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電路分析實驗箱-電路元件伏安特性的測量

一、實驗目的
1.學會識別常用電路和元件的方法。
2.掌握線性電阻、非線性電阻元件及電壓源和電流源的伏安特性的測試方法。
3.學會常用直流電工儀表和設備的使用方法。
二、實驗原理
任何一個二端元件的特性可用該元件上的端電壓U與通過該元件的電流I之間的函數(shù)關系I=f(U)表示,即I-U平面上的一條曲線來表征,即元件的伏安特性曲線。
1.線性電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標原點的直線,如圖1-1中a曲線所示,該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。
2.一般的白熾燈在工作時燈絲處于高溫狀態(tài),其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大。通過白熾燈的電流越大,其溫度越高,阻值也越大。一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”的阻值相差幾倍至幾十倍,所以它的伏安特性曲線如圖1-1中b曲線所示。
3.一般的半導體二極管是一個非線性電阻元件,其伏安特性曲線如圖1-1中c曲線所示。正向壓降很。ㄒ话愕逆N管約為0.2~0.3V, 硅管約為0.5~0.7V),正向電流隨正向壓降的升高而急劇上升,而反向電壓從零一直增加到幾十伏時,其反向電流增加很小,粗略地可視為零?梢,二極管具有單向導電性,但反向電壓加得過高,超過管子的極限值,則會導致管子擊穿損壞。
4.穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導體二極管,其正向特性與普通二極管類似,但其反向特性較特別,如圖1-1中d曲線所示。在反向電壓開始增加時,其反向電流幾乎為零,但當電壓增加到某一數(shù)值時(稱為管子的穩(wěn)壓值,有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管)電流將突然增加,以后它的端電壓將維持恒定,不再隨外加的反向電壓升高而增大。注意:流過穩(wěn)壓二極管的電流不能超過管子的極限值,否則管子會被燒壞。

圖 1-1  各種電路元件的伏安特性曲線
三、實驗設備
序號 名稱 型號與規(guī)格 數(shù)量 備注
1 可調直流穩(wěn)壓電源 0~12V 1  
2 萬用表   1  
3 直流數(shù)字毫安表   1  
4 直流數(shù)字電壓表   1  
5 可調電位器或滑線變阻器   1  
6 二極管 2CP15(或IN4007) 1  
7 穩(wěn)壓管 2CW51 1  
8 白熾燈 6.3V 1  
9 線性電阻 1KΩ/1W 1  
四、實驗內容
1.測定線性電阻器的伏安特性
按圖1-2接線,調節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U,從0伏開始緩慢地增加,一直到10V,記下相應的電壓表和電流表的讀數(shù)UR、I。


圖1-2
UR(V) 0 3 4 5 7 8 10
I(mA)              
※2.測定非線性白熾燈泡的伏安特性
將圖1-2中的RL換成一只6.3V的汽車燈泡,重復1的步驟。

UR(V) 0 3 4 5 7 8 10
I(mA)              
3.測定半導體二極管的伏安特性
按圖1-3接線,R為限流電阻器。測二極管的正向特性時,其正向電流不得超過5mA,二極管D的正向施壓UD+可在0~0.75V之間取值,特別是在0.5~0.75V之間更應多取幾個測量點。做反向特性實驗時,只需將圖1-3中的二極管D反接,且其反向施壓UD-可加到30V。

圖1-3
正向特性實驗數(shù)據(jù)
UD+(V) 0.10 0.30 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75
I (mA)                
反向特性實驗數(shù)據(jù)
UD-(V) -3 -5 -10 -20 -30 -35 -40
I (mA)              
※4.測定穩(wěn)壓二極管的伏安特性
只要將圖1-3中的二極管換成穩(wěn)壓二極管,重復實驗內容3的測量。測量點自定。
正向特性實驗數(shù)據(jù)

UD+(V)                
I (mA)                
反向特性實驗數(shù)據(jù)
UD-(V)              
I (mA)              
5.測定電壓源伏安特性

圖1-4
按圖1-4連接電路圖,調節(jié)U為5V,改變RL的值,測量U和I的值。記入下表中:
RL(Ω) 100 200 300 500 600 700 800
I(mA)              
U(V)              
6.測定電流源伏安特性

圖1-5
按圖1-5接好電路圖,調節(jié)RL的值,測出各種不同RL值時的I和U,記入表中:
RL(Ω) 100 200 300 500 600 700 800
I(mA)              
U(V)              
五、實驗注意事項
1.測二極管正向特性時,穩(wěn)壓電源輸出應由小至大逐漸增加,應時刻注意電流表讀數(shù)不得超過15mA。
2.進行不同實驗時,應先估算電壓和電流值,合理選擇儀表的量程,切勿使儀表超量程,儀表的極性亦不可接錯。
、思考題
1.線性電阻與非線性電阻的概念是什么?電阻器與二極管的伏安特性有何區(qū)別?
2.設某器件伏安特性曲線的函數(shù)式為I = f(U),試問在逐點繪制曲線時,其坐標變量應如何放置?
3.在圖1-3中,設U=3V,UD+ = 0.7V,則毫安表(mA)表讀數(shù)為多少?
4.穩(wěn)壓二極管與普通二極管有何區(qū)別,其用途如何?
、實驗報告
1.根據(jù)各實驗數(shù)據(jù),分別在方格紙上繪制出光滑的伏安特性曲線。(其中二極管和穩(wěn)壓管的正、反向特性均要求畫在同一張圖中,正、反向電壓可取為不同的比例尺)。
2.根據(jù)實驗結果,總結、歸納各被測元件的特性。
3.必要的誤差分析。

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