非線性電阻伏安特性曲線實驗

1、非線性電阻伏安特性曲線實驗 線性電阻和非線性電阻的伏安特性曲線 【教學(xué)目的】 1、測繪電阻的伏安特性曲線，學(xué)會用圖線表示實驗結(jié)果。 2、了解晶體二極管的單向?qū)щ娞匦浴?【教學(xué)重點】 1、測繪電阻的伏安特性曲線； 2、了解二極管的單向?qū)щ娞匦浴?【教學(xué)難點】 非線性電阻的導(dǎo)電性質(zhì)。 【課程講授】 提問：1.如何測繪伏安特性曲線？ 2.二極管導(dǎo)電有何特點？ 一、實驗原理 常用的晶體二極管是非線性電阻，其電阻值不僅與外加電壓的大小有關(guān)，而且還與方向有關(guān)。下面對它的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能作一簡單介紹。 圖1線性電阻的伏安特性 圖2晶體二極管的p-n結(jié)和表示符號 晶體二級管又叫半導(dǎo)體二極管。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于

2、導(dǎo)體和絕緣體之間。如果在純凈的半導(dǎo)體中適當?shù)負饺霕O微量的雜質(zhì)，則半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力就會有上百萬倍的增加。加到半導(dǎo)體中的雜質(zhì)可分成兩種類型：一種雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中去后，在半導(dǎo)體l 圖3 p-n結(jié)的形成和單向?qū)щ娞匦?如圖3(a)所示，由于p區(qū)中空穴的濃度比n區(qū)大，空穴便由p區(qū)向n區(qū)擴散；同樣，由于n區(qū)的電子濃度比p區(qū)大，電子便由p區(qū)擴散。隨著擴散的進行，p區(qū)空穴減少，出現(xiàn)了一層帶負電的粒子區(qū)(以?表示)；n區(qū)的電子減少，出現(xiàn)了一層帶正電的粒子區(qū)(以表示)。結(jié)果在p型與n型半導(dǎo)體交界面的兩側(cè)附近，形成了帶正、負電的薄層，稱為p-n結(jié)。這個帶電薄層內(nèi)的正、負電荷產(chǎn)生了一個電場，其方向恰好與載流子(電子、

3、空穴)擴散運動的方向相反，使載流子的擴散受到內(nèi)電場的阻力作用，所以這個帶電薄層又稱為阻擋層。當擴散作用與內(nèi)電場作用相等時，p區(qū)的空穴和n區(qū)的電子不再減少，阻擋層也不再增加，達到動態(tài)平衡，這時二極管中沒有電流。 如圖3(b)所示，當p-n結(jié)加上正向電壓(p區(qū)接正，n區(qū)接負)時，外電場與內(nèi)電場方向相反，因而削弱了內(nèi)電場，使阻擋層變薄。這樣，載流子就能順利地通過p-n結(jié)，形成比較大的電流。所以，p-n結(jié)在正向?qū)щ姇r電阻很小。 如圖3(c)所示，當p-n結(jié)加上反向電壓(p區(qū)接負，n區(qū)接正)時，外加電場與內(nèi)場方向相同，因而加強了內(nèi)電場的作用，使阻擋層變厚。這樣，只有極少數(shù)載流子能夠通過p-n結(jié)，形成很小

4、的反向電流。所以p-n結(jié)的反向電阻很大。 晶體二極管的正、反向特性曲線如圖12-4所示。從圖上看出，電流和電壓不是線性關(guān)系，各點的電阻都不相同。凡具有這種性質(zhì)的電阻，就稱為非線性電阻。 圖4晶體二極管的伏安特性 圖5測電阻伏安特性的電路 二、實驗儀器 直流穩(wěn)壓電源，萬用表（2臺），電阻，白熾燈泡，燈座，短接橋和連接導(dǎo)線，實驗用九孔插件方板。 三、實驗步驟 (一)測繪金屬膜電阻的伏安特性曲線 1.按圖5接好線路，圖中rra (ra毫安表的內(nèi)阻)。注意將分壓器的滑動端調(diào)至電壓為零的位置；電表的量限要選擇得適當。 2.經(jīng)教師檢查線路后，接通電源，調(diào)節(jié)滑線變阻器的滑動頭，從零開始逐步增大電壓(例加取0

5、.00v，0.50v，1.00v，1.50v，)，讀出相應(yīng)的電流值。 3.將電壓調(diào)為零，改變加在電阻上的電壓方向(可將電阻r調(diào)轉(zhuǎn)180連接)，取電壓為0.00v，-0.50v，-1.00v，-1.50v，讀出相應(yīng)的電流值。 4.將測量的正、反向電壓和相應(yīng)的電流值填入預(yù)先自擬的表格。以電壓為橫坐標，電流為縱坐標，繪出金屬膜電阻的伏安特性曲線。 (二)測繪晶體二極管的伏安特性曲線 測量之前，先記錄所用晶體管的型號(為測出反向電流的數(shù)值，采用鍺管)和主要參數(shù)(即最大正向電流和最大反向電壓)，再判別晶體管的正、負極。 1.為了測得晶體二極管的正向特性曲線，可按照圖6所示的電路聯(lián)線。圖中r為保護晶體二極

6、管的限流電阻，電壓表的量限取1伏左右。經(jīng)教師檢查線路后，接通電源，緩慢地增加電壓，例如，取0.00v，0.10v，0.20v，(在電流變化大的地方，電壓間隔應(yīng)取小一些)，讀出相應(yīng)的電流值。最后斷開電源。 圖6測晶體二極管正向伏安特性的電路 圖7測晶體二極管反向伏安特性的電路 2.為了測得反向特性曲線，可按圖7聯(lián)接電路。將電流表換成微安表，電壓表換接比1伏大的量限，接上電源，逐步改變電壓，例如，取0.00v，1.00v，2.00v，讀出相應(yīng)的電流值。確認數(shù)據(jù)無錯誤和遺漏后，斷開電源，拆除線路。 3.以電壓為橫軸，電流為縱軸，利用測得的正、反向電壓和電流的數(shù)據(jù)，繪出晶體二極管的伏安特性曲線。由于正向電流讀數(shù)為毫安，反向電流讀數(shù)為微安，縱軸上半段和下半段坐標紙上每小格代表的電流值可以不同，但必須分別標注清楚。 四、注意事項 1.測晶體二極管正向伏安特性時，毫安表讀數(shù)不得超過二極管允許通過的最大正向電流值。 2.測晶體二極管反向伏安特性時，加在晶體管上的電壓不得超過管子允許的最大向電壓。 實驗時，如果違反上述任一條規(guī)定，都將會損壞晶體管。 五、思考題 1.在圖6和圖7中，電表的接法有何不同?為什么要采用這樣的接法? 2.如何作出伏歐特性曲線(v?r曲線)?金屬膜電阻和晶體二極管的伏歐特性曲線各具有什么特性? 3.有一個12伏、15瓦的鎢絲燈