电学元件的伏安特性测量

电学元件的伏安特性测量大学物理实验实验目的•掌握伏安法测量电阻时，电流表内接和外接时的条件；•通过对二极管伏安特性的测试，了解非线性电阻，掌握二极管的非线性特点。实验仪器DH6102型伏安特性实验仪本实验仪由直流稳压电源、可变电阻器、电流表、电压表及被测元件等五部分组成。DH6102型伏安特性实验仪实验原理一、概述二、线性电阻和非线性电阻三、实验线路的比较与选择四、二极管的伏安特性一、概述伏安法测电阻是电阻测量的基本方法之一。当一个元件两端加上电压时，元件内就有电流通过，电压和电流之间存在着一定的关系。该元件的电流随外加电压的变化曲线，称为伏安特性曲线。从伏安特性曲线所遵循的规律，可以得知该元件的导电特性。二、线性电阻和非线性电阻UIUI•线性电阻对线性电阻我们可以直接通过欧姆定律，确定出线性电阻阻值：R＝U/I•非线性电阻对非线性电阻我们不能应用欧姆定律，但是可以考虑一小段特性曲线，确定出动态电阻：R＝△U/△I三、实验线路的比较与选择实验中使用的电路对电流表有内接和外接两种：当电流表内阻为0，电压表内阻无穷大时，两种电路都不会带来附加测量误差。VA内接RxVA外接Rx被测电阻：IURx非理想状态（电流表内阻非0，电压表内阻非无穷大），如果用上述公式计算电阻值，无论采用哪一种联接都将产生接入（系统）误差。1、内接法的接入误差和修正采用这种方法测量，我们得到的电阻实际是电流表内阻和待测电阻之和，即：需要对其进行修正，即：当RxRA，采用电流表内接，接入误差较小。VA内接RxAxRRIUAxRIUR2、外接法的接入误差和修正当采用外接法时，我们得到的实际上是电压表内阻和待测电阻并联后的阻值，即：需要对其进行修正，即：当RVRx，采用电流表外接，接入误差较小。VA外接RxVxRRUI11VxRUIR11四、二极管的伏安特性•对二极管施加正向电压时，则二极管中就有正向电流通过，随着电压的增加，开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时（硅管为0.7V左右），电流急剧增加，二极管导通后，电压的少许变化，电流的变化都很大。UI正向导通电压反向击穿电压•当施加反向电压时，二极管处于截止状态，其反向电压增加至该二极管的击穿电压时，电流猛增，二极管被击穿，在二极管使用中应竭力避免出现击穿观察，这很容易造成二极管的永久性损坏。所以在做二极管反向特性时，应串入限流电阻，以防因反向电流过大而损坏二极管，并注意不要超过二极管允许的最大反向电压值。•二极管是一种具有单向导电的二端器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。二极管的应用1、整流二极管：利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。2、开关元件：二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。3、限幅元件：二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。4、继流二极管：在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。5、检波二极管：在收音机中起检波作用。6、变容二极管：使用于电视机的高频头中。7、显示元件：用于VCD、DVD、计算器等显示器上。8、稳压二极管：反向击穿电压恒定，且击穿后可恢复，利用这一特性可以实现稳压电路。实验内容（一）1．测定线性电阻的伏安特性⑴选被测电阻器的电阻为1KΩ，电流表量程为20mA，电压表量程为20V。⑵电流表内接测试：将电流表内接，调节直流稳压电源，取合适的电压变化值（如从2.000V变化到14.000V，变化步长取为2.000V），将相应的电流值记录列表。⑶电流表外接测试：将电流表外接，调节直流稳压电源，取合适的电压变化值（如从2.000V变化到14.000V，变化步长取为2.000V），将相应的电流值记录列表。AxRIURVxRUIR11⑷按式R=U/I，计算出电阻直算值。⑸按式（内接）和（外接），分别计算出内接、外接时的电阻修正值。⑹以U为横坐标，I为纵坐标，作出电流表内接、外接时的伏安特性曲线。1KΩ电阻器伏安特性测试数据表电流表内接测试电流表外接测试U（V）I（mA）Rx直算值（kΩ）Rx修正值（kΩ）U（V）I（mA）Rx直算值（kΩ）Rx修正值（Ω）2.0002.0004.0004.0006.0006.0008.0008.00010.00010.00012.00012.00014.00014.000电表电压表（20V）电流表（20mA）内阻（Ω）10MΩ10Ω实验内容（二）2、测量二极管伏安特性A、反向特性测试二极管反相电阻比较大，采用电流表内接的方法。⑴变阻器设置700Ω，调节直流稳压电源，将相应的电压、电流值记录列表。20mA700ΩU(V)I(mA)0.0500.1000.2000.5001.0002.0003.0004.000电阻直算值(KΩ)电阻修正值(KΩ)反相伏安特性测试数据表（3）按式R=U/I，计算出电阻直算值。（4）按公式，计算出电阻修正值。AxRIURB、正向特性测试二极管在正向导通时，呈现的电阻值较小，采用电流表外接测试电路。⑴变阻器设置700Ω，调节直流稳压电源，将相应的电压、电流值记录列表。20mA20V700ΩU（V）I(mA)0.0501.0002.0004.0006.0008.00010.00014.00018.000电阻直算值(KΩ)电阻修正值(KΩ)正向伏安特性测试数据表⑵按式R=U/I，计算出电阻直算值。⑶按公式，计算出电阻修正值。⑷在反向、正向伏安特性测试数据表中，以U为横坐标、I为纵坐标，作出非线性二极管的伏安特性曲线。VxRUIR11