第二次課-線性與非線性電阻伏安特性、戴維寧和諾頓

1、線性與非線性電阻伏安特性線性與非線性電阻伏安特性戴維寧定理與諾頓定理戴維寧定理與諾頓定理一、一、DF1731S直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源電源電源開關(guān)開關(guān)限流調(diào)限流調(diào)節(jié)旋鈕節(jié)旋鈕輸出輸出電壓電壓/電流電流表表電表轉(zhuǎn)換開關(guān)電表轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出方式轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出方式轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出電輸出電壓調(diào)節(jié)壓調(diào)節(jié)旋鈕旋鈕輸出電輸出電壓負(fù)端壓負(fù)端輸出電輸出電壓正端壓正端儀器外殼儀器外殼接地端接地端正常輸正常輸出電壓出電壓指示燈指示燈限流限流狀態(tài)狀態(tài)指示指示燈燈DF1731S直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 使用注意事項：使用注意事項：輸出不可短路。輸出不可短路。接入電路時不可接錯極性，務(wù)必認(rèn)清接接入電路時不可接錯極性，務(wù)必認(rèn)清接線柱

2、上方的線柱上方的“+”、“-”號。號。電壓表指示精度差，輸出電壓值以萬用電壓表指示精度差，輸出電壓值以萬用表測量為準(zhǔn)。表測量為準(zhǔn)。CC燈亮?xí)r，已進入限流狀態(tài)，輸出電壓燈亮?xí)r，已進入限流狀態(tài)，輸出電壓將下降。將下降。DF1731S直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)限流的方法調(diào)節(jié)限流的方法調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)“VOLTAGE”鈕，使輸出電壓為鈕，使輸出電壓為23V。“CURRENT”鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到底（鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到底（“CC”燈亮此燈亮此時輸出電流時輸出電流=0）。）。萬用表置相應(yīng)電流檔后插入穩(wěn)壓源輸出插座（注萬用表置相應(yīng)電流檔后插入穩(wěn)壓源輸出插座（注意極性）。意極性）。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)“CURRENT”鈕，使電流表讀數(shù)為

3、所需限流鈕，使電流表讀數(shù)為所需限流值后取下表棒（值后取下表棒（“CC”燈滅，燈滅，“CV”燈亮）。燈亮）。重調(diào)重調(diào)“VOLTAGE”鈕，使輸出電壓符合實驗所鈕，使輸出電壓符合實驗所需電壓值。需電壓值。二、線性與非線性電阻伏安特性二、線性與非線性電阻伏安特性實實 驗驗 原原 理理l在以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)的在以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)的平面上，非線性器件的伏安特性曲線平面上，非線性器件的伏安特性曲線不是一條通過不是一條通過坐標(biāo)原點坐標(biāo)原點的的直線直線。即其。即其電壓與電流的比值不是常數(shù)。因此，電壓與電流的比值不是常數(shù)。因此，通常情況下用它的伏安特性曲線來表通常情況下用它的伏安特性曲線來表

4、示其特性。線性和非線性伏安特性曲示其特性。線性和非線性伏安特性曲線分別如圖線分別如圖a和和b所示。所示。線性與非線性電阻伏安特性圖圖a a 線性器件伏安特性曲線線性器件伏安特性曲線圖圖b b 非線性器件二極管的伏安特性曲線非線性器件二極管的伏安特性曲線正向?qū)▔航礦B反向擊穿電壓VBR正向?qū)▔航嫡驅(qū)▔航礦B：0.3V（鍺管）、（鍺管）、0.7V（硅管）、（硅管）、 1.52.3V（發(fā)光管）（發(fā)光管）反向擊穿電壓反向擊穿電壓VBR：幾伏：幾伏幾百伏幾百伏用萬用表判斷二極管的極性用萬用表判斷二極管的極性 此時發(fā)光二極管不亮，此時發(fā)光二極管不亮，說明沒有導(dǎo)通。說明沒有導(dǎo)通。 調(diào)換兩管腳測量調(diào)換

5、兩管腳測量此時發(fā)光二極管發(fā)光，說明已導(dǎo)通，此時發(fā)光二極管發(fā)光，說明已導(dǎo)通，紅表筆接的是二極管的正極紅表筆接的是二極管的正極。穩(wěn)壓管正、反向特性穩(wěn)壓管正、反向特性 穩(wěn)壓管的特性是接正向電壓時其等效穩(wěn)壓管的特性是接正向電壓時其等效電阻很小，且電流在較大范圍內(nèi)變化時，電阻很小，且電流在較大范圍內(nèi)變化時，其正向電壓變化量很小。接反向電壓時等其正向電壓變化量很小。接反向電壓時等效電阻很大，且電壓在較大范圍內(nèi)變化時效電阻很大，且電壓在較大范圍內(nèi)變化時，反向電流變化量很小，當(dāng)達到某一電壓，反向電流變化量很小，當(dāng)達到某一電壓時，電流會增加很快，此時電壓在一定范時，電流會增加很快，此時電壓在一定范圍內(nèi)基本不變。

6、若能控制電流在一定范圍圍內(nèi)基本不變。若能控制電流在一定范圍內(nèi)，這就是所謂的穩(wěn)壓。內(nèi)，這就是所謂的穩(wěn)壓。穩(wěn)壓管正、反向連接穩(wěn)壓管正、反向連接圖圖2-4-1 2-4-1 穩(wěn)壓管正、反向連接穩(wěn)壓管正、反向連接限流電阻保證穩(wěn)壓管在正向限流電阻保證穩(wěn)壓管在正向狀態(tài)下，不因正向電阻小導(dǎo)狀態(tài)下，不因正向電阻小導(dǎo)致電流過大燒毀管子致電流過大燒毀管子限流電阻，保證穩(wěn)壓管限流電阻，保證穩(wěn)壓管在反向狀態(tài)下，控制反在反向狀態(tài)下，控制反向電流不至于過大擊穿向電流不至于過大擊穿管子，導(dǎo)致管子損壞管子，導(dǎo)致管子損壞 按圖按圖1電路接線，按電路接線，按表表1給定的電壓值測量對給定的電壓值測量對應(yīng)的電流值，數(shù)據(jù)記錄應(yīng)的電流值，

7、數(shù)據(jù)記錄于表于表1中。中。1 1、測電阻伏安特性、測電阻伏安特性 表表 1 1UR(V)00.511.522.533.544.5IR(mA) 0圖圖1 1 線性電阻測量電路線性電阻測量電路（1）按圖）按圖2(a)電路接線，電路接線，按表按表2(a)給定的電壓值給定的電壓值測量發(fā)光二極管的正向測量發(fā)光二極管的正向特性，電流值記錄于表特性，電流值記錄于表2(a)中。中。2 2、測發(fā)光二極管伏安特性、測發(fā)光二極管伏安特性 表表 2 2（a a）Id(mA) 013571012151820Ud(V)0圖圖2(a) 2(a) 正向測量電路正向測量電路實驗箱上的實驗箱上的 接接 線線 示意圖：示意圖：（2

8、）按圖）按圖2(b)電路接電路接線，按表線，按表2(b)給定的給定的電壓值測量發(fā)光二極電壓值測量發(fā)光二極管的反向特性，電流管的反向特性，電流值記錄于表值記錄于表2(b)中。中。表表 2(b)2(b)Ud(V)0-1-2-3-5-10-20Id(uA)0測發(fā)光二極管伏安特性測發(fā)光二極管伏安特性 圖圖2(b)2(b)反向測量電路反向測量電路提問：提問：流過電流表的讀數(shù)與流過發(fā)光二極管流過電流表的讀數(shù)與流過發(fā)光二極管的電流是否一致。的電流是否一致。回答：回答：是不一致的。原因是電壓表上有內(nèi)是不一致的。原因是電壓表上有內(nèi)阻阻=10V20K20K=200K=200K，有一定的分流作，有一定的分流作用。但

9、是，由于發(fā)光二極管的正向電阻很用。但是，由于發(fā)光二極管的正向電阻很小只有幾十或幾百小只有幾十或幾百，R R電表內(nèi)阻電表內(nèi)阻RR二極管內(nèi)阻二極管內(nèi)阻其其分流作用很小可以忽略不分流作用很小可以忽略不計。這時，可認(rèn)為流過計。這時，可認(rèn)為流過電流表的讀數(shù)與流過發(fā)電流表的讀數(shù)與流過發(fā)光二極管的電流是一致。光二極管的電流是一致。（1）按圖）按圖3(a) 電路接線，電路接線，根據(jù)表根據(jù)表3(a)給定的電壓給定的電壓值，測量穩(wěn)壓管的正向值，測量穩(wěn)壓管的正向特性，數(shù)據(jù)記錄于表特性，數(shù)據(jù)記錄于表2 3(a)中。中。3.3.測穩(wěn)壓管的伏安特性測穩(wěn)壓管的伏安特性 圖圖3(a)3(a)正向測量電路正向測量電路表表 3(

10、a)Id(mA) 013571012151820Ud(V)0提問：提問：電壓表的讀數(shù)與穩(wěn)壓管上的電壓是否一電壓表的讀數(shù)與穩(wěn)壓管上的電壓是否一致。致。回答：回答：是不一致的。原因是電流表上有內(nèi)是不一致的。原因是電流表上有內(nèi)阻阻=0.25V/25mA=10/25mA=10，有一定的分壓作用。，有一定的分壓作用。但是，由于穩(wěn)壓管的反向?qū)娮韬艽笾坏?，由于穩(wěn)壓管的反向?qū)娮韬艽笾挥袔装儆袔装貹 K或幾或幾M M，R R電表內(nèi)阻電表內(nèi)阻RR穩(wěn)壓管反向內(nèi)阻穩(wěn)壓管反向內(nèi)阻其其分壓作用很小可以忽略不分壓作用很小可以忽略不計。這時，可認(rèn)為計。這時，可認(rèn)為電壓表的讀數(shù)與穩(wěn)電壓表的讀數(shù)與穩(wěn)壓管上的電壓基本上壓

11、管上的電壓基本上是一致的。是一致的。（2）按圖）按圖3(b)電路接線電路接線，先按表，先按表3(b)給定的電壓給定的電壓值，測量穩(wěn)壓管的反向值，測量穩(wěn)壓管的反向電流，然后按給定的電電流，然后按給定的電流值測量反向電壓記錄流值測量反向電壓記錄于表于表3(b)中。中。測穩(wěn)壓管的伏安特性測穩(wěn)壓管的伏安特性 圖圖3(b)3(b)反向測量電路反向測量電路表表3(b)3(b)Ud(V)0-1-5Id(uA)0-1-2-3-4-5-7-10-12-15-204 4、繪制伏安特性曲線、繪制伏安特性曲線 根據(jù)實際測量的數(shù)據(jù)，繪制電根據(jù)實際測量的數(shù)據(jù)，繪制電阻、發(fā)光二極管和穩(wěn)壓管的伏安特阻、發(fā)光二極管和穩(wěn)壓管的伏

12、安特性曲線。性曲線。 測量發(fā)光管和穩(wěn)壓二極管的正反向特性測量發(fā)光管和穩(wěn)壓二極管的正反向特性時，要弄清楚它們的正極和負(fù)極。時，要弄清楚它們的正極和負(fù)極。 需用兩塊萬用表，一塊作為電流表串聯(lián)需用兩塊萬用表，一塊作為電流表串聯(lián)在電路中，一塊作為電壓表，并聯(lián)在電在電路中，一塊作為電壓表，并聯(lián)在電路中，要注意正、反向時的表的連接。路中，要注意正、反向時的表的連接。4 4、實驗注意事項、實驗注意事項 20三、戴維寧定理與諾頓定理三、戴維寧定理與諾頓定理 代維寧定理指出，任何一個線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對外代維寧定理指出，任何一個線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對外部電路來說，總可以用一個理想電壓源與電阻串聯(lián)組合部電路來說

13、，總可以用一個理想電壓源與電阻串聯(lián)組合來代替。其理想電壓源的電壓等于原網(wǎng)絡(luò)端口的來代替。其理想電壓源的電壓等于原網(wǎng)絡(luò)端口的開路電開路電壓壓Uoc，電阻等于原網(wǎng)絡(luò)中所有獨立源為零值時的入端，電阻等于原網(wǎng)絡(luò)中所有獨立源為零值時的入端等效電阻等效電阻Req。 諾頓定理是代維寧定理的對偶形式，它指出任何一個線諾頓定理是代維寧定理的對偶形式，它指出任何一個線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對外部電路來說，總可以用一個理性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對外部電路來說，總可以用一個理想電流源與電導(dǎo)并聯(lián)組合來代替。其理想電流源的電流想電流源與電導(dǎo)并聯(lián)組合來代替。其理想電流源的電流等于原網(wǎng)絡(luò)端口的短路電流等于原網(wǎng)絡(luò)端口的短路電流Isc，電

14、導(dǎo)等于原網(wǎng)絡(luò)中所有，電導(dǎo)等于原網(wǎng)絡(luò)中所有獨立源為零值時的入端等值電導(dǎo)獨立源為零值時的入端等值電導(dǎo)Geq(Go=1/Req)。 21實驗電路示例1、測量電路的開路電壓、測量電路的開路電壓Uoc方法一：直接測量方法一：直接測量22開路電壓Uoc1、測量電路的開路電壓、測量電路的開路電壓Uoc方法二：零示法方法二：零示法23調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Us，使電壓表示數(shù)為，使電壓表示數(shù)為0；斷開；斷開Us，測量，測量Us的電壓值即為開路電壓的電壓值即為開路電壓Uoc2、測量電路的短路電流、測量電路的短路電流Isc方法：直接測量方法：直接測量24短路電流Isc3、測量電路的等效電阻、測量電路的等效電阻Req方法一：直接測量方法一：直接測量等效電阻等效電阻Req3、測量電路的等效電阻、測量電路的等效電阻Req方法二：外加電壓法方法二：外加電壓法等效電阻等效電阻Req=外加電壓外加電壓U/電流表示數(shù)電流表示數(shù)I3、測量電路的等效電阻、測量電路的等效電阻Req方法三：半電壓法方法三：半電壓法調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Rx，使電壓表的示數(shù)為，使電壓表的示數(shù)為Uoc/2；斷開；斷開Rx，測，測量其阻值即為等效電阻量其阻值即為等效電阻Req。28謝謝 謝！謝！29 將檔位開關(guān)置二極管測量檔，紅黑表將檔