電學元件的伏安特性

1、電學元件伏安特性的測量目的1掌握測量伏安特性的基本方法2正確使用電壓表、電流表、滑線變阻器和電阻箱。儀器用具電壓表 電流表 電阻箱 滑線變阻器 穩(wěn)壓電源 待測電阻 待測二極管 開關(guān) 導線原理1電學元件的分類圖1 線性元件的伏安特性圖2 非線性元件的伏安特性 當在一電學元件兩端加上直流電壓，元件內(nèi)就會有電流通過。通過元件的電流與端電壓之間一一對應的函數(shù)關(guān)系稱為電學元件的伏安特性。以電壓和電流分別為橫坐標和縱坐標作出的曲線，稱為該元件的伏安特性曲線。伏安特性所遵循的規(guī)律，就是該元件的導電特性。若所得結(jié)果為一條直線，如圖1所示，這類元件稱線性元件，如碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等。若為一曲線，如圖

2、2所示，這類元件稱為非線性元件，如半導體二極管、穩(wěn)壓管等。2實驗電路的的比較與選擇 伏安法測電阻是研究物質(zhì)電學特性的常用方法。它即可以測線性電阻也可以測非線性電阻。其優(yōu)點是測量范圍寬，適用性廣，且只要知道被測元件兩端電壓U及流過它的電流I，由歐姆定律就可計算出電阻R來。但是，在實際測量中，由于電表內(nèi)阻的影響，根據(jù)算出的阻值不是待測電阻的真實值。+VAVA(a)(b)圖3如果按圖3(a)所示的電流表外接法測量，電壓表的讀數(shù)U等于待測電阻Rx兩端的電壓Ux，電流表的讀數(shù)I不等于Ix，而是I = Ix + Iv 。Rx是線性元件，因此 （1） 如果（電壓表的內(nèi)阻），則，因此可將-1用二項式定理展開，

3、略去二次冪以上的項后，式（1）變?yōu)?（2）Rx/Rv是電壓表內(nèi)阻給測量結(jié)果帶來的相對誤差。由式（2）可見，電流表外接時，若用U / I 作為被測電阻值，則比實際值Rx略小些，應作以下修正。若RV值已知。則 （3）對于電流表內(nèi)接法，由圖3（b）可知 （4）其中，RA為電流表的電阻，為電流表的內(nèi)阻給測量帶來的相對誤差。由式（4）可見，若簡單地用U/I值作為被測量電阻值，則比實際值Rx略大些，應作如下修正。若RA值已知，則 （5）綜上所述，不論哪種連接法，誤差總是難免的。該誤差是由選用的實驗方法引起的，故稱為“方法誤差”。用伏安法進行測量時，應根據(jù)被測電阻的阻值范圍及所用電表的內(nèi)阻來合理選擇電路，使

4、“方法誤差”盡可能減小，通常可作如下選擇：由式（4）可知，當時，接入誤差才可以忽略不計, 宜采用電流表內(nèi)接法，此時，R Rx；由式（2）可知，當時，宜采用電流表外接法，接入誤差才可以忽略不計，此時，R Rx。對于既滿足，又滿足的電阻，兩種方法均可采用。實驗內(nèi)容和步驟一 測量電阻的伏安特性曲線及Rx值待測電阻約為100，采用電流表的內(nèi)接法，其電路如圖（4）。1電源電壓E為3V，合理地選擇電流表和電壓表的量程，按圖（4）聯(lián)接好電路。 2經(jīng)教師檢查無誤后，接通電源，調(diào)節(jié)滑線變阻器，使電壓表的指示值為表1所列，測出相應得電流值，填入表1。表1U(V)0.501.001.502.002.503.00I(

5、mA)升I(mA)降I(mA)平均3作伏安特性曲線。用作圖法求出值，再由式（5）求出值。4. 用逐法求值 再由式（5）求出值。 將上述兩種方法得出的和值進行比較，作誤差分析。二測量晶體二極管伏安持性曲線晶體二極管由PN結(jié)構(gòu)成。它有正、負兩個極,具有單向?qū)щ姷男阅堋＜此恼?、反方向的電阻值相差很大。對小功率晶體二極管來說，正向電阻般只有幾十到幾百歐，反向電阻則有幾百至幾千歐，其值無論正向、反向都不是定值與所加電壓有關(guān)，其伏安特性曲線是非線性的。1測量晶體二極管正向伏安持性曲線電源電壓E 用1.5V，合理地選擇好電流表和電壓表的量程，然后按圖5連接好電路。經(jīng)教師檢查無誤后，方可接通電源。調(diào)節(jié)滑線變阻器，使電壓表的指示值為0.00V、0.10V 、0.20V、0.30V、直到電流達到最大允許電流為止(電流變化大的地方電壓值的間隔應取小些)。測出相應的電流值，填入表2中。作出二極管正向伏安特性曲線。表2U(V)0.100.200.300.400.500.520.540.560.580.600.62I(mA)升I(mA)降I(mA)平均思考題1 若測量晶體二極管反向伏安持性曲線, 電流表的接法與測正向時是否相同, 為什么?2 有一個12 V、15W的鎢絲燈泡，已知加在燈泡上的電壓與通過