4復(fù)習(xí)線性電阻和非線性電阻的伏安特性

1、4 復(fù)習(xí)線性電阻和非線性電阻的伏安特性。（1 ）線性 電阻元 件的伏安 特性服 從 定律，它是一條通過座 標(biāo)原點(diǎn)的。線。非線 性電阻元 件的伏安 特性不 服從非 線形定律，它是一 條通過座標(biāo)原點(diǎn)的 線。（2 ）在伏安特性的測試中，只有在電流很小，電阻很小時(shí)（只有幾個(gè)歐姆），將電壓表與電 阻直接 聯(lián)，再與電流 表聯(lián)。而測 量較大電阻（R = 200）的伏 安特性時(shí)，要將 電流表先直接與被 測電阻 聯(lián)后，再與電壓表 聯(lián) 。這是因?yàn)?。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容說明 電阻元件的伏安特性是指電阻元件兩端電壓U與通過該電阻元件的電流I 之間的關(guān)系曲線。線性電阻元件伏安特性服從歐姆定律，即 U/I 為常數(shù)。不但其阻值不

2、隨電壓或電流變化而變 化，而且 與電壓或 電流的方向無關(guān) 。因此線性電阻元 件的伏 安特性是一條通 過座標(biāo)原 點(diǎn)的直線。 如 圖 6 2 l （a） 所 示 。非線性電阻元件的伏安特性不服從歐姆定律，即UI 不等于常數(shù)，它與電壓電流的大小和方向 有關(guān)。因此非線性電阻元件的伏安特性是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線。對電壓、電流控制型的非線性 電阻元 件，如白 熾燈和 晶體二極 管的伏安特性分別如圖個(gè) 621（b）和圖6 2 l （c）所示。圖 6 2 電阻 伏安特 性曲線電阻元件 的伏安特性，可以 通過實(shí)驗(yàn)的方法來 測定。但 是必須注意儀表的 合理連 接方法 ，否 則測量的誤差將比較大。因?yàn)殡娏鞅砼c被測

3、負(fù)載電阻串聯(lián)，電流表的內(nèi)阻起了分壓的作用。電 壓表與被 測電阻 并聯(lián)，電壓 表的內(nèi) 阻起了分流的作 用。兩者都直接影 響測量的 結(jié)果。所 以根據(jù)被 測電阻的大小，合理連接電壓表和電流表，盡可能減少測量誤差。四、實(shí)驗(yàn)儀器1 雙路直 流穩(wěn)壓 電源（030V 1A）一臺2 直流電壓表( 45 75 mV 3 7.5 15 30 75 150 300 600 V 0.5級 )一只3 直流毫安表（ 0 1002005001000mA 0.5級 )一只4 直流微安表（ 0 1002005001000A0.5 級 )一只5 滑線電 阻器（ 2001.45 A）一只6 定值電阻（100 20W）一只7 . 鎢

4、絲 燈泡（ 24V 2W）一只8 .二極管 （2AP 23 J） 一只五、實(shí)驗(yàn)步驟1 測定線 性電阻R的伏 安特性 （1 ）按圖622接線，以定值電阻 R200為被測線性電 阻元件。先 使分壓器 滑動觸 頭處于無 輸出電壓的位置處（即零位）。（2 ）調(diào)節(jié)直流 穩(wěn)壓電源 ，使輸出為15V。注：穩(wěn) 壓源給 出的電壓 要用萬 用表（或 電壓表）測 量。穩(wěn)壓 源面板上 電壓表 頭指針 指示的電 壓值僅供參考。（3 ）根據(jù)電源電壓及電阻數(shù)值估算電流表、電壓表量程。（4 ）調(diào)分壓器滑 動觸頭 ，使分壓器輸出電壓從零緩 慢增加 到最大值。觀察電 流隨電 壓的變化 趨勢，以便確定測試點(diǎn)之間的距離。（5 ）從

5、OV 15V之間取7個(gè)測試 點(diǎn)進(jìn)行 測量，記下 R兩端的各 個(gè)電壓值 及對應(yīng) 的各個(gè)電流值，記 入表6 2 中 。注：若 分壓器 調(diào)不到所 需電壓 時(shí)，可輕調(diào) 直流穩(wěn)壓電源的 微調(diào)旋 鈕。但此時(shí) 要注意 各儀表的 指針不要超過滿刻度。（6 ）將電阻反向連接，重復(fù)步驟（1）（5） ，記下電壓和電流值，記人表621 中。 注：每次換接電路時(shí)必須切斷電源，待電路接好后再接通電源。直流穩(wěn)壓源圖 6-2-2 白熾燈伏安特性測試圖直流穩(wěn)壓電源VRp圖 6-2-3 線形電阻伏安特性測試圖表6 21 線性電阻伏安特性測定數(shù)據(jù)表正向U（V）I（mA）反向U（V）I (mA )2 測定非線性電阻元件白熾燈的伏安特

6、性。（ 1 ） 在 圖6 2 2中 將 R換 接成 白 熾燈泡 。 將 電壓 表接至 毫 安表 之后， 直接 與 白熾 燈泡 并 聯(lián) 。 如 圖 6 2 3 所 示 。（ 2 ）調(diào) 節(jié) 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 ，使 輸 出 電 壓 為 20V（ 注 意 不 要 超 過 24V）。確 定 電 壓 表 、電 流 表 的 量 程 。（ 3 ）調(diào) 分 壓器 滑 動觸頭，使分壓 器 輸 出 電壓從零 逐 漸緩 慢 地增 加 到 20V，觀察 電流隨 電 壓的 變 化趨勢，確定測試點(diǎn)之間的距離。（ 4 ）從 OV 20V之 間 取 11個(gè) 測試點(diǎn) ，測 量并 記下對 應(yīng) 白熾 燈泡兩 端 的 電壓 和 電

7、流 ， 記人 表 6 22中。表622 非線性電阻伏安特性測定數(shù)據(jù)表U(V)02468101214161820I(mA)注：反向特性與正向特性是對稱的。3 測定非線性電阻元件二極管的伏安特性。（1 ）正向伏安特性的測定按圖 6 24接線。調(diào)直流 穩(wěn)壓 電 源輸 出 電壓 為 15 V.再 調(diào) 分壓 器觸 頭 ，使電 壓表的 讀數(shù) 分 別 為表6 2 3中 所 示的 各電 壓 數(shù) 值 。使用 直 流 毫 安表，測 量并 記下對應(yīng) 于電 壓 U的 各值的電 流 I，記 入 表 6 2 3 中 。（2 ）反向伏安特性的測定在圖 6 24中，將二極 管 反 向連 接 。調(diào)節(jié) 穩(wěn)壓 電 源的 輸 出電

8、壓為25V，接 通電源后 調(diào)分 壓 器， 使輸出電 壓 分別 為表62 3中 所 示的各 電 壓值 。使用 直 流 微 安表，測 量 并記 下 對應(yīng) 于電 壓U的 電 流I 的值， 記人 表 623中。4記 下 本次 實(shí)驗(yàn)中所 使用 的 直流電壓 表和直流電 流 表 的 準(zhǔn)確度等 級。表62 3 二極管伏安特性測試數(shù)據(jù)表正 向U(V)00.10.150.20.250.30.40.60.81.0I(mA)反 向U(V)024681012162024I(mA)A直流穩(wěn)壓電源Rp圖 6-2-4 二極管伏安特性測試圖D D BA六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告1根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)表格 ，作 出線性 電阻元件R和非線性電阻

9、元件 白熾燈泡 和晶體 二極管 的伏安特 性曲線，并與圖621（ a），（ b），（c）進(jìn)行比較（白 熾燈泡的反向特性，根據(jù)對稱方法可以作 出）。在繪 制特性 曲線時(shí)，要 注意坐 標(biāo)比例的 合理選擇 ，特別是 繪制晶 體二極管的特性曲線時(shí)，正 向與反向特性的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)要取不同的比例尺。2 寫出本次實(shí)驗(yàn)中所遇到的故障及排除的方法。3 . 回答 思 考 題 中 的 第 （2）題 。思考題：（1）根據(jù)儀表的準(zhǔn)確 度及測 量的手段和方法，思考一下產(chǎn)生 誤差的原因有哪 些。（2）線性電阻和非線性電阻 區(qū)別何 在? 結(jié)合 實(shí)驗(yàn)所繪曲線加以說明。（3）從白熾燈泡伏安特性曲線的繪制中看出，金屬導(dǎo)體的電阻將

10、隨溫度的變化而變化。白熾 燈是一非 線性元 件。只有當(dāng) 導(dǎo)體本 身的溫度變化小 ，材料的溫度系數(shù) 小的情況 下，電阻 值才能近 似看作不 變。因此 對一些大功率的電熱性負(fù)載：如白 熾燈、電 阻爐、碘 鎢燈等 電阻電熱器。通電 的 前 后 ，溫 度 變 化 很 大 。熱 狀 態(tài) 電 阻 值 與 冷 狀 態(tài) 電 阻 值 并 不 相 等 ，熱 狀 態(tài) 電 阻 值 遠(yuǎn) 大 于 冷 狀 態(tài) 電 阻值數(shù)倍。所以大功率電熱負(fù)載在冷狀態(tài)時(shí)的通電啟動電流也大于額定電流數(shù)倍，啟動過程較 長。因此在實(shí)際應(yīng)用中要注意。直流穩(wěn)壓電源Rp負(fù) 數(shù)圖 6-2-5 電位器的錯(cuò)誤接法七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1 . 微安表只用于 測二極管

11、的反向特 性。若用于測量其它幾種情 況時(shí)將燒 毀微安表。2 . 接分壓器時(shí)， 不能錯(cuò)接為圖 625中的情況，否則 將損壞設(shè)備。3 注意二極管最大允許電流值及毫安表的量程，實(shí)驗(yàn)時(shí)不得超過此值。實(shí)驗(yàn) 三 線 性網(wǎng)絡(luò) 定理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 加深理解疊加原理和戴維南定理，進(jìn)一步理解電流、電壓的參考方向。2 熟練使用直流電流表和穩(wěn)壓電源。二、預(yù)習(xí)要求1 復(fù)習(xí)疊加原理和戴維南定律。2 參閱第一篇 第二、四 章，進(jìn)一步熟悉 直流電 表、萬用表和穩(wěn)壓電源的使用方 法。3 熟悉實(shí)驗(yàn)原理、步驟及接線圖。4 完成下列境空題。（1 ）當(dāng)支路中 電動勢， 電壓或電流的實(shí) 際方向 與電路圖中所標(biāo)的參考方向一致 時(shí)，其值為

12、；當(dāng) 實(shí)際方 向與標(biāo) 定參考方向相反時(shí) ，其值為 。測量中若 指針反 偏，應(yīng)將表棒 后；再進(jìn) 行測量 ，并取 測量值為值。（2 ）任何 一個(gè)有 源兩端網(wǎng)絡(luò)都可 以用一個(gè) 外部性能與它等 效的電 壓源代替。等效電 壓源的電 動 勢 E。 應(yīng) 等 于電 壓 。 內(nèi) 阻 尼 應(yīng) 等 于。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容說明l 疊 加 原理在線性電路中 幾個(gè)電源同時(shí)作 用時(shí)，在電路中各部分所產(chǎn) 生的電流和電壓 ，等于這 些電源單 獨(dú)作用時(shí)，在電路的各部分產(chǎn)生的電流和電壓的代數(shù)和。應(yīng)用疊加原理 ，一個(gè)復(fù)雜的線性 電路的分析，可以化為幾個(gè) 簡單電路的分析（ 但不能 改變電路 結(jié)構(gòu)），使問題簡化。所謂某一電源單獨(dú)作用，即是除了

13、該電源外，其余電源均置零。電壓源置零以短路代替，電流源置零以開路代替。I1R1E1UOR3 I3R2I2E2IR11I1 RE1UOR2 2 I2I 32R3R3R2I 3 * IUOE2(a) (b)有源二端網(wǎng)絡(luò)無源二端網(wǎng)絡(luò)Rab=Ro(c)圖632 戴維南等效圖aR0RL ULE0圖 6-3-3RO 測定電路圖含源二端網(wǎng)絡(luò)人端電阻的實(shí)驗(yàn)測定方法：首先測出含源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓 Uab。在網(wǎng)絡(luò)允產(chǎn)短路的條件下，測出它的短路電流Is, 則含源 二端網(wǎng)絡(luò)的入端電阻 Rab= Uab/ Iss 如果網(wǎng)絡(luò)不允許短路， 則在測出開路電壓 Uab之后，再接 上負(fù)載電阻R。， 并測出負(fù) 載電壓 U。， 如

14、圖63 3所示。從 圖中看出ULRLRL R0E0R0E0 U LULRL在復(fù)雜電路中 ，若只求 某一支 路的電壓或電流時(shí) ，應(yīng)用戴 維南定 理，將此待 求支路斷開，電路 中剩余的含源部分看成一有源二端網(wǎng)絡(luò)，化成一個(gè)電壓源再接上待求支路，組成一個(gè)簡單電 路，使問題得到簡化。實(shí)驗(yàn)線 路如圖 634上對所示。凡支 路為待求 支路。根 據(jù)戴維南定律，若斷開R3，使E0=Uab , R0 =Rab, I 3=I 3四、實(shí)驗(yàn)儀器1雙路直流穩(wěn)壓電源( 0 30V1A)一只0 100 200 500 1000 m A 0 5 級) 一只3直流 電壓 表0 50V 05 級) 一只4萬用表 一只5.實(shí)驗(yàn)底板R

15、1R2I3R0=R1R2E1U3R3R3E2E0=UabU3b(b)(a)圖 6-3-4 戴維南定理實(shí)驗(yàn)圖6 電阻和 電流插座各三只五、實(shí)驗(yàn)步驟由實(shí)驗(yàn)室給出三只電阻的阻值及兩組電源的數(shù)值：如R1=300 R2=100 R 3=200 E1=10V E2= 5V( 1 ) 選擇萬用表 合適的量程，測量 三只電 阻的阻 值，與標(biāo) 定值進(jìn)行 比較。按圖6 3 l(a) 在底 板上分 別焊接好三只電阻，然 后調(diào)節(jié) E；和E。為給定 值，并接入電路中。用 直流電流表和電壓表測出電阻上流過的電流I1 ,I2,I3 和R。電阻兩端電壓U。，記入表63l 中。（2 ） 由E；單獨(dú)作用，按圖631（b ）接線，

16、測量各支路電流I1,I2 ,I3 及U。，記入表63 1 中。 （注意：換接 電路時(shí) ，先要斷開電源。）（3 ）由E。單 獨(dú)作用 按圖63 1（C ）接線。測各支路電流I1,I2,I3及Uo，記人 表6 31中。表 3-3-1 疊加原理測量數(shù)據(jù)記錄表狀態(tài)E1、E2作用E1 單獨(dú)作用E2 單獨(dú)作用疊加作用測I1(mA)I(mA)I(mA)I+ I (mA)量I2(mA)I(mA)I (mA)I +I (mA)數(shù)I3(mA)I(mA)I (mA)I +I (mA)據(jù)U0(v)U0(v)U 0(v)U0+ U0(v)2 驗(yàn)證戴維南定理（1 ）按 圖6 3 4（ a ）接線 。電源和 電阻參 數(shù)同上，

17、將R；電阻視為 待求支路的負(fù)載電阻，其余部分視 為被測 含源二 端網(wǎng)絡(luò)。測出 R；支 路的電流 人I1=.。（2 ）斷開R。 支路， 測量開 路電壓Uab=。（3 ）用短路法 測量短路 電流，將a、b兩端用電流表短接，讀出 a、b二端 間的短 路電流Is = （m A）則得等效電阻 Rab = Uab/ Is =.（4 ）驗(yàn) 證戴維南 定理用 E0（= Ua b）串聯(lián)R 0（=R ab）構(gòu)成戴維南等效電路 。即調(diào)節(jié)電源電壓 等于 E 0，用 電阻R 1并 聯(lián)R 2代替 R0，接上R 3支路，如圖6-3- 4（b）所示。測出 R 3支路電 流。I3=。并與表6-3-1中的I3進(jìn)行 比較。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告1整理和觀察表 6-3-1的 數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中驗(yàn)證疊加原理 （列出 兩個(gè)計(jì)算式子）。2考慮測量誤差 產(chǎn)生的原因。3實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)過 哪些故障，為什么 會出現(xiàn) 這些故 障？你是 如何排除 的。4回答下列思考 題。（1）為什么可以用 R 1并 聯(lián) R 2來 代替 R 0？（2）為什么在電流的測量中會出現(xiàn)負(fù)值？（3）根據(jù)測量數(shù)據(jù)， 說明戴維南定律的 正確性。七、注意事項(xiàng)1 使用直流電表時(shí)注意正、負(fù)極性 和正、負(fù)讀數(shù)。2 數(shù)據(jù)記錄 時(shí)，電 阻的位 置與對應(yīng)的電流值不 要記錯(cuò) 。圖631疊加原理 實(shí)驗(yàn)圖實(shí)驗(yàn)線 路如圖631所示。 根據(jù)疊加