实验名称基本电路的搭建和元件特性测量实验.docx
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实验名称基本电路的搭建和元件特性测量实验
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
桌号同组人
本实验指导教师实验地点：
基础教学楼1201
实验日期20年月日时段
一、实验目的
1、掌握基本电路的物理思想，了解各种元器件的功能；
2、学习用九孔板搭建电路的方法，并学会桥式整流电路和分压、限流电路；
3、学习使用数字万用表、数字示波器。
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
（一）、基本电路构建平台（九孔板）
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。
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。
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）
图2LM7805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。
LM78
ⅹⅹ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。
运算放大器（DualAmplifier）（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。
变压器
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。
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
数字万用表使用
图6数字万用表图7数字示波器
数字万用表测量时注意：
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；
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。
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。
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。
无论测量什么量，绝不允许长时间将表笔接通在电路中！
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。
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
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。
图12整流、滤波、稳压电路
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：
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，
用数字万用表测量其输出电压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）
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。
测量内容：
（测量1KΩ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：
图13线性电阻元件的分压实验线路
图14非线性电阻元件分压的实验线路
线性电阻元件（1KΩ电阻）测量数据表1-1
分压电阻位置
a
b
c
d
e
f
g
I（mA）
U（v）
R=U/I（Ω）
结论（伏安特性）：
。
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
b
c
d
e
f
g
I（mA）
U（v）
R=U/I（Ω）
结论（伏安特性）：
。
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的电流值及两端电压U。
数据记入表2-1、2-2
图15线性电阻元件的限流实验线路
图16非线性电阻元件的限流实验线路
线性电阻元件（1KΩ电阻）测量数据表2-1
限流电阻位置
0
1
2
3
4
5
6
7
8
I（mA）
U（V）
R=U/I（Ω）
非线性电阻元件（白炽灯）实验数据2-2
限流电阻位置
0
1
2
3
4
5
6
7
8
I（mA）
U（V）
R=U/I（Ω）
五、预习题：
1、用万用表测量电路的电流时，是否可以不断开电路直接将表笔插入电路中？
为什么？
2、简单叙述晶体二极管的特性
3、请使用图a中的分立元件，在图b中画出符合要求的九孔插板插接方案。
图a九孔插板分立元件
图b串并联电路九孔板插接方案图
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