西安交通大學(xué)理學(xué)院賈亞民.ppt

西安交通大學(xué)理學(xué)院 賈 亞 民,二端器件伏安特性的測量方法探討,Study On Two-terminal device measuring methods of volt-ampere characteristics,報告內(nèi)容,概述幾種測量二端器件伏安特性的基本方法,用這些方法對小電珠的伏安特性進(jìn)行了數(shù)據(jù)測量與分析，給出了各種方法測得的小電珠的伏安特性曲線.通過對幾種方法優(yōu)缺點進(jìn)行詳細(xì)分析比較，加深了學(xué)生對不同實驗方法的使用條件與工作原理的理解，提高了學(xué)生創(chuàng)新思維與動手動腦的主動性，增強了學(xué)生對電學(xué)設(shè)計性實驗的興趣。,測量固定電阻，可變（線性與非線性）電阻，敏感器件及二端器件伏安特性實驗的討論較多，大多偏重于討論測量的具體方式方法，很少討論測量電路的改進(jìn)，這可能限制了部分學(xué)生的想象力與創(chuàng)造力。如圖1所示：當(dāng)K2合向a端時，構(gòu)成內(nèi)接法測量電路，此時： 要求 當(dāng)K2合向b端時，構(gòu)成外接法測量電路：此時： 要求 圖1.內(nèi)、外接法測量電路 要使測量電路不含電表接入誤差，必須對電路進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的思路當(dāng)然是電流表所測得的電流僅是通過待測器件的電流，電壓表所測得的電壓僅是待測器件兩端的電壓。,將圖1電路作圖2所示的改進(jìn)；在滑線變阻器W1兩固定端并接一滑線變阻器W2，在電流表與小電珠鏈接處串接一按鍵開關(guān)AN和檢流計G，將其連接在滑動變阻器W2的滑動端，在W2滑動端與接地端接上電壓表，即可構(gòu)成電壓補償法測量小電珠伏安特性電路。調(diào)W1滑動端，可取電流作為自變量，如表1所示，由零調(diào)到任意電流（如10.0mA）則電流表示值即為通過小電珠的電流，而此時小電珠的端電壓為何呢? 當(dāng)閉合按鍵開關(guān)AN后，考察“1”“2”兩節(jié)點電位； 若V1V2，則檢流計G指針向右偏，調(diào)節(jié)W2 若V1V2，則檢流計G指針向左偏，再調(diào)節(jié)W2 若V1=V2，則檢流計G指針指向中間“0”，“1”“2” 兩節(jié)點電位相等，電壓表讀 數(shù)就等于電珠 兩端電壓。 圖2.電壓補償法電路 表1.內(nèi)接、外接和補償法測量數(shù)據(jù) 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 I/mA 0.0 20.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 110.0 120.0 圖5.小電珠 U內(nèi)/v 0.00 0.12 0.24 0.32 0.50 1.00 1.68 2.27 2.99 3.58 4.25 伏安特性曲線 U補/v 0.00 0.11 0.20 0.30 0.48 0.92 1.65 2.21 2.90 3.50 4.23 U外/v 0.00 0.10 0.20 0.29 0.45 0.79 1.51 1.98 2.51 3.29 3.88,將圖1電路作圖3所示的改進(jìn)，去掉圖1中電流表，在節(jié)點M、N間串接一檢流計G和限流電阻R0，同時在這兩點并接上按鍵開關(guān)AN與滑線變阻器W2、電源E0（其極性與電源E極性相反）及電流表連接成的串聯(lián)支路，即可構(gòu)成電流補償法測量小電珠伏安特性電路。調(diào)節(jié)W1滑動端可取電壓作為自變量，如表2所示，電壓由低到高調(diào)節(jié)，則電壓表此時顯示的預(yù)置電壓為G、R0、Rx上的壓降，在M、N支路產(chǎn)生的電流I方向由M到N，此時，按下開關(guān)AN,接通變阻器W2、輔助電源E0及電流表、限流電阻R0、檢流計G形成的回路，則產(chǎn)生的回路電流I的方向由N 到M，恰好與電流I的方向相反，若調(diào)節(jié)W2阻值，使檢流計G示值指零，則I=I，說明M、N兩點電位相等，此時電壓表示值即為小電珠兩端的電壓，電流表的示值即為通過小電珠的電流。這樣測得的電流和電壓也消除了電表接入誤差.測量 數(shù)據(jù)如表2所示。 表2電流補償法測量數(shù)據(jù) 圖3電流補償法測量電路 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 UM/V 0,0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 UN/V 0,00 0.10 0.11 0.16 0.24 0.36 0.90 1.49 2.24 3.00 4.15 I/mA 0.00 20.1 23.6 33.4 44.3 56.6 68.3 78.0 91.4 104.5 121.5,4.圖示法,前兩種方法測量的數(shù)據(jù)避免了電表的接入誤差，通過測量多個實驗點以描點方式繪出了小電珠的伏安特性圖，但避免不了讀數(shù)誤差。若將圖1中電源E改為9v交流電源，利用示波器輸入阻抗高的特點，取掉電壓表，將電流表更換為采樣電阻Rs，按圖4電路接線，適當(dāng)調(diào)節(jié)滑線電阻W1， 則可在示波器顯示屏上看到連續(xù)的 小電珠伏安特性圖 如圖6所示。,圖8.用單片計算機(jī)顯示波形,圖4小電珠伏安特性顯示電路,圖6 圖示法測小電珠的電流和對應(yīng)電壓,1.伏安法及補償法：用作圖法對內(nèi)、外法和補償法的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理如圖5所示。由圖5可知：測量結(jié)果與理論分析完全一致，即電流相同時，內(nèi)接法電壓最大、外接法電壓最小，補償法的測量曲線位于內(nèi)接法和外接法中間，因此，用補償法測量消除了電流表和電壓表內(nèi)阻帶來的系統(tǒng)誤差。 2.圖示法測量：用圖示法測量小電珠和二極管的伏安特性如圖6和圖7示。 3.小電珠的靜態(tài)電阻遠(yuǎn)小于二極管的正向電阻,其工作電流遠(yuǎn)大于二極管的正向工作電流,所以圖示法測量二者的伏安特性曲線時,實驗電路(圖4)中的器件參數(shù)是各不相同的,尤其是圖示小電珠伏安特性時電流采樣電阻應(yīng)取的很小. 4.本文采用內(nèi)、外法、補償法和圖示法分別測量了小電珠的伏安特性曲線，使學(xué)生加深了對實驗原理的理解，知道了同一個物理量可以有多種測量方法，啟發(fā)學(xué)生多角度思考問題，對培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力大有裨益。該方法也可以應(yīng)用到其它二端器件的實驗測 量當(dāng)中，如各種二極管、光敏電阻、熱敏電阻、太 陽能電池等器件的伏安特性測量。 圖7 圖示法測二極管的伏安特性,參考文獻(xiàn),1王紅理，俞曉紅，肖國宏.非線性電阻特性的研究.大學(xué)物理實驗.西安交通大學(xué)出版社2014.8，139-142 2 孫明珠，俞曉紅. 非線性電阻特性實驗的探討J.大學(xué)物理實驗，2011.6（3）:39-41. 3 李俊，柴曉娜，周健，薛明亮，李季. “二極管伏安特性曲線”實驗方案的改進(jìn)J.阜陽師范學(xué)院學(xué)報( 自然科學(xué)版),2012.9(3):73-75. 4 王祥斌.白熾燈電阻的線性及非線性探討J.廣西物理,2015.2(36).44-47. 5 艾復(fù)俊,何貴男,章志遠(yuǎn).關(guān)于小燈泡伏安特性曲線的一些宏觀及微觀解釋J.科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(19).65. 6 林祖杰，陸秋夏，尹會聽.利用霍爾電流傳感器對“示波法顯示穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線”實驗的改進(jìn)J.大學(xué)物理實驗,2015.10.(5).60-63. 7 鄧永和，張景森，閻 金.王志剛太陽能光伏組件伏安特性實驗研究J.湖南工程學(xué)院學(xué)報,2012.9（3）.54-56. 8 毛鑫鋒,楊軍.測試二極管伏安特性實驗電路的研究.機(jī)械與電子J,2012(35).630. 9 胡素梅, 陳海波.非線性伏安特性實驗數(shù)據(jù)處理的研究.大學(xué)物理實驗J. 2011.4(2).99-101.,Abstract :,this paper introduces several measurement two-terminal device volt-ampere characteristics, the method of using these methods the volt-ampere characteristics of flashlamp data measurement and analysis, is given to various methods to measure the flashlamp volt-ampere characteristic curve. Through a detailed comparative analysis on the advantages and disadvantages of the methods, deepen the students conditions for the use of different experimental methods and the understanding of the working principle, improve the students innovative thinking and correctly initiative, to enha