电路原理实验3 仪表内阻对测量的影响

电路实验实验一 基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、实验目的1. 熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。

2. 掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。

3. 熟悉电工仪表测量误差的计算方法。

二、原理说明1. 为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态。

这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。

而实际使用的指针式电工仪表都不能满足上述要求。

因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值＄之间出现误差。

这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关。

只要测出仪表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。

以下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。

2. 用“分流法”测量电流表的内阻如图1-1所示。

A 为被测内阻(R A )的直流电流 表。

测量时先断开开关S ，调节电流源的输出电流I 使A 表指针满偏转。

然后合上开关S ，并保持I 值不 变，调节电阻箱R B 的阻值，使电流表的指针指在1/2 满偏转位置，此时有I A ＝I S ＝I/2∴ R A ＝R B ∥R 1 可调电流源 R 1为固定电阻器之值，R B 可由电阻箱的刻度盘上读得。

图 1-13. 用分压法测量电压表的内阻。

如图1-2所示。

V 为被测内阻(R V )的电压表。

测量时先将开关S 闭合，调节直流稳压电源的 输出电压，使电压表V 的指针为满偏转。

然后 断开开关S ，调节R B 使电压表V 的指示值减半。

此时有：R V ＝R B ＋R 1电压表的灵敏度为：S ＝R V /U (Ω/V) 。

式中U 为电压表满偏时的电压值。

可调稳压源 图 1-2 4. 仪表内阻引入的测量误差（通常称之为方法误差， 而仪表本身结构引起的误差称为仪表基本误差）的计算。

R 1 （1）以图1-3所示电路为例，R 1上的电压为 U R1＝─── 。

R 1＋R 2 现用一内阻为R V 的电压表来测量U R1值，当R V 与R 1并联后，R V R 1R AB ＝───，以此来替代上式中的R 1，则得R V ＋R 1vR V R 1 图 1-3────R V ＋R 1 －R 2 1R 2UU'R1＝────── U 。

实验二 设计实验 戴维宁定理的研究一、实验目的1. 验证戴维宁定理，加深对等效概念的理解。

2. 学习线性有源二端网络等效电路参数的测试方法。

3. 学习减小仪表内阻对测量结果影响的实验方法。

二、实验原理与说明（1）戴维宁定理指出：任何一个线性有源二端电阻网络，对外电路来说，可以用电压源和电阻的串联组合支路等效。

电压源的电压等于原来有源二端网络的开路电压U OC;而电阻等于原来有源二端网络中所有独立电源置零时的输入电阻R（2）戴维宁定理的使用条件是被等效的有源二端网络必须是线性的。

通过测量有源二端网络的端口福安特性曲线)(I f U =，如图2-2-15所示，可以判别有源二端网络是否为线性。

（3）开路电压的测量方法：①用高内阻直流电压表直接测量。

一般工程测量中认为若电压表内阻是被测电阻的一百倍以上，则电压表为高内阻表。

②补偿电压法。

先用直流电压表粗侧有源二端网络的开路电压UOC，然后用一直流电压源US和分压器RP组合得到可调电压，接线如图2-2-16所示。

将可调电压U 调制稍大于二端网络的粗侧开路电压值，利用试测法不断改变可调电压U ，直至毫安表（或检流计）读书为零，此时电压表读数基本消除了电压表内阻对网络开路电压的影响。

③负载电阻两值法。

按图2-2-17接线，改变负载电阻RP值两次，分别测得两组电压电流值)(11I U 、和)(22I U 、，则开路电压为I II U I U UOC121221--= (2-2-3)（4）有源二端网络等效电阻的测量方法：①开路短路法。

测量有源二端网络的开路电压U OC 和短路电流ISC；为减少电流表内阻等效电阻R对测量结果的影响，可采用补偿法测短路电流ISC，如图2-2-18所示电路。

不断改变电阻RP，即可调补偿电流大小，直至毫伏表读数为零，此时电流表读数基本消除了电流表内阻对网络短路电流的影响。

应当注意如果因短路电流过大可能损坏网络内部器件时，不能用此方法。

实验2 仪表内阻对测量结果的影响和修正一、实验目的1.了解电压表、电流表内阻的测量方法；2.理解仪表内阻对测量误差的影响；3.掌握修正仪表内阻对测量误差影响的方法。

二、实验原理（1）仪表内阻是指仪表在工作状态下，在仪表两个输入端子之间所呈现的等效电阻和阻抗。

在精确测量中，必须考虑其引起的测量误差。

仪表内阻的测量方法：1.万用表直接测量（打开电表电源）电表内阻过小时，容易过载，一般不同于测量非常小电阻，如0.1Ω2.伏安法3.半偏法（2）电压误差的修正：使用内阻不是无穷大的电压表测量电路中的电压会产生方法误差△U，则测量值需按下式修正：U=U测量值+△U；△U与测量值、电路结构和参数以及仪表内阻有关非理想电压表测量电压时的误差：U oc：从电压表两端看进去的一端口网络开路电压R1//R2：从电压表两端看进去的一端口网络等效内阻R V：电压表内阻△U=U理-U测=U oc-U测=U R1//R2=I*（R1//R2）△U=U*R1//R2/R V修正后R2电压值U=U测+△U（3）电流误差的修正：使用内阻不是零的电流表测量电路中的电流会产生方法误差△I，则测量值需按下式修正：I=I测+△I△I与测量值、电路结构和参数以及仪表内阻有关。

非理想电流表测量电流时的误差：I sc：从电流表两端看进去的一端口网络短路电流R eq：从电流表两端看进去的一端口网络等效内阻R A：电流表内阻△I=I理-I测=I SC-I=I(R1+R2)△I=I*R A/(R1+R2)=I*R A/R eq修正后电流值：I=I测+△I三、实验仪器设备数字万用表、电工综合试验台四、实验内容（1）实验任务一用万用表测量直流电流表的内阻为1.6Ω，直流电压表的内阻为5.44MΩ（2）实验任务二一个小电阻，测得的电流偏小。

△I=14.54*1.6/(180+150)=7.05*10-2mA五、实验心得1.在推导电压表、电流表的内阻误差的修正公式时，要会正确运用戴维南等效和诺顿等效。

课程名称：电路与电子技术实验Ⅰ指导老师：成绩：__________________实验名称：仪表内阻对测量结果的影响和修正含源一端口网络等效参数和外特性的测量实验类型：基础规范型实验同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的与要求1.了解电压表、电流表内阻的测量方法。

2.理解仪表内阻对测量误差的影响。

3.掌握修正仪表内阻对测量误差影响的方法。

4.掌握含源一端口网络等效参数及其外特性的测量方法.5.验证戴维南定理和诺顿定理6.了解实验时电源的非理想状态对实验结果的影响。

二、实验内容和原理1. 仪表内阻的测量方法仪表内阻是指仪表在工作状态下，在仪表两个输入端之间所呈现的等效电阻或阻抗。

在精确测量中，必须考虑由于输入电阻有限所引起的测量误差。

仪表内阻的测量方法：①万用表电阻挡直接测量：使用万用表或电阻表直接测量，操作最简单，但用这种方法须十分谨慎。

因电阻表低量程挡的工作电流一般都在100 mA以上，所以测量时通过被测表的电流必须小于其量程。

②半偏法：首先选定仪表的某一量程，直接加电源使该量程满偏，然后接人高精度可调电阻，并调节电阻大小使仪表半偏，此时对应的电阻值就是仪表内阻。

使用半偏法时，需要准备数值范围能够涵盖仪表内阻大小的高精度可调电阻以及标准电源。

③伏安法：有些仪表如功率表、电度表等含有电压和电流两个线圈，工作时须同时输入电压和电流才有读数，当测量其电流线圈内阻时，不可能利用其读数获得电流，所以需要外接电压表和电流表同时读数，以求得内阻的大小。

2.仪表内阻对测量值的影响及修正方法实际使用中的仪表由于存在内阻，在接人测量电路时，会改变被测电路的工作状态，使测量的结果与被测电路的实际值产生误差。

此误差属于系统误差(方法误差)，可以采用下述三种方法分析仪表内阻对测量值的影响，并加以修正。

实训十五 仪表量程扩展一、实训目的1. 了解指针式毫安表的量程和内阻在测量中的作用。

2. 掌握毫安表改装成电流表和电压表的方法。

二、原理说明1. 一只毫安表允许通过的最大电流称为该表的量程，用I g 表示，该表有一定的内阻， 用R g 表示。

这就是一个“基本表”，其等效电路如图15-1所示。

Ig 和Rg 是毫安表的两个重要参数。

2. 满量程为1mA 过1mA 的电流，过大的电流会造成“打针”，甚 至烧断电流线圈而损坏。

要用它测量超过1mA 的电流，亦即要扩大毫安表的测量范围，可选择一个合适的分流电阻R A 与基本表并联，如图15-2所示。

R A 的大小可以精确算出。

设：基本表满量程为Ig=1mA ， 基本表内阻Rg=100Ω。

现要将其量程扩大10量10mA 电流），则应并联的分流电阻R 满足下式：同理，要使其量程扩展为100mA ，则应并联1.11Ω的分流电阻。

当用改装后的电流表来测量10（或100）mA 以下的电流时，只要将基本表的读数乘以10（或100）或者直接将电表面板的满刻度刻成（10或100）mA 即可。

3. 毫安表改装为电压表。

一只毫安表也可以改装为一只电压表，只要选择一只合适的分压电阻R V 与基本表相串接即可，如图15-3所示。

设被测电压值为U ，则：图15-3电压表要将量程为1mA ，内阻为100Ω的毫安表改装为量程为1V 的电压表，则应gg g v R R I -U R )( -==∴+=+=g g v g g V g I U I R R I U U U Ω==⨯-=Ω⨯-=1.119100)110(1001)(A AAg g g R R mA mA R I I R I 图15-1 基本表图15-2 扩大电流量程串联的分压电阻的阻值应为： Ω=-=-=900100100010011mAVR v 若要将量程扩大到10V ，应串多大的分压电阻呢？ 三、实训设备四、实训内容与步骤 1. 1mA 表表头的检验。

前言 (4)实验1 电阻、电容、电压和电流的测量 (5)一、实验目的 (5)二、原理说明 (5)三、实验任务 (5)四、实验仪器设备 (7)五、预习思考及注意事项 (7)六、实验报告要求 (7)实验2 电压源、电流源及其等效转换 (8)一、实验目的 (8)二、原理说明 (8)三、实验任务 (8)四、实验仪器设备 (9)五、预习思考及注意事项 (10)六、实验报告要求 (10)实验3 仪表内阻对测量的影响 (10)一、实验目的 (10)二、原理说明 (10)三、实验任务 (11)四、实验仪器设备 (11)五、预习思考及注意事项 (12)六、实验报告要求 (12)实验4 受控源的特性测试 (12)一、实验目的 (12)二、原理说明 (12)三、实验任务 (13)四、实验仪器设备 (14)五、预习思考及注意事项 (14)六、实验报告要求 (14)实验5 叠加定理、替代定理的验证 (14)一、实验目的 (14)二、原理说明 (14)三、实验任务 (15)四、实验仪器设备 (15)五、预习思考及注意事项 (15)六、实验报告要求 (16)实验6 直流电路的戴维南等效和诺顿等效 (16)一、实验目的 (16)二、原理说明 (16)三、实验任务 (16)四、实验仪器设备 (17)五、预习思考及注意事项 (17)六、实验报告要求 (17)实验7 交流电路中基本参数电阻、电感和电容的测量 (17)二、原理说明 (18)三、实验任务 (18)四、实验仪器设备 (19)五、预习思考及注意事项 (19)六、实验报告要求 (19)实验9 交流无源一端口网络等效参数的测定 (20)一、实验目的 (20)二、原理说明 (20)三、实验任务 (21)四、实验仪器设备 (22)五、预习思考及注意事项 (22)六、实验报告要求 (22)实验8 非线性元件特性曲线的测定及曲线绘制 (22)一、实验目的 (22)二、原理说明 (22)三、实验任务 (23)四、实验仪器设备 (24)五、预习思考及注意事项 (24)六、实验报告要求 (24)实验10 功率测量及功率因数的提高 (25)一、实验目的 (25)二、原理说明 (25)三、实验任务 (25)四、实验仪器设备 (26)五、预习思考及注意事项 (26)六、实验报告要求 (26)实验11 单相变压器的特性测试 (26)一、实验目的 (26)二、原理说明 (27)三、实验任务 (27)四、实验仪器设备 (28)五、预习思考及注意事项 (28)六、实验报告要求 (28)实验12 互感的测量 (28)一、实验目的 (28)二、原理说明 (28)三、实验任务 (31)四、实验仪器设备 (31)五、预习思考及注意事项 (31)六、实验报告要求 (31)实验13 三相电路的相序、电压、电流及功率测量 (32)一、实验目的 (32)二、原理说明 (32)四、实验仪器设备 (34)五、预习思考及注意事项 (34)六、实验报告要求 (35)综合实验1 一阶RC电路的暂态响应 (35)一、实验目的 (35)二、实验原理 (35)三、实验内容 (38)四、实验设备 (40)五、预习思考及实验注意事项 (40)六、实验报告 (41)综合实验3 二阶RLC串联电路的暂态响应 (41)一、实验目的 (41)二、原理说明 (41)三、实验任务 (45)四、预习思考及注意事项 (46)五、报告要求 (47)综合实验专题2 供电电路及最大功率传输 (48)一、工程应用示例 (48)二、相关电路原理 (48)三、研究内容或设计目标 (48)四、研究方案和计划 (49)五、研究报告 (50)提示1：阻抗匹配与最大功率传输的软件仿真以及阻抗变换电路的设计方法 (50)提示2：三相电路的软件仿真研究中构造三相电源的方法 (51)提示3：参考变压器特性、日光灯功率测量以及三相电路测量等操作实验 (52)综合实验专题5 裂相电路 由单相电压转变为三相电压的电路设计 (52)一、研究目的 (52)二、相关原理 (52)三、研究内容或设计目标 (53)四、预习思考及注意事项 (53)五、报告要求 (53)附录B MS8200G数字多用表 (54)一、概述 (54)二、主要技术指标 (54)三、面板结构 (56)四、使用说明 (56)前言《电路实验教程》是针对电类专业本科生电路实验课程编写的教学用书。

Multisim电路仿真实验报告谢永全1 实验目的：熟悉电路仿真软件Multisim的功能，掌握使用Multisim进行输入电路、分析电路和仪表测试的方法。

2使用软件：NI Multisim student V12。

（其他版本的软件界面稍有不同）3 预习准备：提前安装软件熟悉其电路输入窗口和电路的编辑功能、考察其元件库中元件的分类方式、工具栏的定制方法、仪表的种类、电路的分析方法等；预习实验步骤，熟悉各部分电路。

4熟悉软件功能（1）了解窗口组成：主要组建包括:电路图编辑窗口、主菜单、元件库工具条、仪表工具条。

初步了解各部分的功能。

（2）初步定制：定制元件符号：Options|Global preferences，选择Components标签，将Symbol Standard区域下的元件符号改为DIN。

自己进一步熟悉全局定制Options|Global preferences窗口中各标签中的定制功能。

（3）工具栏定制：选择：View|Toolbars，从显示的菜单中可以选择显示或者隐藏某些工具栏。

通过显示隐藏各工具栏，体会其功能和工具栏的含义。

关注几个主要的工具栏：Standard（标准工具栏）、View（视图操作工具栏）、Main（主工具栏）、Components（元件工具栏）、Instruments （仪表工具栏）、Virtual（虚拟元件工具栏）、Simulation（仿真）、Simulation switch（仿真开关）。

（4）Multisim中的元件分类元件分两类：实际元件（有模型可仿真，有封装可布线）、虚拟元件（有模型只能仿真、没有封装不能布线）。

另有一类只有封装没有模型的元件，只能布线不能仿真。

在本实验中只进行仿真，因此电源、电阻、电容、电感等使用虚拟元件，二极管、三极管、运放和其他集成电路使用实际元件。

元件库的结构：元件库有三个：Master database（主库）、Corporate database（协作库）和User database（用户库）。

电源和电表的内阻在实验电路中的误差分析“闭合电路欧姆定律”教学中，考虑到了电源的内阻对电路的影 响，这个定律也是测电源电动势和内电阻的实验原理， 该内容是高中 电学教学的重点和难点，也是高考的热点。

许多学生对“测电源的电 动势和内电阻”的存在和影响是明确的，但是对内阻测量中的误差和 对电路影响中产生的联合误差，理解不深，把握不准，一定程度上影 响考试成绩。

鉴于以上原因，我认为有必要把这个问题作更深讨论。

这里先讨论“测电源电动势和内电阻”的系统误差（由实验仪器 设计不完备、理论和方法有缺陷等因素造成的误差），重点是讨论由 原理的设计所造成的误差。

一、电源和电表的内阻的存在对实验结果的影响如图1所示，用伏安法测量电阻R 的值，理论上结果是：R=V/l 而实际结果并非如此，由于电流表具有内 阻，电压表的分流作用，使得测量结果不准确。

由于电流I 的减小，以及串联了一个电流表的内 阻，因此测得到的R 值将大于实际值。

又如图2所示，在测量电源内阻时，读出电压表的示数U（如图2所示），则理论上E = U ，而实际 上应该是U V E ，为什么？因为任何一个电表都有电阻， 正是由于电表内阻的存在才引入了误差。

我们设电压表 的电阻为R V，把图2改成图2’所示的等效电路。

我们 根据闭合电路欧姆定律分析误差成因。

设测量误差为可以看出，当R/「：时述＞ 0 ；又当r 增大*E 也增大。

这样, “直测法”中有效减小误差的办法是：（1）用电阻尽量大的电压表（但E，由闭合电路欧姆定律I值之间的差异一误差：二宀得到测量值与真实图1R vE = E -U = E - IR VE 。

要注意量程的适当选择）；（2）用于测量新电池的电动势（内阻较小） 该方法的不足之处在于：不可测电源的内电阻。

得，U —^―1 E 。

R + r 1 + r R据等式可以作出U — R 图像 （如图3所示）。

由图示可知， 虚线描述为U=E 时图线的一条渐近线 当R > ::时，U > E ；因此测量结果一定有误差。

课程名称：_电路原理甲I 实验_ 指导老师： ________成绩：__________________ 实验名称：实验三电路元件特性曲线的伏安测量法 实验类型：_基础规范型实验___ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、 实验目的1、 熟悉电路元件的特征曲线；2、 学习非线性电阻元件特性曲线的伏安测量方法；3、 掌握福安测量法中测量样点的选择和绘制曲线的方法。

二、 实验原理 1、 元件的特征曲线在电路原理中，元件的特征曲线是指特定平面上定义的一条曲线。

例如，白炽灯在工作的时候，灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的噶边而改变，并且具有一定的惯性；又因为温度的改变与流过灯泡的电流有关，所以它的伏安特性为一条曲线。

由曲线图可知，电流越大、温度越高，对应的等死电阻也就越大。

电阻元件的伏安特性曲线在u-i 平面上是一条曲线，当曲线变为直线时，与其相对应的元件即为线性电阻器，直线的斜率为电阻器的电阻值。

电容和电感的特性曲线分别为库伏特性和韦安特性，与电阻的伏安特性类似。

普通晶体二极管的特点是正向电阻和反向电阻区别很大，其伏安特性姓名：而反向电压从零一直增加到几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。

可见，二极管具有单向导电性。

如果反向电压加的过高，超过其极限值，则会导致击穿损坏。

稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性不同——在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值时（稳压值），电流突然开始增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。

二极管的特性参数主要有开启电压Uth, 导通电压Uon, 反向电流Ir,反击穿电压Ibr以及最大整流电流If.2、非线性电阻元件（灯泡）特性曲线的逐点伏安测量法元件的伏安特性可以用电压表、电流表测定，成为逐点伏安测量法。

实验一 基本电工仪表使用及测量误差分析一、实验目的1. 掌握电压表、电流表等使用方法。

2. 会测定电压表、电流表准确度。

3. 学会减少电表对测量结果的影响及测量误差的计祘。

二、实验原理用电工测量仪表测量一个电量时，仪表的指示值Ax 与被测量的实际值Ao 之间，不可避免地存在一定的误差，它可用两种形式表示：绝对误差：△＝Ax －Ao相对误差：ν＝oA ∆×100% 用仪表测量会影响测量误差的因素很多（可参阅“附录一”或相关书籍），下面仅讨论其中的两个主要因素及处理方法。

1． 仪表准确度对测量误差的影响：仪表准确度关系到测量误差的大小。

目前，我国直读式电工测量仪表准确度分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5和5.0七个等级。

这些数字表示仪表在正常工作条件下进行测量时产生的最大相对误差的百分数。

仪表准确度等级通常标在仪表面板上。

仪表使用过程中应定期进行校验，最简单的校验方法是比较法。

按仪表校验规定，必须选取比被校表的准确度等级至少高2级的仪表作为标准表，校验可用图1－1所示电路。

图1－1 比较法校验电路在仪表的整个刻度范围内，逐点比较被校表与标准表的差值△，根据△最大值的绝对值m ∆与被校表量程Am 之比的百分数%100mm m A ∆=ν，可以确定被校表的准确度等级。

如测得结果%1.2=νm，则被校表的准确度等级νn 为2.5级。

例：有一准确度为2.5级的电压表，其量程为100V ，在正常工作条件下，可产生的最大绝对误差（即：由于仪表本身结构的不精确所产生的基本误差）为：m n U U ⨯=∆ν＝±2.5％×100＝±2.5（V ）对于量程相同的仪表，νn越小，所产生的U ∆就越小。

恒压源被测表恒压源被测表(a)校验电压表(b)校验电流表另外，用上述电压表分别测量实际值U 为5V 和100V 的电压时，测量结果的相对误差分别为：%5.2%1001005.2%50%10055.2%1008020±=⨯±=±=⨯±=⨯∆=ννU U可见，在选用仪表量程时，被测量程值愈接近仪表满量程值，相对测量误差越小。