線性電阻和非線性電阻的伏安特性曲線

1、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??！窘虒W(xué)重點(diǎn)】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！窘虒W(xué)難點(diǎn)】非線性電阻的導(dǎo)電性質(zhì)?！菊n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(diǎn)？一、實驗原理當(dāng)一個元件兩端加上電壓，元件內(nèi)有電流通過時，電壓與電流之比稱為該元件的電阻。若一個元件兩端的電壓與通過它的電流成比例，則伏安特性曲線為一條直線，該類元件稱為線性元件。若元件兩端的電壓與通過它的電流不成比例，則伏安特性曲線不再是直線，而是一條曲線，這類元件稱為非線性元件。一般金屬導(dǎo)體的

2、電阻是線性電阻，它與外加電壓的大小和方向無關(guān)，其伏安特性是一條直線(見圖1)。從圖上看出，直線通過一、三象限。它表明，當(dāng)調(diào)換電阻兩端電壓的極性時，電流也換向，而電阻始終為一定值，等于直線斜率的倒數(shù)。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)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。如果在純凈的半導(dǎo)體中適當(dāng)?shù)負(fù)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)體中會

3、產(chǎn)生許多帶負(fù)電的電子，這種半導(dǎo)體叫電子型半導(dǎo)體 (也叫n型半導(dǎo)體)；另一種雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中會產(chǎn)生許多缺少電子的空穴(空位)，這種半導(dǎo)體叫空穴型半導(dǎo)體 (也叫p型半導(dǎo)體)。晶體二極管是由兩種具有不同導(dǎo)電性能的n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體結(jié)合形成的p-n結(jié)構(gòu)成的。它有正、負(fù)兩個電極，正極由p型半導(dǎo)體引出，負(fù)極由n型半導(dǎo)體引出，如圖2(a)所示。p-n結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦?，常用圖2(b)所示的符號表示。關(guān)于p-n結(jié)的形成和導(dǎo)電性能可作如下解釋。圖3 p-n結(jié)的形成和單向?qū)щ娞匦匀鐖D3(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(kuò)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(kuò)散。隨著擴(kuò)

4、散的進(jìn)行，p區(qū)空穴減少，出現(xiàn)了一層帶負(fù)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(fù)電的薄層，稱為p-n結(jié)。這個帶電薄層內(nèi)的正、負(fù)電荷產(chǎn)生了一個電場，其方向恰好與載流子(電子、空穴)擴(kuò)散運(yùn)動的方向相反，使載流子的擴(kuò)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(dāng)擴(kuò)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(dá)到動態(tài)平衡，這時二極管中沒有電流。如圖3(b)所示，當(dāng)p-n結(jié)加上正向電壓(p區(qū)接正，n區(qū)接負(fù))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

5、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(dāng)p-n結(jié)加上反向電壓(p區(qū)接負(fù)，n區(qū)接正)時，外加電場與內(nèi)場方向相同，因而加強(qiáng)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(diǎn)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

6、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>> (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(dāng)。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0.00V，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(biāo)，電流為縱坐標(biāo)，繪出金屬膜電阻的伏安特性曲線。(二)

7、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(fù)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(hù)晶體二極管的限流電阻，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

8、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(rèn)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(biāo)紙上每小格代表的電流值可以不同，但必須分別標(biāo)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(曲線)?金屬膜電阻和晶體二