非線(xiàn)性元件伏安特性的測(cè)量

電阻是導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體材料的重要特性參數(shù)，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常要對(duì)電阻進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量電阻的方法有多種，伏安法是常用的基本方法之一?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹繉W(xué)習(xí)常用電磁學(xué)儀器儀表的正確使用及簡(jiǎn)單電路的聯(lián)接。掌握用伏安法測(cè)量電阻的基本方法及其誤差的分析。測(cè)定線(xiàn)性電阻和非線(xiàn)性電阻的伏安特性?！緦?shí)驗(yàn)原理】【實(shí)驗(yàn)原理】所謂伏安法，就是運(yùn)用歐姆定律，測(cè)出電阻兩端的電壓和其上通過(guò)的電流，根據(jù)R=V/I即可求得阻值R。也可運(yùn)用作圖法，作出伏安特性曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)上求得電阻的阻值。對(duì)有些電阻，其伏安特性曲線(xiàn)為直線(xiàn)，稱(chēng)為線(xiàn)性電阻，如常用的碳膜電阻、線(xiàn)繞電阻、金屬膜電阻等。有些元件，如燈泡、晶體二極管、穩(wěn)壓管、熱敏電阻等，伏安特性曲線(xiàn)不是直線(xiàn)，稱(chēng)為非線(xiàn)性電阻元件，可通過(guò)作圖法反映它的特性。用伏安法測(cè)電阻，原理簡(jiǎn)單，測(cè)量方便，但由于電表內(nèi)阻接入的影響，給測(cè)量帶來(lái)一定系統(tǒng)誤差。在電流表內(nèi)接法中，由于電壓表測(cè)出的電壓值V包括了電流表兩端的電壓，因此，測(cè)量值要大于被測(cè)電阻的實(shí)際值。由可見(jiàn)，由于電流表內(nèi)阻不可忽略，故產(chǎn)生一定的誤差。在電流表外接法中，由于電流表測(cè)出的電流I包括了流過(guò)電壓表的電流，因此，測(cè)量值要小于實(shí)際值。由可見(jiàn)，由于電壓表內(nèi)阻不是無(wú)窮大，故給測(cè)量帶來(lái)一定的誤差。上述兩種聯(lián)接電路的方法，都給測(cè)量帶來(lái)一定的系統(tǒng)誤差，即測(cè)量方法誤差。為此，必須對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。其修正值為其中R為測(cè)量值，Rx為實(shí)際值。為了減小上述誤差，必須根據(jù)待測(cè)阻值的大小和電表內(nèi)阻的不同，正確選擇測(cè)量電路。經(jīng)過(guò)以上處理，可以減小和消除由于電表接入帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，但電表本身的儀器誤差仍然存在，它決定于電表的準(zhǔn)確度等級(jí)和量程，其相對(duì)誤差為圖16—1電流表內(nèi)接圖16—2電流表外接竺=竺■國(guó)式中蟄和"為電流表和電壓表允許的最大示值誤差?！緦?shí)驗(yàn)儀器】電阻元件伏安特性實(shí)驗(yàn)儀，待測(cè)金屬膜電阻、待測(cè)穩(wěn)壓管、待測(cè)小燈炮、待測(cè)二極管等?！緦?shí)驗(yàn)步驟】測(cè)定金屬膜電阻的伏安特性根據(jù)圖16—1聯(lián)接好電路。金屬膜電阻Rx為240W，每改變一次電壓V，讀出相應(yīng)的I值，并填入下表中，作伏安特性曲線(xiàn)，再?gòu)那€(xiàn)上求得電阻值。電壓(V)

電流(mA)根據(jù)圖16—2聯(lián)接好電路，仍用測(cè)量步驟1中Rx,每改變一次電流值讀出相應(yīng)的電壓來(lái)。同樣作出伏安特性曲線(xiàn)，并從曲線(xiàn)上求得電阻值。根據(jù)電表內(nèi)阻的大小，分析上述兩種測(cè)量方法中，哪種電路的系統(tǒng)誤差小。測(cè)量穩(wěn)壓管的伏安特性穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)面結(jié)型硅二極管，它具有陡峭的反向擊穿特性，工作在反向擊穿狀態(tài)。在制造穩(wěn)壓管的工藝上，使它具有低壓擊穿特性。穩(wěn)壓管電路中，串入限流電阻，使穩(wěn)壓管擊穿后電流不超過(guò)允許的數(shù)值，因此擊穿狀態(tài)可以長(zhǎng)期持續(xù)，并能很好地重復(fù)工作而不致?lián)p壞。穩(wěn)壓管的特性曲線(xiàn)如圖16—3所示，它的正向特性和一般硅二極管一樣，但反向擊穿特性較陡。由圖可見(jiàn)，當(dāng)反向電壓增加到擊穿電壓以后，穩(wěn)壓管進(jìn)入擊穿狀態(tài)曲線(xiàn)段，雖然反向電流在很大的范圍內(nèi)變化，但它兩端的電壓變化很小或基本恒定。利用穩(wěn)壓管的這一特性，可以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。圖16—3穩(wěn)壓管的參數(shù)穩(wěn)定電壓Vx。即穩(wěn)壓管在反向擊穿后其兩端的實(shí)際工作電壓。這一參數(shù)隨工作電流和溫度的不同略有改變，并且分散性較大，例如2CW14型的=6~7.5V。但對(duì)每一個(gè)管子而言，對(duì)應(yīng)于某一工作電流，穩(wěn)定電壓有相應(yīng)的確定值。穩(wěn)定電流Ix。即穩(wěn)壓管的工作電壓為穩(wěn)定電壓時(shí)的工作電流。動(dòng)態(tài)電阻rx。是穩(wěn)壓管電壓變化和相應(yīng)的電流變化之比，即。E16-4穩(wěn)壓管的正向特性測(cè)量電最大穩(wěn)定電流Ixmax和最小穩(wěn)定電流Ixmin°Ixmax是指穩(wěn)壓管的最大工作電流，超過(guò)此值，即超過(guò)了管子的允許耗散功率；Ixmin是指穩(wěn)壓管的最小工作電流，低于此值，Vx不再穩(wěn)定，常取Ixmin=1~2mA。穩(wěn)壓管伏安特性測(cè)定的實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路如圖16—4所示。E為0~12V可調(diào)電源，R為限流電阻器。測(cè)定穩(wěn)壓管的正向特性按圖16—4連接電路，R阻值調(diào)到最大，可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出為零。增大輸出電壓，使電壓表的讀數(shù)逐漸增大，觀(guān)察加在穩(wěn)壓管上電壓隨電流變化的現(xiàn)象，通過(guò)觀(guān)察確定測(cè)量范圍，即電壓與電流的調(diào)節(jié)范圍。測(cè)定穩(wěn)壓管的正向特性曲線(xiàn)，不應(yīng)等間隔的取點(diǎn)，即電壓的測(cè)量值不應(yīng)等間隔地取，而是在電流變化緩慢區(qū)間，電壓間隔取的疏一些，在電流變化迅速區(qū)間，電壓間隔取得密一些。如測(cè)試的2CW14型穩(wěn)壓管，電壓在0V~0.7V區(qū)間取3~5個(gè)點(diǎn)即可。測(cè)定穩(wěn)壓管的反向特性將穩(wěn)壓管反接；定性觀(guān)察被測(cè)穩(wěn)壓管的反向特性，通過(guò)觀(guān)察確定測(cè)試反向特性時(shí)電壓的調(diào)節(jié)范圍(即該型號(hào)穩(wěn)壓管的最大工作電流Ixmax所對(duì)應(yīng)的電壓值)。測(cè)試反向特性，同樣在電流變化迅速區(qū)域，電壓間隔應(yīng)取得密一些。測(cè)量小燈炮的伏安特性自行設(shè)計(jì)測(cè)試小燈炮伏安特性的線(xiàn)路；用測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出小燈炮的伏安特性曲線(xiàn)。圖16-5說(shuō)明小燈炮的電阻特性。測(cè)量2AP型晶體二極管的正向和反向伏安特性晶體二極管PN結(jié)在正向?qū)щ姇r(shí)電阻很小，反向?qū)щ姇r(shí)電阻很大，具有單向?qū)щ娦?。隨著所加電壓的大小，電流也不是成比例的變化，它的伏安特性曲線(xiàn)是一條曲線(xiàn)，所以屬非線(xiàn)性元件。由圖16—5可見(jiàn)，在二極管兩端加正向電壓時(shí)，在死區(qū)電壓以?xún)?nèi)，二極管呈現(xiàn)的電阻較大，所以只有很小的電流，一旦超過(guò)死區(qū)電壓，電流增長(zhǎng)很快。二極管的正向電流不允許超過(guò)最大整流電流，否則將導(dǎo)致二極管損壞。當(dāng)加反向電壓時(shí)，由于少數(shù)載流子的作用，形成反向電流。反向電壓在一定范圍內(nèi)，反向電流很小，而且?guī)缀醪蛔?，形成反向飽和電流。?dāng)反向電壓增大到一定程度后，反向電流突然增大，出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象，此時(shí)二極管將因擊穿而損壞，所以二極管必須給出反向工作電壓（通常是擊穿電壓的一半）。按圖