HNU工训中心：元器件及测量基础实验报告

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。

1. 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；

1. 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。

 

 

 

1. 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

 

1. 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。

1. 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。

1. 选用不同挡位测量，计算相对误差。

实验操作：

1. 读取上一实验的数据
2. 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：

1. 采取测量电阻伏安特性曲线的电路进行电路连接
2. 开启电源，测量数据
3. 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
4. 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。