1-1中，用坐标纸画出伏安特性曲线。
表2.1-1电压源、电流源的伏安特性测量值
3．线性电阻伏安特性的测量。
（1）实验电路如图2.1-6所示，采用电流表内接法，取被测电阻R =50Ω。调节稳压电源的输出电压，使电压表的读数为表2.1-2中所列数值，将相应的电流记录在表2.1-2中。 （2）将实验电路改接成图2.1-7所示，采用电流表外接法，重复上述过程。
图2.1- 6电流表内接 图2.1-7电流表外接
表2.1-2线性电阻、非线性电阻的伏安特性测量值
表2.1-3线性电阻测量值
（3）将上述两种测量结果的伏安特性曲线画在一张坐标纸上，分析电流表、电压表的内阻对测量结果的影响。
（4）用数字万用表的“Ω”档测量并记录线性电阻R 的值，并将结果填入表2.1-3中。 4．非线性电阻伏安特性的测量。
（1）测量钨丝灯泡的伏安特性，实验电路如图2.1-6所示，采用电流表内接法，取钨丝灯泡为被测电阻元件，电压从零开始调节，记录与表2.1-2中相对应的电流值，并用坐标纸画出伏安特性曲线。
（2）测量热敏电阻的伏安特性，实验电路如图2.1-6所示，采用电流表内接法，取热敏电阻为被测电阻元件，电压从零开始调节，记录与表2.1-2中相对应的电流值，并用坐标纸画出伏安特性曲线。
六、实验注意事项
1．实验过程中，电压源不允许短路，电流源不允许开路。每次启动稳压电源前，应将电源的电压调节为零。
2．注意电压表、电流表的量程，以免损坏仪表或增加测量误差。
3．注意钨丝灯泡的额定电压值和热敏电阻的额定电流值。测量热敏电阻的伏安特性时，在每个测量点要等待一段时间再读数。
七、实验预习要求
1．课前认真预习本实验的所有内容，清楚实验目的与实验原理。熟悉各种电路元件的伏安特性。
2．在EWB 平台上对实际电压源、实际电流源和线性电阻的伏安特性进行仿真。 3．复习测量结果的数据处理和绘图方法。
4．熟悉本实验所用的仪器仪表、实验电路板具体规格，以便实验能顺利进行及分析实验中的各种现象和问题。
八、实验报告要求
1．根据实验结果，用坐标纸画出各种电路元件的伏安特性曲线，并进行误差分析。 2．测量实际电压源的外特性时，为什么用稳压电源和电阻串联来模拟？
3．测量线性电阻元件的伏安特性时，什么情况电流表内接或外接能比较准确地进行测量。 如果误用电流表去测量电压，将会产生什么后果？
2.1 元件伏安特性的测量
一、实验目的
1．掌握几种电路元件的伏安特性及电源外特性的测量方法。 2．学习常用的直流电工仪表与稳压电源等设备的使用方法。 3．掌握直读式仪表正确读数的方法，学习数字万用表的使用。
二、设计与仿真
1．在EWB 工作平台上测试实际直流电压源的伏安特性。按图2.1-4设计出仿真的接线图，理想电压源的值取U S =10V，R S =50Ω,改变负载电阻R L 的值，得到实际电压源端口的电压值，从而仿真出实际电压源端口伏安特性的关系。实际电压源的取值可参照表2.1-1。
2．实际电流源端口伏安特性关系的仿真。按图2.1-5设计出仿真的接线图，理想电流源的值取I S =130mA，G S =50Ω,改变负载电阻R L 的值, 得到实际电流源的电流值，仿真出实际电流源端口伏安特性的关系。实际电流源的取值可参照表2.1-1。
3．线性电阻伏安特性的仿真。按图2.1-6设计出仿真的接线图，被测电阻值取R L =50Ω，改变理想电压源的值, 仿真出线性电阻元件伏安特性的关系。理想电压源的取值可参照表2.1-2。
三、实验原理
伏安特性是指被测元件两端电压与电流之间的关系，理想电压源和电阻元件的伏安特性可以用电压表和电流表测定。
电压源的端电压u (t ) 是确定的时间函数，与流过电压源的电流大小无关，如果u (t ) 不随时间变化，则该电压源称为直流电压源，其端电压为一定值U S 。在额定负载范围内，直流电压源的端电压不随外电路负载的改变而变化，电压源的外特性如图2.1-1中直线a 所示。实际电压源可以用一个理想电压源U S 和电阻R S 串联的电路模型来表示，其伏安特性如图2.1-1中直线b 所示。内阻R S 越大，图2.1-1中的a 、b 两直线的夹角θ也越大。
电压源的端电压i (t ) 也是确定的时间函数，与其端电压的大小无关，如果i (t ) 不随时间变化，则该电流源称为直流电流源，其端电流为一定值I S 。在额定负载范围内，直流电流源的端电流不随外电路负载的改变而变化，电流源的外特性如图2.1-2中直线a 所示。实际电流源可以用一个理想电流源U S 和电导G S 并联的电路模型来表示，其伏安特性如图2.1-2中直线b 所示。电导G S 越大，图2.1-2中的a 、b 两直线的夹角θ也越大。
图2.1-1 实际电压源的外特性 图2.1-2实际电流源的外特性 线性电阻元件的阻值是一个常量，可以用欧姆定律R =U / I表示。R 值与加在其两端的电压和流过电流的大小及方向无关，它的伏安特性是通过原点的一条直线，如图2.1-3a 所示。
非线性电阻元件的阻值取决于加在其两端的电压和流过其电流的大小和方向，阻值是一个
变量。它的伏安特性是一条过原点的一条曲线，可分为双向型和单向型两类。图2.1-3b 、2.1-3c 、2.1-3d
分别表示几种非线性电阻元件的伏安特性
a) b) c) d)
图2.1-3 电阻元件的伏安特性
四、实验仪器设备
1．DMS 综合实验箱，内含直流稳压电源0～15V ，直流电流源0～150mA 。 2．直流电压表、直流电流表、欧姆表 3．数值万用表 五、实验内容与步骤
1．实际电压源伏安特性的测试。实际电压源的模型可以采用理想电压源U S 和电阻R S 串联的电路模型，实验电路如图2.1-4。图中U S =10V，R S ＝50Ω。负载电阻R L 取0～200Ω，调节R L ，使电压表的读数为表2.1-1所列的数值，并将测得的相应电流值填入表2.1-1中，用坐标纸画出伏安特性曲线。
图2.1- 4电压源的伏安特性 图2.1-5电流源的伏安特性
2．实际电流源伏安特性的测试。实际电流源的模型可以采用理想电流源I S 和电阻R S 并联的电路模型，实验电路如图2.1-5。图中I S =130mA，G S ＝50Ω。负载电阻R L 取0～200Ω，调节R L ，使电流表的读数为表2.1-1所列的数值，并将测得的相应电压值填入表2.1-1中，用坐标纸画出伏安特性曲线。
表2.1-1电压源、电流源的伏安特性测量值
3．线性电阻伏安特性的测量。
（1）实验电路如图2.1-6所示，采用电流表内接法，取被测电阻R =50Ω。调节稳压电源的输出电压，使电压表的读数为表2.1-2中所列数值，将相应的电流记录在表2.1-2中。 （2）将实验电路改接成图2.1-7所示，采用电流表外接法，重复上述过程。
图2.1- 6电流表内接 图2.1-7电流表外接
表2.1-2线性电阻、非线性电阻的伏安特性测量值
表2.1-3线性电阻测量值
（3）将上述两种测量结果的伏安特性曲线画在一张坐标纸上，分析电流表、电压表的内阻对测量结果的影响。
（4）用数字万用表的“Ω”档测量并记录线性电阻R 的值，并将结果填入表2.1-3中。 4．非线性电阻伏安特性的测量。
（1）测量钨丝灯泡的伏安特性，实验电路如图2.1-6所示，采用电流表内接法，取钨丝灯泡为被测电阻元件，电压从零开始调节，记录与表2.1-2中相对应的电流值，并用坐标纸画出伏安特性曲线。
（2）测量热敏电阻的伏安特性，实验电路如图2.1-6所示，采用电流表内接法，取热敏电阻为被测电阻元件，电压从零开始调节，记录与表2.1-2中相对应的电流值，并用坐标纸画出伏安特性曲线。
六、实验注意事项
1．实验过程中，电压源不允许短路，电流源不允许开路。每次启动稳压电源前，应将电源的电压调节为零。
2．注意电压表、电流表的量程，以免损坏仪表或增加测量误差。
3．注意钨丝灯泡的额定电压值和热敏电阻的额定电流值。测量热敏电阻的伏安特性时，在每个测量点要等待一段时间再读数。
七、实验预习要求
1．课前认真预习本实验的所有内容，清楚实验目的与实验原理。熟悉各种电路元件的伏安特性。
2．在EWB 平台上对实际电压源、实际电流源和线性电阻的伏安特性进行仿真。 3．复习测量结果的数据处理和绘图方法。
4．熟悉本实验所用的仪器仪表、实验电路板具体规格，以便实验能顺利进行及分析实验中的各种现象和问题。
八、实验报告要求
1．根据实验结果，用坐标纸画出各种电路元件的伏安特性曲线，并进行误差分析。 2．测量实际电压源的外特性时，为什么用稳压电源和电阻串联来模拟？
3．测量线性电阻元件的伏安特性时，什么情况电流表内接或外接能比较准确地进行测量。 如果误用电流表去测量电压，将会产生什么后果？