元器件电阻特性

伏安法测量元器件电阻及误差校正【摘要】本实验通过伏安法的两种接线方式，电流表的内接和外接测量出元件两端电压与通过它的电流，然后作出其伏安特性曲线，根据曲线的走势来判断元件的特性。然后通过一定的方法（计算机软件mathematica）对测量结果进行必要的修正，以减小误差。【关键字】伏安法内外接mathematica【引言】电阻是电学中最常用到的物理量之一，我们有很多方法可以测量电子组件的电阻，采用补偿原理的方法称为补偿法测电阻，利用欧姆定律来求导体电阻的方法称为伏安法。其中，伏安法是测量电阻的基本方法之一。为了研究元件的导电性，我们通常测量出其两端电压与通过它的电流之间的关系，然后作出其伏安特性曲线，根据曲线的走势来判断元件的特性。伏安特性曲线是直线的元件称为线性元件，不是直线的元件称为非线性元件，这两种元件的电阻都可以用伏安法来测量。由于电表本身有一定的内阻，测量时电表被引入电路，必然会对测量结果有一定的影响，因此，我们在测量过程中必须对测量结果进行必要的修正，以减小误差。希望通过此实验加深理解非线性元器件电阻值随电压的变化情况．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测试技能。学习直流稳压电源、直流电压表、电流表的使用方法。【正文】实验原理：1，线性电阻：若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件。若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，这类元件称为非线性元件。线性电阻其伏安特性是一条直线（见图1），电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数R=V/I。I（mA）图1线性电阻的伏安特性2，非线性电阻：常用的半导体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关半导体二极管的正、反向特性曲线如图2所示。从图上看出，电流和电压不是线性关系，各点的电阻都不相同。凡具有这种性质的电阻，就称为非线性电阻。因此，若要用伏安法较精确的测量二极管的伏安特性曲线，必须正确地选择测量线路。图2稳压管伏安特性曲线－1.02.01.0－4.0－2.02.04.0V(v)R=IV3，电流表内外接法：在电流表外接中，电流表测出的电流值I是通过电阻和电压表的电流之和，即I=IX+IV，因此，R=UX/I=UX/（IX+IV）=RX/（1+RX/RV）。可见，这种条件下，电压表的内阻对实验有一定的影响，运用电压表内接法，会导致测量值比真实值要小。（图3）在电流表内接中，电压表测出的电压值U包含了电流表两端的电压，即U=UmA+UX，因此，R=U/IX=（UX+UmA）/IX=RX+RmA（其中，UX为电阻两端的真实电压，RX为电阻的真实值，RmA为电流表的内阻，R为测量值）。可见，电流表的内阻对实验结果有一定的影响，运用电压表外接法，会导致测量值比真实值要大，而其差值正好是电流表的内阻。（图4）数据记录与处理(下一页mathematica处理)综合以上分析的：用伏安法测电阻，原理和操作都很简单，但由于电表有一定的内阻，必然就会给实验带来一定的误差。伏安法测电阻的电路连接方式有电压表的内接和外接两种方式。在电压表内接法中，电流表测出的电流值I是通过电阻和电压表的电流之和，即I=IX+IV，因此，R=UX/I=UX/（IX+IV）=RX/（1+RX/RV）。可见，这种条件下，电压表的内阻对实验有一定的影响，运用电压表内接法，会导致测量值比真实值要小。在电压表外接法中，电压表测出的电压值U包含了电流表两端的电压，即U=UmA+UX，因此，R=U/IX=（UX+UmA）/IX=RX+RmA。可见，电流表的内阻对实验结果有一定的影响.上述两种伏安法测电阻的电路连接方式，都会给实验结果带来一定的系统误差，为了减小上述误差，我们可以根据被测电阻的大小与电表内阻的大小来选择合适的电路连接方式。当：RX〈〈RV时，选择电流表外接法；RX〉〉RmA电流表内接法；RX〉〉RmA且RX〈〈RV时，两种接法均可。误差分析：1两次测量结果一个偏大一个偏小，因为采用电流表外接测电阻测的电阻R=RX/（1+RX/RV），由于分母多了一项RX/RV，致使所测的电阻值偏大。而电流表内接法测电阻测的是电流表和待测电阻的电阻之和，即式R=RX+RmA，必然会大于待测电阻的真实值。2用伏安法测电阻，原理和操作都很简单，但由于电表有一定的内阻，必然就会给实验带来一定的误差。【注意事项】1．测半导体二极管的正向伏安特性时，毫安表读数不得超过二极管允许通过的最大正向电流值。．测量中，随时注意电流表读数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程。2．测半导体二极管反向伏安特性时，加在半导体管上的电压不得超过管子允许的最大反向电压。3．电源不能短路。以免损坏电源。由于我们用的是可调电源，因此，在接通电路之前，应该调节电源，是其输出最小，接通电路之后，再根据实际需要，先粗调，然后再慢慢微调，使电源输出为我们所要的值。每个元件都有其最大承受电压，即额定电压，超过这个值，元件就很有可能被烧毁，因此我们在实验过程中应注意电压表的读数，使之不超过元件的额定电压。4.数字电流表为四挡测量量程，各量程的内阻不同，在做实验时选好量程，尽量不要换量程，各挡的内阻详见其使用说明书。5．测量时，可调稳压电源的输出电压由0V缓慢逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表，不能超过规定值。6在读数时，一定要保证两表的示数不变动，若有一表的示数在跳动，则应继续微调，以减小试验误差。【参考文献与资料】[1]吴俊林基础物理实验科学出版社《元器件伏安特性曲线的测量》2009,12