第4章电路基础

第4章电路基础 通过实训，加深对电路的理解，掌握线性电阻和非线性电阻的测试方法，掌握直流电路电流、电压和电位的测试技能，熟悉电压源与电流源等效变换，初步掌握受控源的实验研究方法。 1.实训目的

2.实训内容 1）常用电工仪表的使用（认识性实训）。 2）直流电路中电流、电压与电位的测量（认识性实训）。 3）元器件伏安特性的测量（基本技能性实训）。 4）电压源与电流源的等效变换（基本技能性实训）。 5）受控源的实验研究（设计性实训）。

4.1 常用电工仪表的使用 4.1.1 实训目的 1）了解常用电工仪表的基本用途。 2）熟悉电压表、电流表等电工仪表的使用方法。 3）熟悉稳压电源的使用方法。

4.1.2 实训原理 如何正确地使用电工仪表，是做好实验的保证，也是必备的基本功。短路、开路、虚接和错接等现象往往会引起烧毁仪表、损坏设备、甚至危害人身安全等事故。实训的关键是：了解电路原理，懂仪表性能，掌握接线方法，熟悉实验规则。除此之外，在实验中还要切实掌握以下技能：

1.电路接线 （1）准备充分在电路接线前，一定要做好实验准备工作。（2）先主后辅电路连接顺序是：先接主回路，再接辅助回路。（3）牢固准确接线端的连接处，要拧紧或插紧，防止虚接。（4）井然有序电路连接要井然有序，要易看、易查和易操作。

2.仪器仪表接线 （1）电流表的接线方法串联：电流表要串联在电路中。方向：电流从表 “＋”端流进，从表“—”端流出。电流表不准与电源并联。图4-1 电流表串联在电路中图4-2 电流从 “＋”端流进，从 “—”端流出

（2）电压表的接线方法 并联：电压表要并联在被测电路中。极性：测电压时，要注意电路 “＋”、—”端极性。严禁电压表与电源串联。图4-3 电流表不能与电源并联图4-4 电压表并联在电路中

电压表的接线方法 电压表要并联接在被测电路中。测量电压时，应注意电路 “＋”、—”端极性。图4-5 测电压时要注意极性

（3）欧姆表的接线方法 并联：欧姆表要与被测电阻或负载并接。测量电阻时，应注意断开电阻的一端。图4-6 万用表测电阻

欧姆表的接线方法 图4-7 并联电路测量电阻RL 图4-8 串联电路测量电阻RL

（4）单相功率表的接线方法 功率表有两对接线端子，一对标I的接线端子，是电流接线端子，同电流表接法（串联）相同；另一对标U的接线端子，是电压接线端子，同电压表接法（并联）相同。图4-9 功率表的接线原理图4-10 功率表与电路的连接

（5）绝缘电阻表的测量接线方法 绝缘电阻表俗称兆欧表，又称“摇表”，它是测量 Ω以上电阻之用。主要是用于测量电气设备和供电线路的绝缘电阻。测量连接方法类似电压表。不同的是兆欧表有三个接线柱，即L（线）、E（地）和G（屏），在进行一般测量时，只要把被测绝缘电阻接在L与E之间便可。但在测量表面不干净或潮湿的对象时，为了准确测量绝缘电阻，就必须使用G。

3、电工仪表的分类 电工仪表基本上可分为两大系列：（1）以数字技术为基础构成的电子式数字显示仪表，简称“数字表”。（2）以电磁作用力为基础构成的机械式模拟指针表，简称“指针表”。数字仪表是将连续变化的物理量（称模拟量）转变为不连续的数字量加以显示的新型仪表，是电工仪表发展的方向。

4-1 实训项目完 机械工业出版社印制

4.2 电流、电压与电位的测量 4.2.1 实训目的 1）加深对电流、电压与电位的理解。 2）掌握直流电路电流、电压和电位的测量方法。 3）验证电路中各点电位的相对性，电压的绝对性和等电位点的公共性。

4.2.2 实训原理 电路基本上是由电源、中间环节和负载三部分构成。为了研究的方便，通常将实际电路抽象为电路模型，用电阻、电容和电感等理想元件来模拟电路中的元器件，用理想的电压源和电流源来替代电路电源，再用理想导线将这些元器件连接起来，构成电路模型，如图4-11所示。 1.电路模型图4-11 电路模型

1）电流 2）电压 3）电位 4）正电位与负电位 5）等电位 2.电路基本参数

1）电流的测量 2）电压的测量 3）电位的测量 4）电压表的正确接法： ① 电压表外接法测量电路； ② 电压表内接法测量电路。 3.电流、电压和电位的测量

2）当被测电阻较小时，为了减少误差，通常采用内接法。 1）当被测电阻较大时，为了减少误差，通常采用外接法。 4. 电压表的内接法与外接法图4-12 电压表外接测量电路图4-13 电压表内接测量电路

4.2.4 实训内容与步骤 1.电压、电位测量电路如图4-14所示。电路参数：直流电源 US1＝20V，US2＝10V，R1＝120Ω，R2＝200Ω，R3＝100Ω，R4＝150Ω，R5＝120Ω。图4-14 电压、电位测量电路

1）接通稳压电源，将两个电源的输出电压分别调到20V和10V。 2）用电压表分别测出各点电位Ua、Ub、Uc、Ud、Ue以及电压Uab、Ubc、Ucd、Ude。 3）根据测得的数据，验证电压与电位差的关系：Uab＝Ua－Ub，Ubc＝Ub－Uc，Ucd＝Uc－Ud，Ude＝Ud－Ue，其值与基准点O无关。操作步骤

电路如图4-15所示。电路参数：直流电源US1＝14V，US2＝9V，R1＝20Ω，R2＝5Ω，RL＝6Ω。 2.电流的测量图4-15 电流测量电路

1）调节直流稳压电源，使输出电压为：Us1＝14V，Us2＝9V，并用直流电压表校准电压值。 2）用直流电流表测量I1、I2和I3的电流值，再用电压表测量Uao电压值，并将电流、电压测量值填入表4-3中。 3）根据公式I3＝Uao/RL，计算电流I3值，并验证I3的测量值与计算值是否相等。操作步骤

4.2.6 注意事项 1）认真选用元器件和测量仪表的型号、规格。 2）要了解仪表测量的读数方法和误差处理方法。 3）测量时，要注意仪表的正、负极性。 4）要根据估算的电压、电流值来选择仪表的量程，量程太小，容易损坏仪表；量程太大，误差大，测量不精确。

4.3 元器件伏安特性的测量 4.3.1 实训目的 1）加深对元器件伏安特性的理解。 2）掌握线性和非线性元器件伏安特性的测量方法。 3）掌握线性和非线性元器件伏安特性曲线的绘制方法。

4.3.2 实训原理 1）元器件的特性，一般用该元件上的电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性，有时也称为电路VCR (Voltage Current Relation )。用U和I分别作为纵坐标和横坐标绘成的曲线就叫做伏安特性曲线。 2）电阻、白炽灯泡和半导体二极管等，都是电路元件。其中线性电阻的伏安特性是一条通过原点的直线，该直线的斜率等于该电阻的阻值，如图4-16 A所示。

3）白炽灯泡在工作时，灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的改变而改变，具有非线性电阻元件的伏安特性，其阻值也不是常数，所以它的伏安特性为一条曲线，不服从欧姆定律。3）白炽灯泡在工作时，灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的改变而改变，具有非线性电阻元件的伏安特性，其阻值也不是常数，所以它的伏安特性为一条曲线，不服从欧姆定律。 4）半导体二极管也是非线性元件，其阻值不但随电压和电流的大小而改变，还与电流的方向有关。当正向接法时，其外特性如图4-16 C所示。

5）稳压二极管的正向伏安特性类似普通二极管，但反向伏安特性则较特别，如图4-16 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（一般称稳定电压），电流突然增加，以后它的端电压维持恒定，这种稳压特性，在电子设备中有着广泛的应用。

特性曲线 图4-16 线性电阻与非线性电阻的特性曲线

4.3.4 实训内容与步骤 1. 测量线性电阻的伏安特性电路如图4-17所示。电路参数：直流电源＝0～20V，RL＝100Ω，S为单刀单掷开关。图4-17 测量线性电阻伏安特性电路

1）先将稳压电源调到零位，闭合开关S，缓慢调节稳压电源Us的输出电压，使输出电压分别为表4-5所列出的电压值。记录时，以并联的电压表的指示值为准。然后逐点测量通过负载电阻RL的电流值，并填入表4-5中。 2）在实训报告册上，用逐点法绘制线性电阻RL的伏安特性曲线。操作步骤

将上述电路中的负载电阻RL换成20W/36V白炽灯泡，重复上述步骤，即可测得白炽灯泡两端的电压及相应电流数值，如图4-18所示。将上述电路中的负载电阻RL换成20W/36V白炽灯泡，重复上述步骤，即可测得白炽灯泡两端的电压及相应电流数值，如图4-18所示。 2.测量白炽灯泡的伏安特性图4-18 测量白炽灯泡伏安特性的电路

1）将稳压电源Us调到零位，闭合开关S，缓慢调节Us的输出电压，使输出电压分别为表4-6所列出的电压值。1）将稳压电源Us调到零位，闭合开关S，缓慢调节Us的输出电压，使输出电压分别为表4-6所列出的电压值。记录时，以并联的电压表的指示值为准。然后逐点测量通过白炽灯泡的电流值，并填入表4-6中。 2）在实训报告册上，用逐点法绘制非线性电阻－白炽灯泡的伏安特性曲线。操作步骤

电路如图4-19所示，R为限流电阻。首先用万用表R×100Ω或R×1KΩ档，判定二极管的极性，并记录等效正向阻值和反向阻值。 3.测量二极管的正反向伏安特性图4-19 测量二极管和稳压管伏安特性电路

1）将稳压电源调到零位，闭合开关S，接通电源，缓慢调节Us的输出电压，使输出电压U分别为表4-7所列出的电压值。然后逐点测量通过二极管的正向电流ID+和反向电流ID- ，将所测的电流值填入表4-7中。 2）在实训报告册上，用逐点法绘制二极管正反向伏安特性曲线。操作步骤

将图4-19所示电路中的二极管换成稳压二极管，重复上述步骤并记下读数。将图4-19所示电路中的二极管换成稳压二极管，重复上述步骤并记下读数。 4.测量稳压管正反向的伏安特性图4-19 测量二极管和稳压管伏安特性电路

4.3.6 注意事项 1）实验时，电流表应串接在电路中，电压表应并接在被测电路两端，要注意电流表的方向和电压表的极性。 2）合理选择量程，切勿超过电压表和电流表的量程，以免损坏电表。 3）稳压电源的输出，应由小至大逐步增加，输出端切勿碰线短路。 4）测量二极管正向特性时，电源输出要由小到大，逐渐增加，切勿超过最大工作电流而损坏二极管。

4.4 电流源与电压源的等效变换 4.4.1 实训目的 1) 加深对电流源与电压源的理解。 2) 熟悉电流源与电压源的外特性。 3) 掌握电压源与电流源的等效变换方法。

4.4.2 实训原理 1）电压源是一种理想的电路元件，其端电压是一固定值。无论负载如何变化，端电压总保持一定。实际电压源模型可以看作一个理想电压源与一个电阻的串联组合。 2）电流源也是一种理想的电路元件，其输出电流是一固定值。无论负载如何变化，输出电流总保持一定。实际电流源模型可以看作一个理想电流源与一个电阻的并联组合。

3）电路分析时，有时将实际电源看成理想电压源与等效内阻相串联，或看成理想电流源与等效内阻相并联，根据电路分析的需要，电压源与电流源可以进行等效变换。3）电路分析时，有时将实际电源看成理想电压源与等效内阻相串联，或看成理想电流源与等效内阻相并联，根据电路分析的需要，电压源与电流源可以进行等效变换。电压源与电流源的等效变换是指外部变换，即变换前后端口的外特性保持不变。

4.4.4 实训内容与步骤 1.测量理想电压源的外特性电路如图4-20所示。电路参数：直流电源Us＝10V，电阻R＝200Ω，可变电阻RL＝1KΩ，R为限流电阻。图4-20 测量理想电压源伏安特性电路

1）闭合开关S，调节Us的输出电压为10V。然后，缓慢调节可变电阻RL，使RL阻值由小到大变化，分别为表4-9所列出的值。1）闭合开关S，调节Us的输出电压为10V。然后，缓慢调节可变电阻RL，使RL阻值由小到大变化，分别为表4-9所列出的值。 2）逐点测量电压和电流值，并将所测电流和电压值填入表4-9中。操作步骤

电路如图4-21所示。电路参数：直流电源Us＝10V，R0＝100Ω，限流电阻R＝200Ω，可变电阻RL＝1KΩ。将直流电源US与电阻R0串联，来模拟实际电压源。 2.测量实际电压源的外特性图4-21 测量实际电压源伏安特性的电路

1）闭合开关S，使稳压电源Us的输出电压为10V。再缓慢调节可变电阻RL，使RL阻值由小到大变化，分别为表4-10所列出的值。 2）逐点测量电压值和电流值，并将所测电流和电压值填入表4-10中。操作步骤

电路如图4-22所示。电路参数：Is为直流稳流源，输出电流为10mA。负载电阻RL＝470Ω，电阻Ro分别为1KΩ和∞（开关S1接通或断开）。 3.测量理想电流源的外特性图4-22 测量理想电流源外特性电路

1）断开开关S1（相当于R0开路），闭合开关S2，缓慢调节电阻RL，使可变电阻RL的阻值分别为表4-11所列出的值。 2）逐点测量电流和电压值，并填入表4-11中。操作步骤

4.测量实际电流源的外特性 1）测量电路仍如图4-22所示。闭合开关S1和S2，使电流源Is与电阻R0并联，模拟电流源。 2）缓慢调节电阻RL，使RL的阻值分别为表4-12所列出的值。然后逐点测量电流和电压值，并填入表4-11中。

1）电路按图4-23（a）接线。电路参数：Us＝10V，R0＝100Ω，RL＝470Ω，闭合开关S，并记录电压表和电流表读数。1）电路按图4-23（a）接线。电路参数：Us＝10V，R0＝100Ω，RL＝470Ω，闭合开关S，并记录电压表和电流表读数。 5.电压源与电流源等效变换图4-23 a 测量电压源外特性电路

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