實驗四 電阻元件伏安特性的測定

1、實驗四 電阻元件伏安特性的測定【實驗簡介】電阻是電學(xué)中常用的物理量。利用歐姆定律測導(dǎo)體電阻的方法稱為“伏安法”。為了研究材料的導(dǎo)電性，通常作出其伏安特性曲線，了解它的電壓和電阻的關(guān)系。伏安特性曲線是直線的元件稱為“線性元件”，伏安特性曲線不是直線的元件稱為“非線性元件”。這兩種元件的電阻都可以用伏安法測量。但是，由于測量時電表被引入測量電路，電表內(nèi)阻必然會影響測量結(jié)果，因而應(yīng)考慮對測量結(jié)果進行必要的修正，以減小系統(tǒng)誤差。 喬治·西蒙·歐姆生平簡介喬治·西蒙·歐姆(Georg Simon Ohm,17871854年)是德國物理學(xué)家。圖4-1 喬治·

2、;西蒙·歐姆1826年，歐姆發(fā)現(xiàn)了電學(xué)上的一個重要定律歐姆定律，這是他最大的貢獻。這一定律可以表示為兩種形式：一是部分電路的歐姆定律，通過部分電路的電流，等于該部分電路兩端的電壓，除以該部分電路的電阻；二是全電路的歐姆定律，即通過閉合電路的電流，等于電路中電源的電動勢，除以電路中的總電阻。為了紀(jì)念他，人們把電阻的單位命名為歐姆?！緦嶒?zāi)康摹?、了解電學(xué)實驗常用儀器的規(guī)格、性能，學(xué)習(xí)它們的使用方法。2、學(xué)習(xí)電學(xué)實驗的基本操作規(guī)程和連接電路的一般方法。3、掌握電阻元件伏安特性的測量方法，用伏安法測電阻。4、了解系統(tǒng)誤差的修正方法，學(xué)會作圖法處理實驗數(shù)據(jù)?！緦嶒瀮x器和用具】雙刀雙置開關(guān)直流

3、電流表直流穩(wěn)壓電源（SG1731SL5A），直流電壓表（C31/1-V0.5級），直流電流表（C31/1-A0.5級），滑線變阻器（0.5A，1.5K），待測電阻兩個（一個幾十歐，一個幾千歐），待測二極管，單刀單擲開關(guān)一個，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線10根。待測電阻滑線變阻器直流穩(wěn)壓電源單刀雙置開關(guān)直流電壓表圖4-3電壓表、電流表、電阻、開關(guān)圖4-2 滑線變阻器、穩(wěn)壓電源、開關(guān)【實驗原理】1、伏安特性曲線實驗中常用的線繞電阻、碳膜電阻和金屬膜電阻等，它們都具有以下共同特性，即加在該電阻上的電壓與通過其上的電流總是成正比例的變化(忽略電流熱效應(yīng)對阻值的影響)。若以縱坐標(biāo)表示電流，橫坐標(biāo)表示電壓，電流

4、與電壓的關(guān)系就表示為一條直線如圖4-4-4（a）所示。具有這種特性的電阻元件成為“線性電阻元件”。2、非線性電阻如果電阻電阻元件兩端的電流、電壓關(guān)系為曲線，則這類電阻元件稱為“非線性電阻元件”（如熱敏電阻、二極管等）。這種元件的特點是電阻隨加在它兩端的電壓改變而改變?nèi)鐖D4-4-4（b）所示。一般均用伏安特性曲線來反映非線性電阻元件的特性。圖4-1（a）線性電阻的伏安特性曲線圖4-1（b）二極管的伏安特性曲線3、伏安法測電阻歐姆定律告訴我們，通過一段電路的電流，與這段電路兩端的電壓成正比，與這段電路的電阻成反比，即。由此可求得電阻 （4-1）這是伏安法測電阻所根據(jù)的基本原理。圖4-5電路（1）電

5、流表內(nèi)接法如圖4-5所示，將單刀雙擲開關(guān)接到端，電電路屬于電流表內(nèi)接法。電流表測出的電流就是通過待測電阻的電流，但電壓表測出的電壓U應(yīng)等于兩端的電壓與電流表內(nèi)阻上的電壓之和。 （4-2）由此式可知，電阻的測量值比實際值要大，是由于電流表內(nèi)接帶來的誤差，稱為接入誤差。在粗略測量的情況下，一般在（如為幾千歐）時用“內(nèi)接法”。為精確計算出的值，應(yīng)按式進行修正。（由實驗室給出）。（2）電流表外接法圖4-5中，將接到b端，電路屬于電流表外接法電壓表測出的電壓U就是兩端的電壓，但電流表測出電流應(yīng)等于與之和。 （4-3） 由此式可知，電阻的測量值比實際值要小，是由于電流表外接帶來的接入誤差。在粗略測量的情況

6、下，一般在（如為幾歐或幾十歐）時用“外接法”。為精確計算出的值，應(yīng)按式進行修正。（由實驗室給出）。4、半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管是一種常用的非線性電子元件，由P型、N型半導(dǎo)體材料制成PN結(jié)經(jīng)歐姆接觸引出電極，封裝而成。兩個電極分別為正極、負(fù)極。二極管的主要特點是單向?qū)щ娦?，其伏安特性曲線如圖4-4（b）所示。其特點是：在正向電流和反向電壓較小時，伏安特性呈現(xiàn)為單調(diào)上升曲線；在正向電流較大時，趨近為一條直線；在反向電壓較大時，電流趨近極限值,叫做反向飽和電流；在反向電流超過某一數(shù)值時，電流急劇增大，這種情況稱做擊穿，叫做擊穿電壓。正向?qū)ê箧N管的正向電壓降約為0.20.3V，硅管約為0.60.8V

7、。二極管的主要參數(shù)有：最大整流電流，即二極管正常工作時允許通過的最大正向平均電流；最大反向電壓，一般為反向擊穿電壓的一半；反向電流是反向飽和電流的額定值。由于二極管具有單向?qū)щ娦?，它在電子電路中得到了廣泛應(yīng)用，常用于整流、檢波、限幅、元件保護以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。5、測量電阻元件特性應(yīng)注意的問題：（1）伏安法測電阻 測量時加在被測電阻兩端的電壓不得超過該電阻的最大電壓值。若被測電阻的阻值為，額定功率為，則其最大允許電壓為 最大允許電流為： 實驗時電源電壓值的確定以及電流表、電壓表的量程的選擇，可由以上兩式計算得出和值來決定。（2安排測量電路時，變阻器電路的選擇應(yīng)考慮到調(diào)節(jié)方便。能滿足測

8、量范圍的要求，實驗中采用分壓電路，一般變阻器的阻值應(yīng)小于負(fù)載電阻。（3）使用指針式電表選取電表量程時，既要注意測量值不得超量程以保證儀表安全，又要使讀數(shù)盡可能大以減小讀數(shù)的相對誤差。測量前應(yīng)注意觀察記錄電表的的機械零點。根據(jù)測量電阻值大小選擇內(nèi)接法或外接法，并進行系統(tǒng)誤差的修正?！緦嶒瀮?nèi)容和要求】、用電流表內(nèi)接法測電阻按圖4-5所示電路，先合理擺放好各儀器的位置，然后連接電路連接的順序可按圖示回路、或、的順序進行。開關(guān)，斷開，滑線變阻器的滑動觸頭打到端，使待測電路的分壓為零。先測大值待測電阻（教師告知哪個是大值電阻），接到a端，電路選用“內(nèi)接法”。適當(dāng)選擇電壓表，電流表的量程及電源輸出電壓。電

9、路經(jīng)教師檢查無誤后方可接通進行試觸，試觸正常才可正式進行實驗。調(diào)節(jié)滑線變阻器，使待測電路的電壓和電流逐漸增大，當(dāng)和的值各自接近量程的2/3時，開始記錄數(shù)據(jù)。改變滑線變阻器次測出組、的值，測完后應(yīng)將滑動觸頭打到分壓為零處，斷開。、用電流表外接法測電阻換接小值待測電阻，接到端，電路選用“外接法”。重新選擇電表量程和電源電壓。調(diào)節(jié)滑線變阻器，測出組、值（不小于量程的2/3）。測完后，滑線觸頭打到分壓為零處，斷開，關(guān)閉電源。數(shù)據(jù)送交教師審閱，教師認(rèn)可后，再拆除電路，歸整儀器。 3、測量二極管的伏安特性曲線按圖4-5所示電路，將待測電阻換為非線性電阻元件二極管或白熾小燈泡，選擇“內(nèi)接法”或“外接法”測量

10、非線性電阻元件伏安特性曲線，實驗參數(shù)自已選定，自擬實驗數(shù)據(jù)記錄表格，實驗結(jié)束，數(shù)據(jù)送交教師審閱，教師認(rèn)可后，再拆除電路，歸整儀器。【數(shù)據(jù)記錄與處理】1、用“內(nèi)接法”測電阻的數(shù)據(jù)記錄及處理表一 次序123456= 。 。 。（說明：,和取6組中的最大值，電壓表、電流表均為0.5級） 。 。2、用“外接法”測電阻的數(shù)據(jù)記錄及處理表二次序123456 ， ， ， ， 。3、非線性電阻元件伏安特性曲線測量數(shù)據(jù)記錄，表格自擬，畫出伏安特性曲線?！舅伎碱}】1、如何使用直流穩(wěn)壓電源？2、通常，滑線變阻器在電路中有幾種作用？它們的接法有何不同？3、電表分哪幾個等級？等級的數(shù)值意義是什么？電表的極限誤差怎么計算

11、？使用電表應(yīng)注意哪些問題？4、本實驗中，如果教師不告訴你哪個是大值電阻，哪個是小值電阻，也不再另外給你其它儀表，你如何運用電路的特點來分辨它們的大?。扛戒?-1電表常用標(biāo)識符號的意義在電表的表盤上用數(shù)字或符號標(biāo)有該表的準(zhǔn)確度等級、儀表的類型、使用條件及其他參數(shù)，儀表準(zhǔn)確度等級的規(guī)定和各種符號的意義適用各種電表。 符號 意義 符號 意義磁電式儀表交直流電表電磁式儀表表面垂直使用電動式儀表表面水平使用 直流電表表面傾斜使用 交流（單相）電表0.5準(zhǔn)確度等級0.5級直流電流表 物理實驗中常用的直流電流表是磁電式電流表，電流表頭指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)n與流過的電流大小之比稱為電流靈敏度，記作。越大，電流表越靈敏

12、。電流表可測電流的最大值，也就是表盤上滿刻度對應(yīng)的電流數(shù)值，稱為電流表的量程，記作。通過表頭的電流實際是經(jīng)由線圈和游絲流過的，線圈和游絲的電阻就是表頭的內(nèi)阻，記作。使用電流表時應(yīng)注意以下事項：(1) 測量前應(yīng)先微調(diào)調(diào)零螺絲使電表指針指零。(2) 直流電流表是有極性的測量時電流由正極（+）流入，由負(fù)極（-）流出。(3) 測量時要選擇適當(dāng)?shù)牧砍蹋詈檬怪羔樤?/3量程以上。(4) 高準(zhǔn)確度電表表盤上有反光鏡，讀數(shù)時應(yīng)正對表盤，使指針與鏡中像重合。(5) 電流表不能和電源直接連接，否則將會燒壞。直流電壓表 一個電流表串聯(lián)一個阻值較大的電阻就構(gòu)成電壓表。電壓表的主要參數(shù)有電壓靈敏度、內(nèi)阻、量程、準(zhǔn)確度等，其中量程和準(zhǔn)確度等級的含義與電流表相似。電壓靈敏度。使用注意事項見電流表使用注意事項。數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表是一種有源電壓表。直流電壓經(jīng)過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字量，在經(jīng)過譯碼電路將數(shù)字信號顯示在數(shù)碼管或液晶顯示屏上。常用數(shù)字電壓表表頭有3位（三位半