大学物理实验-基本电路的搭建和测绘实验参考报告

非线性电阻元件（白炽灯）实验数据 2-2 限流电 阻位置 I（mA） R=U/I （） 0 4.94 1 5.29 0.0275 5.20 2 5.94 3 6.66 4 10.16 0.0517 5.09 5 14.53 0.0744 5.12 6 36.00 0.244 6.78 7 52.6 0.704 13.4 8 127.9 4.22 33.0
桥式全波整流：
（二） 、在全波整流滤波电路基础上，利用 LM7805 搭建提供直流稳压的电路如图，
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用数字万用表测量其输出电压 5.03 V。 （三） 、测量线性和非线性元件的伏安特性（测量线性电阻、白炽灯元件在直流电路中伏 安特性） ①伏安特性是指元件的端电压与通过该元件电流之间的函数关系。一般线性电阻元件的 伏安特性满足欧姆定律。可表示为：U=IR，其中 U 为元件两端的电压，I 为通过元件的电流， R 为常量，称为电阻的阻值，它不随其电压或电流改变而改变。非线性电阻元件不遵循欧姆定 律，它的阻值 R 随着其电压或电流的改变而改变，即它不是一个常量。 ②测量内容： （测量 1K电阻与白炽灯的伏安特性曲线） 。 a、在九孔插接板上搭建电源为直流输出的分压电路，调节分压电阻旋钮，使旋钮分别处 在 a、b、c、d、e、f、g、位置，并测量流经负载 R 的电流值及两端电压 U，并计算对应的电 阻值。数据记入表 1‐1、1‐2 下图为实验连接图：
②数字示波器
使用示波器的自动方式：将待观察的信号经由数据线接入示波器的输入端子，按下 Auto 按键，示波器会处于自动方式并在无外部触发状态下采集波形。
（三） 、实验电路介绍
一般电路可分为电源、 控制电路和测量电路三部分。 控制电路就是控制负载的电流和电压， 使其达到预定要求。物理实验常见的电路有：限流与分压电路；RC、RL 暂态电路；滤波电路； 稳压电路；电桥电路等；本次课仅对限流与分压电路、整流电路进行实际操作。 1、限流与分压电路。如图 8、图 9： 图 8 限流电路 图 9 分压电路 2、整流电路 电力网供给用户的是交流电,而各种无线电装置需要用直流电。整流,就是把交流电变为直 流电的过程。利用具有单向导电特性的器件,可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。下 面介绍利用晶体二极管组成的各种整流电路。
d 41.50 0.295 7.11
e 59.30 0.910 15.3
f 83.50 1.92 23.0
g 127.6 4.17 32.7
I（mA） U（v） R=U/I （）
结论（伏安特性） ： 白炽灯电阻随着其电压电流的变化而变化，为非线性电阻 电流值及两端电压 U。数据记入表 2‐1、2‐2
图 13 线性电阻元件的分压实验线路
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图 14 非线性电阻元件分压的实验线路 线性电阻元件（1K电阻）测量数据表 1‐1 分压电阻位置 a b c I（mA） U（v） R=U/I （） 0 0 / 460 0.462 1.00k 1.50.53 0.989k f 4.29A 4.24 g 5.04A 4.96
图 12 整流、滤波、稳压电路
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四、实验内容
（一） 、根据图 10、图 11 组装半波整流电路、全波整流电路并通过数字示波器观察未整 流的电信号和整流后的电信号。 （注意：先用变压器将 220V 交流电变压成 12V 的交流电，再进 行示波器的观测和整流。整流电路的输入、输出端千万不能接错！否则会使电源短路！ ） 请在下面画出在示波器上看到的整流前和整流后的电信号图形 半波整流：
1.00k 0.992k
0.988k 0.984k
结论（伏安特性） ： 线性电阻元件电阻并不随电压电流的变化而变化；满足欧姆定律 。 非线性电阻元件（白炽灯）实验数据测量数据表 1-2
分压电阻位置
a 0 0 /
b 17.20 0.0918 5.33
c 27.27 0.156 5.72
。
b、在九孔插接板上搭建电源为直流输出的限流电路，调节限流电阻旋钮，测量负载 R 的
图 15 线性电阻元件的限流实验线路
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图 16 非线性电阻元件的限流实验线路 线性电阻元件（1K电阻）测量数据表 2-1 限流电 阻位置 I（mA） U（V） R=U/I （） 0 2.51 2.51 1 2.60 2.57 2 2.84 2.81
（一） 、基本电路构建平台（九孔板）
① 九孔板及配套的各种元器件模块 1、本实验构建基本电路的平台是九孔插件板（九孔板） ，它是一种多孔插件模式，实验 用的独立元器件可在上面任意安装、组合、拆卸。如图 1。
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九孔组
图 1 九孔插件板 在它的基板上设置有若干九孔组 （图 1 共有 24 组） ， 每一个九孔组中的九孔内均设有电极 片，且电极片之间相互连接，即：每一个九孔组的九个孔均为等电位点，而两个九孔组之间没 有任何连接。 与之配套的实验元器件一般选用两脚模块和四脚模块， 元器件模块上的相邻各脚 之间距离刚好可以使其插接在九孔组之间。这样，元器件模块就可在插件板上自由安装。正是 九孔插件板的这种结构， 可以使我们在其上自由的连接各种元器件模块， 如同搭积木一样实现 各种电路的连接。 ②九孔板提供的 LM7805 三端集成稳压器（稳压、降压作用的集成电路器件）(图 2)
分压电阻 限流电阻
图 4 交流变压器 图 5 限流和分压电阻 九孔插件板提供的变压器，如图 4，可将市电 220V 交流电压分别转换为交流 6V、12V、18V。 ⑤限流电阻和分压电阻 （如图 5） 限流电阻：通过改变串联在电路中的电阻大小改变电路的电流 分压电阻：通过选取定值电阻中，不同阻值上的电压来获得不同电压值
（二） 、测量用仪器 ①数字万用表使用
图 6 数字万用表 图 7 数字示波器
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数字万用表测量时注意：
①测量前，先确定好测量量，选择好正确的输入接口、功能档和量程； ②测量电流时（根据要测量的电流大小，将红表笔连至 A 或 mA/μA 端子，黑表笔连接至 COM 端子） ，必须把万用表串接在电路中！即：先将待测电路连接完整，然后断开待测的电路 路径，用测试表笔衔接断口。 ③测量电压时 （根据要测量的电压大小， 将红表笔连至 V 端子， 黑表笔连接至 COM 端子） ， ， 必须把万用表并接在电路中!即：将表笔直接接触待测的电路测试点处进行测量。 ④测量交流电压、电流时，屏上所显示的数值是正弦交流电的有效值。使用时，电流表串 联在电路中，电压表并联在被测电路两端，交流电压表、电流表没有极性之分，但应该注意量 程的合理选择。 ⑤无论测量什么量，绝不允许长时间将表笔接通在电路中！
图2
LM7805 稳压器
图 3 运算放大器（电压放大）
电子产品中，三端稳压集成电路有正电压输出的 LM78ⅹⅹ系列和负电压输出的 LM79ⅹⅹ 系列。顾名思义，三端 IC（集成电路模块）是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出， 分别是输入端（IN） ，接地端（G）和输出端（OUT） 。输入端可输入 7V-35V 范围内的电压。
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①半波整流电路 是一种最简单的整流电路如图 10。它由电源变压器 E、整流二极管 D 和负载电阻 Rfz , 组成。变压器把市电电压(多为 220 伏)变换为所需要的交变电压 E2,D 再把正弦交流电压 E2, 变换为单向脉动电压。
图 10 半波整流电路 图 11 全波整流电路 ②全波整流电路（本实验使用桥式整流电路） 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管连接成“桥” 式结构，便具有全波整流电路的优点，如图 11。 桥式整流电路的工作原理如下：E2 为正半周时，对 D1 、D3 加正向电压，Dl，D3 导通; 对 D2 、D4 加反向电压，D2 、D4 截止。电路中构成 E2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在 Rfz ， 上形成上正下负的半波整流电压，E2 为负半周时，对 D2 、D4 加正向电压，D2 、D4 导通； 对 D1 、D3 加反向电压，D1 、D3 截止。电路中构成 E2 、D2 、Rfz 、D4 通电回路，同样在 Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。 3、滤波电路 经整流电路后输出的电压是含有波动的单向脉动电压，脉动较大时会难以达到稳压的效 果，故通过两个滤波电容，利用电容的充、放电作用，滤掉高高低低的脉动，使输出电压趋于 平滑，达到输出直流电压的效果。
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LM78ⅹⅹ或 LM79ⅹⅹ后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如：LM7805 表示 输出电压为正 5V；LM7909 表示输出为负 9V。 ③运算放大器（Dual Amplifier） （图 3） 运算放大器（简称“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，它是把输 入的电压信号类比成数字，而输出信号可以是输入信号的加、减或微分、积分等数学运算的结 果。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。 运放是一个从功能的角度命名的电路单元， 可以由分立的器件实现， 也可以实现在半导体 芯片当中。 随着半导体技术的发展， 大部分的运放是以单芯片的形式存在。 运放的种类繁多 （本 九孔插板提供的“运放”仅仅是电压放大器） ，组成的电路五花八门。 ④变压器
二、 实验仪器
九孔插件板及配套元器件、数字万用表、数字示波器。
三、 实验原理
基本电路的搭建是物理实验教学最基本的技能训练，也是今后学习电子技术必须掌握的 知识。所谓基本电路是指由电器设备和元器件，按基本电路原理以分立元件连接起来的电路， 如利用元器件电源、电阻、电容、电感、二极管、IC（集成电路模块）和开关构成的限流电路、 分压电路、电表扩程、整流、滤波电路、稳压电路、RC、RL 暂态电路、电桥电路等
实 验 名 称 ： 基本电路的搭建和元件特性测量实验
姓 名 学 号 班 级 同组人 评
分
桌 号
0.989k
3 3.10 3.08
4 3.45 3.43
5 3.71 3.68