【正文】 穩(wěn)壓電源電壓 US2=8V， RP為可變電阻器，電阻 R1=51?， R2=200?。 電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的電位差，電壓與參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)。 （ 2） 調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源輸出電壓旋鈕，使其輸出電壓分別為 0V、 1V、 2V、 3V、 4V、 5V、 6V、7V、 8V、 9V、 10V、 11V、 12V，測(cè)量相對(duì)應(yīng)的電流值 I 及燈泡兩端電壓 U，將數(shù)據(jù)記入表12 中。 （ 3） 非線性電阻元件 非線性電阻元件不遵循歐姆定律，它的阻值 R 隨著其電壓或電流的改變而改變，即它不是一個(gè)常量，其伏安特性是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線，如圖 11（ b）所示。 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)手冊(cè) 大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 目 錄 01． 電路元件伏安特性的測(cè)繪 02． 基本電路的測(cè)量 03． 基本儀器的使用 04． 整流濾波電路 05． 穩(wěn)壓電路 06． RC、 RL 暫態(tài)電路的研究 07． RLC 暫態(tài)電路的研究 08． 元件參數(shù)的測(cè)量 09． 電表的改裝 10． 電橋電路 11． 電路混沌效應(yīng) 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) — 01 電路元件伏安特性的測(cè)繪 一． 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1． 學(xué)習(xí)測(cè)量線性和非線性電阻元件伏安特性的方法，并繪制其特性曲線 2． 掌握運(yùn)用伏安法判定電阻元件類型的方法 二． 實(shí)驗(yàn)原理與說(shuō)明 1． 電阻元件 （ 1） 伏安特性 二端電阻元件的伏安特性是指元件的端 電壓與通過(guò)該元件電流之間的函數(shù)關(guān)系。 U(v) I(mA) I(mA) U(v) 0 0 (a) 線性電阻的伏安特性曲線 (b) 非線性電阻的伏安特性曲線 圖 11 伏安特性曲線 （ 4） 測(cè)量方法 在被測(cè)電阻元件上施加不同極性和幅值的電壓，測(cè)量出流過(guò)該元件中的電流；或在被測(cè)電阻元件中通入不同方向和幅值的電流，測(cè)量該元件兩端的電壓，便得到被測(cè)電阻元件的伏安特性。斷開(kāi)電源，將穩(wěn)壓電源輸出電壓旋鈕置零位。 2． 測(cè)量電路中的電壓和電位。 2． 測(cè)電流：閉合開(kāi)關(guān) S，從電流表讀取回路電流 I 的值，記入表 21 中。 2． 根據(jù)圖 21 中已給定的參數(shù)，預(yù)算出表 21 中各點(diǎn)的電位、各段電壓的大小和極性， 供實(shí)驗(yàn)中參考。假設(shè)它的兩個(gè)通道分別為Y1和 Y2，當(dāng)由電子線路組成的電子開(kāi)關(guān)接通 Y1通道時(shí)，受信號(hào) u1的控制，熒光屏上顯示 u1的信號(hào)的波形；同理，當(dāng)接通 Y2 通道時(shí)，熒光屏上顯示 u2 的波形。 使用示波器時(shí)要注意旋鈕位置有無(wú)錯(cuò)位，因旋鈕帽蓋上的緊固螺絲經(jīng)常有打滑現(xiàn)象。 從信號(hào)發(fā)生器引出的輸出電壓和“接地”不可短路，以 免損壞信號(hào)發(fā)生器；輸出電壓應(yīng)從 0→規(guī)定值→ 0；儀器電源不要時(shí)斷時(shí)通。 變壓器輸出電壓 V2（ V） 整流級(jí)輸出電壓（ V） 估算值 測(cè)量值 表 41 2． 整流濾波電路 按圖 42 所示，連接整流、濾波電路，檢查無(wú)誤后進(jìn)行通電測(cè)試，測(cè)濾波級(jí)輸出電壓，記錄于表 42，觀察到的波形繪于圖 43(c)中。 直流穩(wěn)壓電源一般由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路三部分組成，如圖 51。 斷開(kāi) RL（ RL=∞開(kāi)路），用萬(wàn)用表測(cè)量 RL兩端的電壓，記為 U’。 上述的暫態(tài)過(guò)程為電容充電過(guò)程，充電曲線如圖 62 所示。 5． 微分電路和積分電路 圖 64 的 RC 充放電電路中 ，當(dāng)電源方波電壓的 周期 T τ時(shí)，電容器充放電速很快，若 cu Ru ， cu ≈u ，在電阻兩端的電壓 Ru = iR? ≈ dtduRC c ≈ dtduRC ， 這就是說(shuō)電阻兩端的輸出電壓 Ru 與輸入電壓 u 的微分近 似成正比，此電路即稱為微分電路， Ru 波形如圖 65(d) 所示。 （ 2） 將圖 67 電路中的電阻 R 換為 10 kΩ，重復(fù)上述過(guò)程，測(cè)量結(jié)束記錄表 63 中。改變電阻阻值，使 R=1 kΩ，觀察電壓 cu 波形的變化，分析其原因。 六、 分析和討論 1． 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析 RC 電路中充放電 時(shí)間的長(zhǎng)短與電路中 RC 元件參數(shù)的關(guān)系。各項(xiàng)都是電容上電流 ic 的函數(shù)。 uc(v) i (A) i (A) uc0 uc 0 uc(v) 0 t(s) i （ a）電壓、電流波形 （ b）狀態(tài)軌跡 圖 72 過(guò)阻尼狀態(tài) R、 L、 C 串聯(lián)電路電壓、電流波形及其狀態(tài)軌跡 從圖 72（ a）中可以看出，電流振蕩不起來(lái)。其電壓，電流波形如圖 73（ a）所示。 表 72 ω 0 = LC1 L=10mH C = F f0 = R1=10Ω R2=51Ω R3=200Ω LR2?? ω = 220 ??W 電路狀態(tài) 波形 五． 分析和討 論 1． R、 L、 C 串聯(lián)電路的暫態(tài)過(guò)程為什么會(huì)出現(xiàn)三種不同的工作狀態(tài)？試從能量轉(zhuǎn)換角度對(duì)其做出解釋。 圖 81 通過(guò)測(cè)量 Ic 和 U，可以作出電容元件的伏安特性，并間接求取電容 C 的大小 。 3． 直流電路中的 R、 C 元件 按圖 83 接線，加上直流電源，研究直流穩(wěn)態(tài)電路中 R、 C 元件的特點(diǎn)。 Ig 可在表頭的面板刻度上獲得，而 Rg 需實(shí)測(cè)。串聯(lián)不同大小的 RV可以得到不同量程的電壓表。記錄此時(shí)萬(wàn)用表顯示值 U= 。 （ 2） 校正擴(kuò)大量程表上有標(biāo)度值的點(diǎn)，應(yīng)使電壓增加和減少各校正一次，并將測(cè)得數(shù)據(jù)記錄 92 表中。所以用直流電橋測(cè)量電阻 RX，其實(shí)質(zhì)就是在電橋平衡條件下，把待測(cè)電阻 RX按已知比率關(guān)系 R1/R2直接與標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行比較，故電橋法可稱“平衡比較法”。測(cè)量時(shí)用萬(wàn)用表估計(jì)被測(cè)電阻的大小。*? ，其中 Rs 為電橋第一次平衡時(shí)比較臂的值； R’S為 Rx 與 Rs 互易后，電橋第二次平衡比較臂的值。 三十九． 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 名稱 數(shù)量 型號(hào) 1． 直流穩(wěn)壓電源 1 臺(tái) 2． 集成運(yùn)放 1 塊 TL082 3． 集成塊座 1 只 雙運(yùn)放座 4． 電容 2 只 22nF*1， F*1 5． 電位器 2 只 220?*1， 1K?*1 6． 電阻 6 只 100?*2， 1K?*1， 2K?*1， 10K?*2 7． 線圈 1 只 1000 圈 8． 短接橋和連接導(dǎo)線 若干 P81 和 50148 9． 實(shí)驗(yàn)用 9 孔插件方板 1 塊 297mm 300mm 四十． 實(shí)驗(yàn)步驟 1． 按圖 111 連接電路，調(diào)節(jié) R R8，用雙蹤示波器從 CH CH2 處接入，觀察電路混沌效應(yīng)。 （ 2） 改變 RS值調(diào)節(jié)電橋平衡，記錄 RS值。為了消除上述原因造成的誤差，可在保持 R1/R2比值不變的條件下，將 RS和 RX交換位置，調(diào)節(jié) RS為 RS’，使電橋重新平衡，則 sRRsRx 39。 標(biāo)度值 UX 20 40 60 80 100 US1 US2 US Δ U= UxUs 表 92 三十二． 分析和討論 1． 試設(shè)計(jì)測(cè)量?jī)?nèi)阻的幾種方法。此時(shí) R0 替代了表頭內(nèi)阻 Rg， R0 為電阻箱，可直接讀得表頭內(nèi)阻。 圖92 圖 93 4． 改裝表的校正 電表在擴(kuò)大量程或改裝后需要進(jìn)行校正。 圖 91 2． 將表頭改裝（擴(kuò)大量程）為電流表 將表頭改裝成電流表的方法是， 在表頭兩端并聯(lián)一低電阻 RA，如圖 92 所示。 圖 82 圖 83 項(xiàng)目 電阻電路 電容電路 被測(cè)量 U I R U I 結(jié)論 單位 數(shù)值 表 82 直流電路中的 R、 C 元件 二十七． 分析和討論 1． 比較電阻和電容在不同電路中的伏安特性。使用時(shí)，電流表串聯(lián)在電路中，電壓表并聯(lián)在被測(cè)電路兩端，交流電壓表、電流表沒(méi)有極性之分，但應(yīng)該注意量限的合理選擇。實(shí)際的電阻器和電容器并非理想元件，但在一定的頻率范圍內(nèi)，忽略某些次要因 素，可以看作理想元件。 （ 3） 當(dāng)電路中的電阻適中： R=2CL時(shí)，稱為臨界狀態(tài)。電流由最大減小到零，沒(méi)有反方向的電流和電壓，是因?yàn)榻?jīng)過(guò)電阻，能量全部給電阻吸收了。 上式（ 2）中，由于電容兩端電壓 不能突變，所以電容上電壓 uc 在開(kāi)關(guān)接通前后瞬間都是相等的，都等于信號(hào)電壓 us 。 3． 將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為尖脈沖信號(hào)，可通過(guò)什么電路來(lái)實(shí)現(xiàn)？對(duì)電路參數(shù)有什么要求？ 4． 將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為三角波信號(hào)，可通過(guò)什么電路來(lái)實(shí)現(xiàn)？對(duì)電路參數(shù)有什么要求？ 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) — 07 二階電路的響應(yīng)研究 一． 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1． 研究 R、 L、 C 串聯(lián)電路的電路參數(shù)與其暫態(tài)過(guò)程的關(guān)系。再將圖 68 中u(V) 0 t(s) uc(V) 0 t(s) R和 C的位置互換，取 C=10μ F， R=51Ω（τ = RC = ），電源方波電壓 u 同上（ T=1/1000=1 ms τ），在電阻兩端的電壓 UR即為微分輸出電壓，將 u 輸入示波器的 YB通道， UR輸入示波器的 YA 通道，觀察并描繪 u 和 UR的波形圖。 I(mA) I(mA) 0 t(s) 0 t(s) （ R=1 kΩ） （ R=10kΩ） 3． 時(shí)間常數(shù)的測(cè)定 （ 1） 實(shí)驗(yàn)線路見(jiàn)圖 66， R 取 10kΩ，測(cè)量 cu 從零上升到 %Us 所需的時(shí)間，亦即測(cè)量充電時(shí)間常數(shù)τ 1；再測(cè)量 cu 從 Us 下降到 %Us 所需的時(shí)間，亦即測(cè)量放電時(shí) 間常數(shù)τ 2；將τ 1，τ 2記入下面空格處。 三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 名稱 數(shù)量 型號(hào) 1．直流穩(wěn)壓電源 1 臺(tái) 0～