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实验电路元件伏安特性的研究———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 实验08　电路元件伏安特性的研究电学元件是构成电路的根本要素，而其伏安特性又是电学性质中的重中之重，因此对其物理性质的研究是电学中最根本也是最重要的局部之一通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压～电流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线如果元件的伏安特性曲线是一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，那么称该元件为线性元件〔例如碳膜电阻、金属膜电阻等〕；如果元件的伏安特性曲线不是直线，那么称其为非线性元件〔例如晶体二极管、三极管〕本实验是通过测试电学元件的伏安特性曲线，初步了解电学元件的构造及原理、熟悉其根本性能和掌握其正确的使用方法实验目的】1、学会识别局部常用电学元件的方法2、掌握线性电阻、非线性电学元件伏安特性的测试法3、通过测定电学元件上电压与电流的关系，验证局部电路欧姆定律4、熟悉误差分析的根本方法实验仪器】 TKVA-1型线性与非线性元件V-A特性实验仪，包括直流稳压电源〔0-12 V〕、元件箱、直流数字电压表、直流数字毫安表和图视仪等。

实验原理】在温度一定的情况下，当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻假设元件两端的电压与通过它的电流不成正比例，那么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一般金属导体电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性曲线是一条直线电阻是导体材料的重要特性，在电学实验中经常要对电阻进展测量测量电阻的方法有多种，伏安法是常用的根本方法之一所谓伏安法，就是运用欧姆定律，测出电阻两端的电压V和其上通过的电流I，根据 〔8-1〕即可求得阻值R也可运用作图法，作出伏安特性曲线，从曲线上求得电阻的阻值对有些电阻，其伏安特性曲线为直线，称为线性电阻，如常用的碳膜电阻、线绕电阻、金属膜电阻等另外，有些元件，伏安特性曲线为曲线，称为非线性电阻元件，如灯泡、晶体二极管、稳压管、热敏电阻等非线性电阻元件的阻值是不确定的，只有通过作图法才能反映它的特性用伏安法测电阻，原理简单，测量方便，但由于电表内阻接入的影响，给测量带来一定系统误差在电流表内接法中，如图8-1所示由于电压表测出的电压值V包括了电流表两端的电压，因此，测量值要大于被测电阻的实际值。

由图8-1 电流表内接 〔8-2〕可见，由于电流表内阻不可忽略，故给测量带来一定的误差在电流表外接法中，如图8-2所示由于电流表测出的电流I包括了流过电压表的电流，因此，测量值要小于被测电阻的实际值由图8-2 电流表外接 〔8-3〕可见，由于电压表内阻不是无穷大，故给测量带来一定的误差上述两种连接电路的方法，都给测量带来一定的系统误差，即测量方法误差为此，必须对测量结果进展修正其修正值为 〔8-4〕其中R为测量值，为实际值为了减小上述误差，必须根据待测阻值的大小和电表内阻的不同，正确选择测量电路当且时，选择电流表内接法且时，选择电流表外接法时，两种接法均可经过以上选择，可以减小由于电表接入带来的系统误差，但电表本身的仪器误差仍然存在，它取决于电表的准确度等级和量程，其相对误差为 〔8-5〕式中和为电流表和电压表允许的最大示值误差实验内容】一、必做局部：TKVA-1型线性与非线性元件V-A特性实验仪面板如图8-3所示：图8-3本实验仪器主要有直流稳压电源〔0-12V〕、元件箱、直流数字电压表、直流数字毫安表和图示仪组成。

元件箱中有线性电阻、光敏电阻、不同的二极管和小灯泡等八个元器件，实验时根据要求选择假设干进展直流电流表分0.2、2、20和200mA四档，直流电压表分0-2V和0-20V两档〔有开关选择〕1．测量线性电阻器的伏安特性〔1〕电流表内接法根据图8-1连接好电路电阻为100K，每改变一次电压V值，读出相应的电流I值，填入表8-1中，作出伏安特性曲线，并从曲线上求得电阻值表8-1电压(V)电流(mA)〔2〕电流表外接法根据图8-2连接好电路，重复实验步骤〔1〕，数据表格自拟〔3〕根据电表内阻的大小，分析上述两种测量方法中，哪种电路的系统误差较小2．测量稳压二极管的伏安特性〔1〕稳压管的稳压特性稳压管实质上就是一个面结型硅二极管，它具有陡峭的反向击穿特性，工作在反向击穿状态在制造稳压管的工艺上，使它具有低压击穿特性稳压管电路中，串入限流电阻，使稳压管击穿后电流不超过允许的数值，因此击穿状态可以长期持续，并能很好地重复工作而不致损坏稳压管的特性曲线如图8-4所示，它的正向特性和一般硅二极管一样，但反向击穿特性较陡由图可见，当反向电压增加到击穿电压以后，稳压管进入击穿状态在曲线的AB段，虽然反向电流在很大的范围内变化，但它两端的电压变化很小，即根本恒定。

利用稳压管的这一特性，可以到达稳压的目的图8-4 稳压管特性曲线〔2〕稳压管的参数1〕稳定电压即稳压管在反向击穿后其两端的实际工作电压这一参数随工作电流和温度的不同略有改变，并且分散性较大，例如2CW14型的=6~V但对每一个管子而言，对应于某一工作电流，稳定电压有相应确实定值2〕稳定电流即稳压管的电压等于稳定电压时的工作电流3〕动态电阻是稳压管电压变化和相应的电流变化之比，即，显然， 越小，稳压效果越好，动态电阻的数值随工作电流的增加而减小但当工作电流>5~10mA以后，减小的不显著，而当<1mA时，明显增加，阻值较大4〕最大稳定电流和最小稳定电流是指稳压管的最大工作电流，超过此值，即超过了管子的允许耗散功率；是指稳压管的最小工作电流，低于此值，不再稳定，常取=1~2mA〔3〕稳压管伏安特性测定的实验电路实验电路如图8-5所示E为0~12V可调直流稳压电源，R为限流电阻器〔4〕测量稳压管的正向特性1〕按图8-5连接电路，R阻值调到最大，可调稳压电源的输出为零2〕增大输出电压，使电压表的读数逐渐增大，观察加在稳压管上电压随电流变化的现象，通过观察确定测量范围，即电压与电流的调节范围图8-5 稳压管的正向特性测量图3〕测定稳压管的正向特性曲线，不应等间隔的取点，即电压的测量值不应等间隔地取，而是在电流变化缓慢区间，电压间隔取的疏一些，在电流变化迅速区间，电压间隔取得密一些。

如测试的2CW14型稳压管，电压在0V~V区间取3~5个点即可〔5〕测量稳压管的反向特性1〕将稳压管反接；2〕定性观察被测稳压管的反向特性，通过观察确定测量反向特性时电压的调节范围〔即该型号稳压管的最大工作电流所对应的电压值〕3〕测量反向特性，同样在电流变化迅速区域，电压间隔应取得密一些二、选做局部：测量小灯炮的伏安特性给定一只8V/0.1A小灯炮，UH=12伏，IH=100mA，起始电流为20mA，毫安表内阻为1W，电压表内阻为1MW要求：1〕自行设计测量伏安特性的线路；2〕测量小灯泡的伏安特性；3〕绘制小灯泡的伏安特性曲线；4〕判定小灯炮是线性元件还是非线性元件考前须知】1．使用电源时要防止短路，接通和断开电路前应使输出为零，先粗调然后再慢慢微调2．测稳压二极管〔IN4728〕正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不超过30mA，稳压源输出端切勿碰线短路3．测量稳压管伏安特性时，电路中电流值不应超过其最大稳定电流4．进展不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错5．如果要测定2AP9检波二极管的伏安特性，正向特性的电压值可取0,0.10,0.13,0.15,0.17,0.19,0.21,0.24,0.30(V)，反向特性的电压值取0,2,4,6,8,10(V)。

【思考题】1、 线性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻器和二极管的伏安特性有何区别？2、 设某器件伏安特性曲线的函数式为，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？3、 稳压二极管与普通二极管有何区别？其用途如何？。