工训中心的牛马实验
1.实验目的
1.熟悉测量验证常用元器件参数、 并采用替代法(测量回路电流)测量其伏安特性的方法。
2.熟悉测量误差及减小测量误差注意事项
2.实验仪器和器材
1.实验仪器.
直流稳压电源型号:IT6302
台式多用表型号:UT805A
2.实验( 箱)器材
电路实验箱
元器件:电阻(1/2W:1002、4700、 1k、4.7k、 10k
1/4W: 4700);二极管(1 N4148);电容(0.1μF、4.7μF、 47μF)
3.实验内容
1.观测给定元器件，用万用表检测电阻、电容值; 判别二极管的极性、测量二极管的正向压降; ( 判别三极管的类型和e、b、 c三个管脚)
2.选用不同挡位测量，计算相对误差。分析:减小测量误差 应选择合适的量程。
3.测量电阻和二极管的伏安特性。分析: 电阻为线性器件,二 极管为非线性器件、伏安特性包括正向和反向的。
4.观测电阻超过额定功率，二极管超过最大允许电流时的现象。分析:元器件工作超过极限参数时会发热损坏
4.实验原理
1.常用元器件的识别与简单测试
电子元器件根据封装和安装形式可分不同类:如分立器件与集成器件、直插式器件与表面安装器件;根据电气特性可分不同类:如有源器件与无源器件、线性器件与非线性器件。
无源器件是指没有电压、电流或功率放大能力的元器件,如电阻、电容、电感、二级管等。
有源器件是指有电压、电流或功率放大作用的器件，如三极管、场效应管、运算放大器等。有源器件正常工作的基本条件是必须向器件提供相应的电源，如果没有电源，器件将无法工作。
选用电子器件应熟悉其种类、特点、性能、指标、用途及使用方法。
常用种类:电阻器、电位器、电容器、电感器、二级管、三极管、场效应管、数码管和运算放大器等。
常用元器件的种类、规格、用途及参数
| 种类 | 规格 | 参数 | 功能 | 检测 |
| 电阻 | 绕线电阻、薄膜电阻、敏感电阻 | 阻值 额定功率 | 分压、限流和充当负载 | 固定可变 特殊 电桥 |
| 电容 | 陶瓷、云母、纸质、薄膜、电解 | 容量 额定电压 | 隔直流、通交流，滤波、旁路 | Q表 LCR测试仪 |
| 电感器 | 空心、磁芯、铁心电感器 | 电感量、品质因数、标称电流、分布电容 | 隔离、滤波 变换电压电流阻抗 | 自感 互感 Q表 |
| 二极管 | 普通二极管 发光二极管 稳压管 | 最大允许电流和最高反向工作电压，正向压降 | 整流、检波、稳压、混频 | 硅 锗 图示仪 |
| 三极管 | PNP型 NPN型 | 电流放大系数B、ICM、 BVceo、PCM | 放大作用和开关作用 | 图示仪 |
标称在元器件上的值称为标称值，常用文字符号直接标注和色码标注，选用元器件根据标称值及允许偏差范围选定参数，实际值可用仪表测得。
2 .元器件的伏安特性
加在元器件两端的电压V与元器件的电流I之间的关系曲线—伏安特性曲线。
测试伏安特性曲线：点测法，扫描法
电流测量方法：直接测量，替代法间接测量
a. 线性电阻器件伏安特性曲线:
b. 二极管是非线性器件，正向和反向伏安特性都是非线性的且是不对称的:
3.测量方法测量误差
a.测量内容
能量测量:电压、电流、功率、电场强度
电路参数:电阻、电容、电感、阻抗
信号特性参数:频率周期、相位、调制系数
特性曲线:伏安特性、幅频特性、相频特性
性能特性:放大倍数、通频带、灵敏度、信噪比
b.测量方法
直接测量法:测量结果直接显示出数值
间接测量法:先测量与被测量有一定关系的量，再推算出
组合测量:列出数个被测量方程式，通过联立方程组求解
c.测量及发生信号仪器
信号发生器:函数信号发生器、任意波形发生器
电压测量:指针、数字电压(伏特、毫伏)表
电流测量:指针、数字电流(安倍、毫安)表
信号波形及参数测量:模拟、数字示波器
信号分析:频谱仪、信号分析仪
电路参数测量:扫频仪、网络分析仪
模拟电路特性分析测试:电桥、晶体管特性测试仪
数字电路特性分析测试:逻辑分析仪
d.测量仪器技术指标
准确度、量程、分辨率、频率范围、输入阻抗等
f.测量误差
测量误差是测量值与真值(被测量的真实值)的差别。分系统误差，偶
然误差和粗大误差，用绝对误差和相对误差表示。
绝对误差:
绝对误差可由仪表的准确度等级及量程计算得到：
相对误差：
容许误差:相对误差和绝对误差结合表示（电子测量仪器）
如准确度为a%±n的数字多用表测量值为X：
测量误差
如测量电阻显示99.002Ω（5位半多用表准确度0.02％±6，用200Ω档）则：
减小测量误差：测量方法，选用仪表，量程合适，校正， 多次测量等
4 .多用表、直流稳压电源使用
a.多用表
多用表（万用表）的种类：指针式和数子表
多用表功能：测量电阻直流交流电压、电流、通断、电容、二极管、三极管，温度、频率等。
多用表测量的准确度：位数（3位半、5位半），误差等级。
多用表使用注意：功能旋转开关及量程选择、表笔位置：
测量电压、电阻、二极管、通断等：红表笔插入VΩ端，黑表笔插入公共端COM。（数子表红表笔内部接+，黑表笔接-）
注意：元器件测量参数时不能外接电源电路。
测量电流：红表笔插入A或mA端口,黑表笔插入公共端口COM（此时仪表内阻为0）,测量时要断开被测电路后将表笔串入断开的两点。
注意：不能并接被测电路，并正确选量程及端口。
b.直流稳压电源
工作原理: 线性直流稳压源与开关稳压电源。
主要技术指标: 额定功率、输入电压、（几组）输出电压及输出电流等；特性指标：稳压系数、输出电阻、纹波电压等质量指标。
- 实验操作
1.观测给定元器件， 用万用表检测电阻、 电容值； 判别二极管的极性、 测量二极管的正向压降；
- 万用表测电阻
将万用表红表笔接入实验箱电阻的一端，黑表笔接入另一端，万用表调成欧姆档，从显示器读出读数即可。
- 万用表测电容
测量方法同测电阻，即将万用表调成电容档即可
- 判别二极管的极性、 测量二极管的正向压降
方法同测电阻，只需测完一次后将红黑表笔换位置即可测出二极管的另一属性
结果分析：如图可得，实验测得的数据值和实验箱上标的值有一定误差，这是可能由于元器件老化，接触不良以及导线自身带有电阻的关系。另外由二极管的现象可得二极管具有单向导向性，反向导向时电阻无限大，正向导向时电阻较小。
- 测量电阻和二极管的伏安特性。
操作：
1.按照实验原理图连接电路
2.打开直流电源，测量数据
3改变取样电压，再次测量数据
4重复上述过程，直到收集到足够的数据时停止实验。整理数据
实验数据：
测量电阻器伏安特性
| 电压V | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 3 | 6 |
| 取样电压Vr | 0 | 0.0857 | 0.17213 | 0.25852 | 0.34506 | 0.51825 | 1.039 |
| Vrx | 0 | 0.4143 | 0.82787 | 1.24148 | 1.65494 | 2.48175 | 4.961 |
| Irx | 0 | 0.000857 | 0.0017213 | 0.0025852 | 0.0034506 | 0.0051825 | 0.01039 |
测量二极管伏安特性
正向
| 电压V | 0 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | 1 | 2 | 3 | 6 |
| 取样电压Vr | 0 | 0.28726 | 0.48001 | 0.67290 | 0.96020 | 1.91878 | 2.8245 | 5.7380 |
| Vdx | 0 | 0.01274 | 0.01999 | 0.0271 | 0.0398 | 0.08122 | 0.1755 | 0.262 |
| Idx | 0 | 0.0028726 | 0.0048001 | 0.006729 | 0.009602 | 0.0191878 | 0.028245 | 0.05738 |
反向
| 电压V | -0.5 | -1 | -2 | -3 | -6 | -10 |
| 取样电压Vr | -0.49157 | -0.98484 | -1.97154 | -2.9584 | -5.9225 | -9.4512 |
| Vdx | -0.00834 | -0.01516 | -0.02846 | -0.0416 | -0.0775 | -0.5488 |
| Idx | -0.0049157 | -0.0098484 | -0.0197154 | -0.029584 | -0.059225 | -0.094512 |
现象分析：
实验图形基本符合预测
通过伏安特性曲线可知，线性元件的电阻维持不变，伏安特性曲线继续呈一条直线。而二极管呈曲线变化。
实验结论：
二极管的电阻随着电压变化而变化，且随着电压增大电阻升高的速度放缓。
- 选用不同挡位测量，计算相对误差。
实验操作：
- 读取上一实验的数据
- 读取元件上的标注值以及偏差，配合万用表的档位以及测量值进行记录分析
实验数据：
已知5位半多用表准确度0.02％±6
| 电阻的标称值 | 100Ω | 470Ω | 1KΩ | 1KΩ | 10KΩ |
| 允许偏差范围 | ±5%J—I级 | ||||
| 测量值 | 200 | 2K | 2K | 20K | 20K |
| 99.433Ω | 0.47294KΩ | 1.00797KΩ | 1.0080KΩ | 9.9853KΩ | |
| 偏差 | 0.567Ω | 2.94Ω | 7.97Ω | 8Ω | 14.7Ω |
| 测量误差 | 0.0258866Ω | 0.000154558KΩ | 0.000261594KΩ | 0.0008016KΩ | 0.000259706KΩ |
已知5位半多用表准确度0.2％±5
| 电容的标称值 | 0.01μF | 0.1μF | 0.47μF | 4.7μF |
| 允许偏差范围 | ||||
| 测量值 | 6μF | 6μF | 6μF | 60μF |
| 0.010μF | 0.088μF | 0.433μF | 4.788μF | |
| 偏差 | 0μF | 0.012μF | 0.037μF | 0.088μF |
| 测量误差 | 0.00502μF | 0.005176μF | 0.005866μF | 0.014576μF |
通过万用表测量，实验用二极管不存在损坏
| 1N4007 | LED | LED（共阴极） | |
| 正向降压 | 0.57V | 1.76V | 1.62V |
| 反向电阻 | 无穷大 | 无穷大 | 无穷大 |
现象分析：
几乎所有元件都存在测量误差，且误差值与测量量程的选择有关。
实验结论：
一般来说，目标值接近量程中部时误差相对较小
二极管存在着单向导通性。一般来说，某一方向电阻有限，而另一方向电阻近乎无限大。
4.观测电阻超过额定功率，二极管超过最大允许电流时的现象。
实验操作：
- 采取测量电阻伏安特性曲线的电路进行电路连接
- 开启电源，测量数据
- 逐步升高电压，记录数据。同时观察电阻是否有任何冒烟现象
- 观察到冒烟现象后，立刻停止实验，整理数据
实验数据：
| 电压 | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 |
| 取样电压Vr | 0 | 0.08703 | 0.17430 | 0.26164 | 0.34902 |
| Vrx | 0 | 0.41297 | 0.8257 | 1.23836 | 1.65098 |
| Irx | 0 | 0.0008703 | 0.001743 | 0.0026164 | 0.0034902 |
| P | 0 | 0.0003594 | 0.001439 | 0.00324 | 0.00576 |
| 电压 | 3 | 6 | 10 | 11 | 20 | 31 |
| 取样电压Vr | 0.52380 | 1.05028 | 1.75851 | 1.94304 | 3.5994 | 5.7225 |
| Vrx | 2.4762 | 4.94972 | 8.24149 | 9.05696 | 16.4006 | 24.2775 |
| Irx | 0.005238 | 0.0105028 | 0.0175851 | 0.0194304 | 0.035994 | 0.057225 |
| P | 0.012970 | 0.0519859 | 0.1449274 | 0.1759803 | 0.590323 | 1.389279 |
现象分析：如图，当电压达到11V时，出现了冒烟现象，说明此时已经达到工作极限。继续增大电压，电阻烧毁。
实验结论：电阻存在最大工作电压，一旦超过这个阈值，就会对元件造成不可逆损坏。
6.心得总结：
1.学习的知识点：初步学习了一些元器件的识别与简单测试，了解了常用元器件的种类、规格、用途及参数。学习到了一些元件的伏安特性，以及工作状态的存在。认识了误差的产生原因，学习了避免/减少误差的方法
2.掌握的技能：掌握了测量常用元件的技能，具备判断二极管极性的能力。学习了误差计算的方法。学会了伏安特性的测量。熟悉了利用绘图软件绘图的能力。
3.人文：认识到交流效率的重要性。听讲或者观摩网课时的疑问与其思考，不如多余同学老师交流请教。在面对多阶段多人合作的精细操作时，保持高度的耐心和高效的交流是十分必要的。这样间接影响着实验进行的效率。同时，实验安全也十分重要。要做到及时断电，不触摸高热元件
4.记忆：课前提前预习，可以极大的知识的记忆程度。同时，及时对知识进行梳理也可以节约大量记忆成本。
