電子元件伏安特性曲線的測繪

1、電子元件伏安特性曲線的測繪武漢理工大學 自動化學院 電氣0503班 洪金海 學號：0120511350323一、 引言電阻是電學中最常用到的物理量之一，我們有很多方法可以測量電子組件的電阻，采用補償原理的方法稱為補償法測電阻，利用歐姆定律來求導體電阻的方法稱為伏安法，其中，伏安法是測量電阻的基本方法之一。為了研究元件的導電性，我們通常測量出其兩端電壓與通過它的電流之間的關系，然后作出其伏安特性曲線，根據曲線的走勢來判斷元件的特性。伏安特性曲線是直線的元件稱為線性元件，不是直線的元件稱為非線性元件，這兩種元件的電阻都可以用伏安法來測量。采用伏安法測電阻，有兩種接線方式，即電壓表的外接和內接（或稱

2、為電流表的內接和外接）。不論采取那種方式，由于電表本身有一定的內阻，測量時電表被引入電路，必然會對測量結果有一定的影響，因此，我們在測量過程中必須對測量結果進行必要的修正，以減小誤差。二、實驗內容本實驗包含測量金屬膜的伏安特性和測量小燈泡的伏安特性兩個實驗，其中，測量金屬膜的伏安特性又分為電壓表外接和電壓表內接兩種方式。三、實驗原理當一個電子元件接入電路構成閉合回路，其兩端的電壓與通過它的電流的比值即為該條件下電子組件的電阻。若電子元件兩端的電壓與通過它的電流成固定的正比例，則其伏安特性曲線為一條直線，這類元件稱為線性元件；而當電子元件兩端的電壓與通過它的電流不成固定的正比例時，其伏安特性曲線

3、是一條曲線，這類元件稱為非線性元件。一般金屬導體的電阻是線性電阻，其伏安特性曲線是一條直線。電阻是電子元件的重要特性，在電學實驗中我們經常要測量其大小。在要求不是很精確的條件下，我們可以采用伏安法測電阻，即測出被測元件兩端的電壓U和通過它的電流I，然后運用歐姆定律R=U/I,即可求得被測元件的電阻R。同時，我們也可以運用作圖法，作出其伏安特性曲線，從曲線上求得電阻的阻值。伏安特性曲線是直線的電阻稱為線性電阻，否則則為非線性電阻。非線性電阻的阻值是不確定的，只有通過作圖法才能反映其特性。用伏安法測電阻，原理和操作都很簡單，但由于電表有一定的內阻，必然就會給實驗帶來一定的誤差。伏安法測電阻的電路連

4、接方式有電壓表的內接和外接兩種方式。在電壓表內接法中，電流表測出的電流值I是通過電阻和電壓表的電流之和，即I=IX+IV，因此，R=UX/I=UX/（IX+IV）=RX/（1+RX/RV）。可見，這種條件下，電壓表的內阻對實驗有一定的影響，運用電壓表內接法，會導致測量值比真實值要小。在電壓表外接法中，電壓表測出的電壓值U包含了電流表兩端的電壓，即U=UmA+UX，因此，R=U/IX=（UX+UmA）/IX=RX+RmA（其中，UX為電阻兩端的真實電壓，RX為電阻的真實值，RmA為電流表的內阻，R為測量值）?？梢姡娏鞅淼膬茸鑼嶒灲Y果有一定的影響，運用電壓表外接法，會導致測量值比真實值要大，而

5、其差值正好是電流表的內阻。上述兩種伏安法測電阻的電路連接方式，都會給實驗結果帶來一定的系統(tǒng)誤差，為了減小上述誤差，我們可以根據被測電阻的大小與電表內阻的大小來選擇合適的電路連接方式。當： RXRV且RXRmA時，選擇電壓表的內接法；RXRmA且RXRV時，選擇電壓表的外接法；RXRmA且RXRV時，兩種接法均可。四、 實驗設備和方法及結果分析本實驗所用到的設備有：直流數字電壓表，量程為2V/20V可調，內阻為1M；直流數字毫安表，量程為200 A/2mA/20mA/200mA可調，其相應的內阻分別為1k、100、10、1；電阻組件伏安特性測量實驗儀集成了020V可調直流穩(wěn)壓電源；待測240/2

6、W金屬膜電阻；待測小燈泡（12V/0.1A）等。(一)測量金屬膜的伏安特性 采用電壓表內接法測電阻，按照圖甲連接好電路，金屬膜的電阻RX為240，每改變一次電壓U的值，讀出相應的電流I的值，填入表中，作出伏安特性曲線，并從曲線上求得電阻值，記為R1。電壓（V）0.501.002.003.004.005.008.0010.00電流（mA）2.14.28.412.616.821.033.641.9采用電壓表外接法測電阻，按照圖乙連接好電路，金屬膜的電阻RX為240，每改變一次電壓U的值，讀出相應的電流I的值，填入表中，作出伏安特性曲線，并從曲線上求得電阻值，記為R2。電壓（V）0.501.002.

7、003.004.005.008.0010.00電流（mA）2.14.18.312.416.620.733.241.5 電壓表內接法及外接法所測出的金屬膜的伏安特性曲線如下圖所示：經計算，R1=239.5，R2=241.2。R1<RX 而R2 >RX，這難道是巧合？不，在沒有實驗錯誤的情況下是必然的。因為采用內接法測電阻測的電阻R= RX/（1+RX/RV），由于分母多了一項RX/RV，致使所測的電阻值偏大。而電壓表外接法測電阻測的是電流表和待測電阻的電阻之和，即式R=RX+RmA，必然會大于待測電阻的真實值。既然測量有一定的誤差，我們就必須對其結果進行必要的修正，其修正值為DR=

8、RX-R，因此，DR1=-0.5，DR2=1.2，顯然，采用電壓表內接法所測得的電阻修正值的絕對值要小，即內接法的誤差小，這與理論分析相同。當然，由于電表本身存在一定的儀器誤差，這種誤差也不能忽略，它取決于電表的準確度等級和量程，其相對誤差為DRX/RX=DU/UX+DI/IX，其中，DU、DI分別為電壓表和電流表允許的最大示值誤差。（二）測量小燈泡的伏安特性在本實驗中，我們僅知道小燈泡規(guī)格是12V/0.1A，可用的電表有電壓表和電流表，選擇合適的方式連接電路，測出在不同的電壓下小燈泡的電阻。在實驗前，我們可以做一個預測：小燈泡為非線性元件。由于小燈泡在12V時的電阻R=120，RRV且RRm

9、A，因此采用電壓表內接法測電阻，誤差較小。實驗電路圖如圖甲，并將甲圖中的電阻改為小燈泡，調節(jié)電壓表，并記下電壓表和電流表的示數。電壓（V）0.501.002.003.004.005.008.0010.00電流（mA）8.018.924.333.942.262.679.494.2其伏安特性曲線如下：根據小燈泡的伏安特性曲線的走勢，我們可以看出小燈泡的電阻為非線性電阻，且其電阻隨電壓的升高而逐漸增大。這個結果表面上好像與實驗原理中分析的不符，其實是相通的。在實驗原理中，我們特別指明了在一定的溫度下，因為金屬在不同的溫度下，電阻率是不同的。對于金屬導體而言，在一般情況下，隨著溫度的升高，金屬的電阻率

10、逐漸增大。在小燈泡兩端電壓逐漸增大的過程中，小燈泡發(fā)出的光強也越來越大，這使得小燈泡燈絲的溫度也就越來越高，導致了燈絲電阻越來越大，即實驗所證實的。根據小燈泡的伏安特性曲線，我們可以判斷小燈泡的電阻為非線性電阻，亦即小燈泡是非線性元件。五、 實驗注意事項在電學實驗中，我們首要注意的是防止電源短路，以免損壞電源。由于我們用的是可調電源，因此，在接通電路之前，應該調節(jié)電源，是其輸出最小，接通電路之后，再根據實際需要，先粗調，然后再慢慢微調，使電源輸出為我們所要的值。每個元件都有其最大承受電壓，即額定電壓，超過這個值，元件就很有可能被燒毀，因此我們在實驗過程中應注意電壓表的讀數，使之不超過元件的額定電壓。在讀數時，一定要保證兩表的示數不變動，若有一表的示數在跳動，則應繼續(xù)微調，以減小試驗誤差。六、 結語電子元件的伏安特性曲線的測繪這個實驗運用歐姆定律