電路元件伏安特性的測(cè)繪實(shí)驗(yàn)說(shuō)明
2021-10-27 09:48電路元件伏安特性的測(cè)繪實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>
1、學(xué)會(huì)識(shí)別常用電路元件的方法。
2、掌握線性電阻、非線性電阻元件伏安特性的測(cè)繪。
3、掌握實(shí)驗(yàn)臺(tái)上直流電工儀表和設(shè)備的使用方法。
二、電路元件伏安特性的測(cè)繪實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明：
任何一個(gè)二端元件的特性可用該元件上的端電壓U 與通過(guò)該元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系I＝f(U)來(lái)表示，即用I-U 平面上的一條曲線來(lái)表征，這條曲線稱為該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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。 如圖3-1中a所示
2. 一般的白熾燈在工作時(shí)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(guò)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”的阻值可相差幾倍至十幾倍，
所以它的伏安特性如圖3-1中b曲線所示。
3. 一般的半導(dǎo)體二極管是一個(gè)非線性
電阻元件，其伏安特性正向壓降很小（一般的鍺管約為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驟上升，而反向電壓從零一直增加到十多至幾十伏時(shí)，其反向電流增加很小，粗略地可視為零�？梢�(jiàn)，二極管具有單向?qū)щ娦�，但反向電壓加得過(guò)高，超過(guò)管子的極限值，則會(huì)導(dǎo)致管子擊穿損壞。
4. 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導(dǎo)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3-1中d所示。在反向電壓開(kāi)始增加時(shí)，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值時(shí)（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，以后它的端電壓將基本維持恒定，當(dāng)外加的反向電壓繼續(xù)升高時(shí)其端電壓僅有少量增加。
注意：流過(guò)二極管或穩(wěn)壓二極管的電流不能超過(guò)管子的極限值，否則管子會(huì)被燒壞。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
1. 測(cè)定線性電阻器的伏安特性
按圖3-2接線，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從0 伏開(kāi)始緩慢地增加，一直到10V，記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)UR、I。
圖 3-2 圖 3-3
2. 測(cè)定非線性白熾燈泡的伏安特性
將圖3-2中的R換成一只12V，0.1A的燈泡，重復(fù)步驟1。UL為燈泡的端電壓。
3. 測(cè)定半導(dǎo)體二極管的伏安特性
按圖3-3接線，R為限流電阻器。測(cè)二極管的正向特性時(shí)，其正向電流不得超過(guò)35mA，二極管D的正向施壓UD+可在0～0.75V之間取值。在0.5～0.75V之間應(yīng)多取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)。測(cè)反向特性時(shí)，只需將圖3-3 中的二極管D反接，且其反向施壓UD－可達(dá)30V。
正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
4. 測(cè)定穩(wěn)壓二極管的伏安特性
（1）正向特性實(shí)驗(yàn)：將圖3-3中的二極管換成穩(wěn)壓二極管2CP15，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3中的正向測(cè)量。UZ+為2CP15的正向施壓。
（2）反向特性實(shí)驗(yàn)：將圖3-3中的R換成510Ω，2CP15反接，測(cè)量2CP15的反向特性。穩(wěn)壓電源的輸出電壓UO從0～20V，測(cè)量2CP15二端的電壓UZ－及電流I，由UZ－可看出其穩(wěn)壓特性。
五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：
1. 測(cè)二極管正向特性時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐漸增加， 應(yīng)時(shí)刻注意電流表讀數(shù)不得超過(guò)35mA。
2. 如果要測(cè)定2AP9的伏安特性，則正向特性的電壓值應(yīng)取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的電壓值取0，2，4，……，10(V)。
3. 進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程， 勿使儀表超量程，儀表的極性亦不可接錯(cuò)。
六、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(shè)某器件伏安特性曲線的函數(shù)式為I＝f(U)，試問(wèn)在逐點(diǎn)繪制曲線時(shí)，其坐標(biāo)變量應(yīng)如何放置？
3. 穩(wěn)壓二極管與普通二極管有何區(qū)別，其用途如何？
4. 在圖3-3中，設(shè)U=2V，UD+=0.7V，則mA表讀數(shù)為多少？
七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：
1. 根據(jù)各實(shí)驗(yàn)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(huà)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)、歸納被測(cè)各元件的特性。
3. 必要的誤差分析。
4. 心得體會(huì)及其他。
1、學(xué)會(huì)識(shí)別常用電路元件的方法。
2、掌握線性電阻、非線性電阻元件伏安特性的測(cè)繪。
3、掌握實(shí)驗(yàn)臺(tái)上直流電工儀表和設(shè)備的使用方法。
二、電路元件伏安特性的測(cè)繪實(shí)驗(yàn)原理說(shuō)明：
任何一個(gè)二端元件的特性可用該元件上的端電壓U 與通過(guò)該元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系I＝f(U)來(lái)表示，即用I-U 平面上的一條曲線來(lái)表征，這條曲線稱為該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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。 如圖3-1中a所示
2. 一般的白熾燈在工作時(shí)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(guò)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”的阻值可相差幾倍至十幾倍，
所以它的伏安特性如圖3-1中b曲線所示。
3. 一般的半導(dǎo)體二極管是一個(gè)非線性
電阻元件，其伏安特性正向壓降很小（一般的鍺管約為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驟上升，而反向電壓從零一直增加到十多至幾十伏時(shí)，其反向電流增加很小，粗略地可視為零�？梢�(jiàn)，二極管具有單向?qū)щ娦�，但反向電壓加得過(guò)高，超過(guò)管子的極限值，則會(huì)導(dǎo)致管子擊穿損壞。
4. 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導(dǎo)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3-1中d所示。在反向電壓開(kāi)始增加時(shí)，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值時(shí)（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，以后它的端電壓將基本維持恒定，當(dāng)外加的反向電壓繼續(xù)升高時(shí)其端電壓僅有少量增加。
注意：流過(guò)二極管或穩(wěn)壓二極管的電流不能超過(guò)管子的極限值，否則管子會(huì)被燒壞。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：
| 序號(hào) | 名 稱 | 型號(hào)與規(guī)格 | 數(shù)量 | 備注 |
| 1 | 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 | 0~30V | 1 | |
| 2 | 萬(wàn) 用 表 | FM-47或其他 | 1 | 自備 |
| 3 | 直流數(shù)字毫安表 | 0~200mA | 1 | 實(shí)驗(yàn)屏上 |
| 4 | 直流數(shù)字電壓表 | 0~200V | 1 | 實(shí)驗(yàn)屏上 |
| 5 | 二 極 管 | IN4007 | 1 | SYDG05 |
| 6 | 穩(wěn) 壓 管 | 2CP15 | 1 | SYDG05 |
| 7 | 白 熾 燈 | 12V，0.1A | 1 | SYDG05 |
| 8 | 線性電阻器 | 200Ω，510Ω/2W | 1 | SYDG05 |
1. 測(cè)定線性電阻器的伏安特性
按圖3-2接線，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從0 伏開(kāi)始緩慢地增加，一直到10V，記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)UR、I。
圖 3-2 圖 3-3
| UR（V） | 0 2 4 6 8 10 |
| I（mA） |
將圖3-2中的R換成一只12V，0.1A的燈泡，重復(fù)步驟1。UL為燈泡的端電壓。
| UL（V） | 0.1 | 0.5 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| I（mA） |
按圖3-3接線，R為限流電阻器。測(cè)二極管的正向特性時(shí)，其正向電流不得超過(guò)35mA，二極管D的正向施壓UD+可在0～0.75V之間取值。在0.5～0.75V之間應(yīng)多取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)。測(cè)反向特性時(shí)，只需將圖3-3 中的二極管D反接，且其反向施壓UD－可達(dá)30V。
正向特性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
| UD－(V) | 0 | -5 | -10 | -15 | -20 | -25 | -30 |
| I（mA） |
（1）正向特性實(shí)驗(yàn)：將圖3-3中的二極管換成穩(wěn)壓二極管2CP15，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3中的正向測(cè)量。UZ+為2CP15的正向施壓。
| UZ+（V） | |
| I（mA） |
| UO(V) | |
| UZ－（V） | |
| I（mA） |
1. 測(cè)二極管正向特性時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐漸增加， 應(yīng)時(shí)刻注意電流表讀數(shù)不得超過(guò)35mA。
2. 如果要測(cè)定2AP9的伏安特性，則正向特性的電壓值應(yīng)取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的電壓值取0，2，4，……，10(V)。
3. 進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程， 勿使儀表超量程，儀表的極性亦不可接錯(cuò)。
六、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(shè)某器件伏安特性曲線的函數(shù)式為I＝f(U)，試問(wèn)在逐點(diǎn)繪制曲線時(shí)，其坐標(biāo)變量應(yīng)如何放置？
3. 穩(wěn)壓二極管與普通二極管有何區(qū)別，其用途如何？
4. 在圖3-3中，設(shè)U=2V，UD+=0.7V，則mA表讀數(shù)為多少？
七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：
1. 根據(jù)各實(shí)驗(yàn)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(huà)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)、歸納被測(cè)各元件的特性。
3. 必要的誤差分析。
4. 心得體會(huì)及其他。
