2、电路元件伏安特性的测绘

2、电路元件伏安特性的测绘

电路元件伏安特性的测绘 ‎（1） 实验目的 ‎① 掌握线性和非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。‎ ‎② 学习恒电源、直流电压表、电流表的使用方法。‎ ‎（2） 实验方法  任一二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系U＝f(I)来表示电阻，即用U-I平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。下面是几个常用元件的电压电流关系曲线。‎ ‎① 线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图2-8中a所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值（以电流为横坐标）。 ‎② 白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图2-8中b曲线所示。‎ ‎③ 半导体二极管是非线性电阻元件，正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3Ｖ，硅管约为0.5～0.7Ｖ），正向电流随正向电压增加而急骤上升；其反向电流随电压增加很小，可视为零。可见，二极管具有单向导电性，其特性如图2-8中c曲线所示。 ‎ ‎④ 稳压二极管是一种特殊半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时电流突然增加，且端电压保持恒定，不随外加的反向电压升高而增大。如图2-8中d曲线所示。‎ ‎ 图2-8 二端电阻元件伏安特性曲线 ‎ （3） 实验仪器 ‎① 万用表；‎ ‎② 直流数字毫安表；‎ ‎③ 恒压源；‎ ‎④ 直流数字电压表。‎ ‎ （4） 实验内容 ‎① 测量线性电阻元件的伏安特性 ‎ 图2-9 测量电阻伏安特性电路 图2-10 测量二极管伏安特性电路 电路如图2-9所示，调节稳压电源的输出电压U，按表2-8的数据，记下电压表和电流表的读数，数据填入表2-8。‎ 表2-8 线性电阻元件实验数据 ‎ U/V ‎ 0‎ ‎ 2‎ ‎ 4‎ ‎ 6‎ ‎ 8‎ ‎ 10‎ ‎ I/mA ‎② 测量非线性白炽灯泡的伏安特性 将图2-9中的电阻换成一只6.3V的灯泡，重复①的步骤。数据填入表2-9。‎ 表2-9 非线性白炽灯实验数据 ‎ U/V ‎ 0‎ ‎ 2‎ ‎ 4‎ ‎ 6‎ ‎ 7 ‎ ‎ ‎ ‎ I/mA ‎③ 测量半导体二极管的伏安特性 电路如图2-10所示，Ｒ为限流电阻器，阻值为200Ω，测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过25mA，二极管的正向压降VD可在0～0.7V之间取值。作反向特性实验时。只需将图2—10中的二极管VD反接，且其反向电压可加到30V。实验结果填入表2-10及表2-11。‎ 表2-10 正向特性实验数据 ‎ UD/V ‎0‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.45‎ ‎0.5‎ ‎0.55‎ ‎0.60‎ ‎0.65‎ ‎0.70‎ ‎0.75‎ I/mA 表2-11 反向特性实验数据 ‎ UD/V ‎ 0‎ ‎ -5‎ ‎ -10‎ ‎ -15‎ ‎ -20‎ ‎ -25‎ ‎ -30‎ ‎ I/mA ‎④ 测量稳压二极管的伏安特性 将图2-10中的二极管1N4007换成稳压二极管2CW51，重复实验内容③的测量，其正、反向电流不得超过±20mA实验结果填入表2-12及表2-13。‎ 表2-12 稳压管正向特性实验数据 U/V ‎0‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.45‎ ‎0.5‎ ‎0.55‎ ‎0.60‎ ‎0.65‎ ‎0.70‎ ‎0.75‎ 表2-13 稳压管反向特性实验数据 ‎ U/V ‎0‎ ‎-1.5‎ ‎-2‎ ‎-2.5‎ ‎-2.8‎ ‎-3‎ ‎-5‎ ‎-7‎ ‎-10‎ ‎ I/mA ‎ （5） 实验要点 ‎① 稳压电源输出端切勿短路。 ‎② 进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量限，测量中，随时注意仪表读数，勿使仪表超量限，仪表的极性亦不可接错。 ‎ （6） 预习与解答 ‎① 线性电阻与非线性电阻的概念是什么？其伏安特性有何区别？‎ ‎ ② 如何计算线性电阻与非线性电阻的电阻值？‎ ‎③ 稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？ ‎④ 设某器件伏安特性曲线的函数式为Ｉ=f(U)，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？‎ ‎ （7） 实验要求 ‎ ① 根据实验数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。‎ ‎ ② 根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。‎ ‎ ③ 必要的误差分析。‎