實驗四-電阻元件伏安特性的測定

實驗四電阻元件伏安特性的測定【實驗簡介】電阻是電學(xué)中常用的物理量。利用歐姆定律測導(dǎo)體電阻的方法稱為“伏安法”。為了研究材料的導(dǎo)電性，通常作出其伏安特性曲線，了解它的電壓和電阻的關(guān)系。伏安特性曲線是直線的元件稱為“線性元件”，伏安特性曲線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測量。但是，由于測量時電表被引入測量電路，電表內(nèi)阻必然會影響測量結(jié)果，因而應(yīng)考慮對測量結(jié)果進行必要的修正，以減小系統(tǒng)誤差?！緦嶒?zāi)康摹?、了解電學(xué)實驗常用儀器的規(guī)格、性能，學(xué)習(xí)它們的使用方法。2、學(xué)習(xí)電學(xué)實驗的基本操作規(guī)程和連接電路的一般方法。3、掌握電阻元件伏安特性的測量方法，用伏安法測電阻。4、了解系統(tǒng)誤差的修正方法，學(xué)會作圖法處理實驗數(shù)據(jù)。【實驗儀器和用具】直流穩(wěn)壓電源，直流電壓表，直流電流表，滑線變阻器，電阻元件盒（一個百歐，一約千歐，一個二極管），導(dǎo)線10根?！緦嶒炘怼?、伏安特性曲線實驗中常用的線繞電阻、碳膜電阻和金屬膜電阻等，它們都具有以下共同特性，即加在該電阻上的電壓與通過其上的電流總是成正比例的變化（忽略電流熱效應(yīng)對阻值的影響）。若以縱坐標(biāo)表示電流，橫坐標(biāo)表示電壓，電流與電壓的關(guān)系如圖4-2（a）所示。具有這種特性的電阻元件成為“線性電阻元件”。2、 非線性電阻如果電阻電阻元件兩端的電流、電壓關(guān)系為曲線，則這類電阻元件稱為“非線性電阻元件”（如熱敏電阻、二極管等）。這種元件的特點是電阻隨加在它兩端的電壓改變而改變?nèi)鐖D4-2（b）所示。一般均用伏安特性曲線來反映非線性電阻元件的特性。3、 伏安法測電阻歐姆定律告訴我們，通過一段電路的電流，與這段電路兩端的電壓成正比，與這段電路

的電阻成反比，即I二*。由此可求得電阻R二y這是伏安法測電阻所根據(jù)的基本原理。1）電流表內(nèi)接法如圖4-3所示，電流表內(nèi)接法。電流表測出的4-2)圖4-3電路這是伏安法測電阻所根據(jù)的基本原理。1）電流表內(nèi)接法如圖4-3所示，電流表內(nèi)接法。電流表測出的4-2)圖4-3電路電流i就是通過待測電阻R的電流I，但電壓表測xx出的電壓u應(yīng)等于R兩端的電壓U與電流表內(nèi)阻xxR上的電壓U之和。AA■AR=—=Ux+UA=R+R=R（1+RA

測II xAxR■ARRARRA是由于電流表內(nèi)接帶來的誤差,x（如R為幾千歐）時用“內(nèi)接法”x（R由實驗室給出）。A由此式可知，電阻的測量值R測比實際值Rx要大,稱為接入誤差。在粗略測量的情況下，一般在R?RxA為精確計算出R的值，應(yīng)按式R=R-R進行修正。x x測A（2）電流表外接法圖4-3中電流表外接法.電壓表測出的電壓U就是R兩端的電壓U，但電流表測出電流I應(yīng)等于I與I之和。xV4-3)P—u4-3)xI RxV測1Ix+IVI(1+k)1+RxI RxV由此式可知，電阻的測量值R測比實際值Rx由此式可知，電阻的測量值R測比實際值Rx要小,是由于電流表外接帶來的接入誤RV差。在粗略測量的情況下，一般在R<<R（如R為幾歐或幾十歐）時用“外接法”為x V xR精確計算出R的值，應(yīng)按式R=肝進行修正。（R由實驗室給出）。x x R V1-測RV4、半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管是一種常用的非線性電子元件，由P型、N型半導(dǎo)體材料制成PN結(jié)經(jīng)歐姆接觸引出電極，封裝而成。兩個電極分別為正極、負(fù)極。二極管的主要特點是單向?qū)щ娦裕浞蔡匦郧€如圖4-2（b）所示。其特點是：在正向電流和反向電壓較小時，伏安特性呈現(xiàn)為單調(diào)上升曲線；在正向電流較大時，趨近為一條直線；在反向電壓較大時，電流趨近極限值—1,1叫做反向飽和電流；在反向電流超過某一數(shù)值一口時，電流急劇增大，這SSb種情況稱做擊穿，U叫做擊穿電壓。由于二極管具有單向?qū)щ娦?，它在電子電路中得到了b

廣泛應(yīng)用，常用于整流、檢波、限幅、元件保護以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。5、測量電阻元件特性應(yīng)注意的問題：（1）伏安法測電阻測量時加在被測電阻兩端的電壓不得超過該電阻的最大電壓值。（2安排測量電路時，變阻器電路的選擇應(yīng)考慮到調(diào)節(jié)方便。能滿足測量范圍的要求，實驗中采用分壓電路，一般變阻器的阻值應(yīng)小于負(fù)載電阻。（3）使用指針式電表選取電表量程時，既要注意測量值最好不得超指針滿偏的三分之二以保證儀表安全，又要使讀數(shù)盡可能大以減小讀數(shù)的相對誤差，并且同一組數(shù)據(jù)要在同一量程下完成。測量前應(yīng)注意觀察記錄電表的的機械零點。對測量電阻值分別選擇內(nèi)接法或外接法進行測量，并進行系統(tǒng)誤差的修正，最后對兩種接法的結(jié)果進行比較分析。實驗內(nèi)容和要求】1、 用電流表內(nèi)接法測電阻按圖4-3所示電路，選用內(nèi)接法，先合理擺放好各儀器的位置，然后連接電路。調(diào)節(jié)電源電壓和滑線變阻器，使待測電路的電壓和電流逐漸增大，按數(shù)據(jù)記錄要求測出5組U、I的值。（定電壓，測電流）2、 用電流表外接法測電阻電路選用“外接法”重新選擇電表量程和電源電壓。測出5組U、I值。3、測量二極管的伏安特性曲線圖4-4電路圖4-4電路正向時采用外接法,反向時米用內(nèi)接法,思考為什么實驗結(jié)束，數(shù)據(jù)送交教師審閱，教師認(rèn)可后，再拆除電路，歸整儀器。數(shù)據(jù)記錄與處理】12345量程內(nèi)接法R1電壓（伏）60.070.080.090.0100.07.5伏電流R2電壓（伏）60.070.080.090.0100.07.5伏電流外接法R1電壓（伏）60.070.080.090.0100.07.5伏電流R2電壓（伏）60.070.080.090.0100.07.5伏電流二極管正向電壓（伏）35.030.025.020.015.03伏電流反向電壓（伏）60.070.080.090.0100.07.5伏電流1、用“內(nèi)接法”測電阻的數(shù)據(jù)記錄及處理(說明：u(U)=Ux0.5%,u(I)=Ix0.5%,U和I取5組中的最大值，電壓表、電mm流表均為0.5級)R二R+u(R)二x x x2、用“外接法”測電阻的數(shù)據(jù)記錄及處理-RR二 二 xR1—測RV:工(R—R)2u=S(R)=Axu=S(R)=Axn(n—1)u=RJb+罟b=BxU IR二R+u(R