實驗一線性與非線性元件伏安特性的測定

1、實驗一 線性與非線性元件伏安特性的測定一、實驗?zāi)康?掌握線性電阻、非線性電阻元件伏安特性的測試技能。2學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源、直流電壓表、電流表的使用方法。3加深對線性電阻元件、非線性電阻元件伏安特性的理解，驗證歐姆定律。二、實驗原理電阻元件是一種對電流呈現(xiàn)阻力的元件，有阻礙電流流動的性能。當(dāng)電流通過電阻元件時，必然要消耗能量，就會沿著電流流動的方向產(chǎn)生電壓降，電壓降的大小等于電流的大小與電阻值的乘積。電壓降和電流及電阻的這一關(guān)系稱為歐姆定律。 (11) 上式的前提條件是電壓U和電流I的參考方向相關(guān)聯(lián)，亦即參考方向一致。如果參考方向相反，則歐姆定律的形式應(yīng)為 (12) 電阻上的電壓和流過它的電流是同

2、時并存的，也就是說，任何時刻電阻兩端的電壓降只由該時刻流過電阻的電流所確定，與該時刻前的電流的大小無關(guān)，因此電阻元件又稱為“無記憶”元件。 當(dāng)電阻元件R的值不隨電壓或電流大小的變化而改變時，則電阻R兩端的電壓與流過它的電流成正比例。我們把符合這種條件的電阻元件稱為線性電阻元件。反之，不符合上述條件的電阻元件被叫做非線性電阻元件。任一二端電阻元件的特性可用該元件上的端電壓U與通過該元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系Uf(I)來表示，即用UI平面上的一條曲線來表征，這條曲線稱為該電阻元件的伏安特性曲線。根據(jù)伏安特性的不同，電阻元件分兩大類：線性電阻和非線性電阻。線性電阻元件的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點

3、的直線，如圖11中（a）所示，該直線的斜率只由電阻元件的電阻值R決定，其阻值為常數(shù)，與元件兩端的電壓U和通過該元件的電流I無關(guān)；非線性電阻元件的伏安特性是一條經(jīng)過坐標(biāo)原點的曲線，其阻值R不是常數(shù)，即在不同的電壓作用下，電阻值是不同的，常見的非線性電阻如白熾燈絲、普通二極管、穩(wěn)壓二極管等，它們的伏安特性如圖11中（b）、（c）、（d）。在圖11中，U 0的部分為正向特性，U 0的部分為反向特性。線性電阻的伏安特性對稱于坐標(biāo)原點，這種性質(zhì)稱為雙向性，為所有線性電阻元件所具備。半導(dǎo)體二極管的伏安特性不但是非線性的，而且對于坐標(biāo)原點來說是非對稱性的，又稱非雙向性。這種性質(zhì)為多數(shù)非線性電阻元件所具備半導(dǎo)

4、體二極管的電阻隨著其端電壓的大小和極性的不同而不同，當(dāng)外加電壓的極性和二極管的極性相同時，其電阻值很小，反之二極管的電阻值很大。半導(dǎo)體二極管的這一性能稱為單向?qū)щ娦?，利用單向?qū)щ娦钥梢园呀涣麟娮儞Q為直流電。繪制伏安特性曲線通常采用逐點測試法，即在不同的端電壓作用下，測量出相應(yīng)的電流，然后逐點繪制出伏安特性曲線，根據(jù)伏安特性曲線便可計算其電阻值。三、實驗設(shè)備1直流電壓表、電流表各1塊；2直流穩(wěn)壓電源（雙路030V可調(diào)）1臺；3EEL51N單元板1塊。 4低壓導(dǎo)線若干。四、實驗內(nèi)容及步驟1測定線性電阻的伏安特性按圖12接線，圖中的電源U選用恒壓源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端，通過直流數(shù)字毫安表與1k線性電阻相

5、連，電阻兩端的電壓用直流數(shù)字電壓表測量。調(diào)節(jié)恒壓源可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從0伏開始緩慢地增加（不能超過10V），在表11中記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)。表11 線性電阻伏安特性數(shù)據(jù)U(V)012345678910I(mA)2測定6.3V白熾燈泡的伏安特性將圖1-2中的1k線性電阻換成一只6.3V的燈泡，重復(fù)1的步驟，電壓不能超過6.3V（否則會燒毀燈泡），在表12中記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)。表12 6.3V白熾燈泡伏安特性數(shù)據(jù)U (V)00.511.522.533.544.555.56.3I (mA)3測定半導(dǎo)體二極管的伏安特性（1）測量二極管的正向特性按圖13接線，R為限流電阻，

6、取200（十進制可變電阻箱），二極管的型號為1N4007。測二極管的正向特性時，其正向電流不得超過25mA，二極管VD的正向壓降可在00.75V之間取值。特別是在0.50.75之間更應(yīng)取幾個測量點；將數(shù)據(jù)記入表13（2）測量二極管的反向特性測反向特性時，將可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出端正、負(fù)連線互換，調(diào)節(jié)可調(diào)穩(wěn)壓輸出電壓U，從0伏開始緩慢地減少（不能超過-30V）， 將數(shù)據(jù)記入表14中。表13 二極管正向特性實驗數(shù)據(jù)U (V)00.20.40.450.50.550.600.650.700.75I (mA)表14 二極管反向特性實驗數(shù)據(jù)U (V)051015202530I (mA)4測定穩(wěn)壓管的伏安特性將圖13中的二極管1N4007換成穩(wěn)壓管2CW51，重復(fù)實驗內(nèi)容3的測量，其正、反向電流不得超過20mA，將數(shù)據(jù)分別記入表15和表16中。表15 穩(wěn)壓管正向特性實驗數(shù)據(jù)U (V)00.20.40.450.50.550.600.650.700.75I (mA)表16 穩(wěn)壓管反向特性實驗數(shù)據(jù)U (V)011.52.2.52.833.23.53.55 I (mA)五、實驗注意事項1測量時，可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出電壓由0V緩慢逐漸增加，應(yīng)時刻注意電壓表和電流表，不能超過規(guī)定值。2穩(wěn)壓電源輸出端切勿碰線短路。3測量中，隨時注意電流表讀數(shù)，及時更換電流表量程，勿使儀表超量程。六、實