電阻元件伏安特性的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)四 電阻元件伏安特性的測(cè)定【實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介】電阻是電學(xué)中常用的物理量。利用歐姆定律測(cè)導(dǎo)體電阻的方法稱(chēng)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(chēng)為“線性元件” ,伏安特性曲線不是直線的元件稱(chēng)為 “非線性元件” 。這 兩種元件的電阻都可以用伏安法測(cè)量。 但是, 由于測(cè)量時(shí)電表被引入測(cè)量電路, 電表內(nèi)阻必 然會(huì)影響測(cè)量結(jié)果,因而應(yīng)考慮對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行必要的修正,以減小系統(tǒng)誤差。喬治 ·西蒙 ·歐姆生平簡(jiǎn)介 喬治 ·西蒙 ·歐姆 (Georg Simon Ohm,17871854年 是德

2、國(guó)物理學(xué)家。 1826年, 歐姆發(fā)現(xiàn)了電學(xué)上的一個(gè)重要定律 歐姆定律, 這是他最大的 貢獻(xiàn)。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(guò)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(guò)閉合電路的電流, 等于電路中電源的電動(dòng)勢(shì), 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?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1、了解電學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(cè)量方法,用伏安法測(cè)電阻。 4、了解系統(tǒng)誤差的修正方法,學(xué)會(huì)作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。【實(shí)驗(yàn)儀器和用具

3、】 直流穩(wěn)壓電源 (SG1731SL5A , 直流電壓表 (C31/1-V0.5級(jí) , 直流電流表 (C31/1-A0.5級(jí) ,滑線變阻器(0.5A , 1.5K ,待測(cè)電阻兩個(gè)(一個(gè)幾十歐,一個(gè)幾千歐 ,待測(cè)二極 管,單刀單擲開(kāi)關(guān)一個(gè),單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè),導(dǎo)線 10根。 【實(shí)驗(yàn)原理】1、伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)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(guò)其上的電流總是成正比例的變化 (忽略電流熱效應(yīng)對(duì)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

4、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(lèi)電阻元件稱(chēng)為 “非線性電阻元 件” (如熱敏電阻、 二極管等 。 這種元件的特點(diǎn)是電阻隨加在它兩端的電壓改變而改變?nèi)鐖D 4-4-4(b 所示。一般均用伏安特性曲線來(lái)反映非線性電阻元件的特性。 歐姆定律告訴我們, 通過(guò)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 UI R =。由此可求得電阻 UR I=(4-1 這是伏安法測(cè)電阻所根據(jù)的基本原理。 (1電流表內(nèi)接法 如圖 4-5所示,將單刀雙擲開(kāi)關(guān) 2k 接到 a 端, 電電路屬于電流表內(nèi)接法。電流表測(cè)出的電流 I 就 是通過(guò)待測(cè)電阻 x

5、 R 的電流 x I , 但電壓表測(cè)出的電壓 U 應(yīng)等于 x R 兩端的電壓 x U 與電流表內(nèi)阻 A R 上的圖 4-5電路電壓 A U 之和。(1 x AA x A x x xU U R U R R R R I I R +=+=+測(cè) (4-2 由此式可知,電阻的測(cè)量值 測(cè) R 比實(shí)際值 x R 要大,AxR R 是由于電流表內(nèi)接帶來(lái)的誤差, 稱(chēng)為接入誤差。 在粗略測(cè)量的情況下, 一般在 A x R R >>(如 x R 為幾千歐 時(shí)用 “內(nèi)接法” 。 為精確計(jì)算出 x R 的值,應(yīng)按式 x R =測(cè) R A R -進(jìn)行修正。 (A R 由實(shí)驗(yàn)室給出 。(2電流表外接法圖 4-5

6、中, 將 2k 接到 b 端, 電路屬于電流表外接法. 電壓表測(cè)出的電壓 U 就是 x R 兩端 的電壓 x U ,但電流表測(cè)出電流I應(yīng)等于 x I 與 V I 之和。x x V x V xx U U U=I I I I (1 1I x xVR R =+測(cè) R (4-3由此式可知, 電阻的測(cè)量值 R 測(cè) 比實(shí)際值 x R 要小,xVR R 是由于電流表外接帶來(lái)的接入誤 差。在粗略測(cè)量的情況下,一般在 V x R R <<(如 x R 為幾歐或幾十歐時(shí)用“外接法” 。為 精確計(jì)算出 x R 的值,應(yīng)按式 1x VR R R R =-測(cè)測(cè) 進(jìn)行修正。 (V R 由實(shí)驗(yàn)室給出 。 4、半

7、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(gè)電極分別為正極、 負(fù)極。 二極管的主要特點(diǎn)是單向?qū)щ娦? 其伏安特性曲線如圖 4-4(b 所示。其特點(diǎn)是:在正向電流和反向電壓較小時(shí),伏安特性 呈現(xiàn)為單調(diào)上升曲線;在正向電流較大時(shí),趨近為一條直線; 在反向電壓較大時(shí), 電流趨近 極限值 S I , S I 叫做反向飽和電流;在反向電流超過(guò)某一數(shù)值 b U 時(shí),電流急劇增大,這 種情況稱(chēng)做擊穿, b U 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 。二極管的主

8、要參數(shù)有: 1最大整流電流 f I , 即二極管正常工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向 平均電流; 2最大反向電壓 b U ,一般為反向擊穿電壓的一半; 3反向電流 r I 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(hù)以及在數(shù)字電路中作為開(kāi)關(guān)元件。5、測(cè)量電阻元件特性應(yīng)注意的問(wèn)題: (1伏安法測(cè)電阻測(cè)量時(shí)加在被測(cè)電阻兩端的電壓不得超過(guò)該電阻的最大電壓值。若被測(cè)電阻的阻值為R ,額定功率為 P ,則其最大允許電壓為PR U =max 最大允許電流為:maxmax U P I =實(shí)驗(yàn)時(shí)電源電壓值的確定以及電流表、電壓表的量程的選擇,可由

9、以上兩式計(jì)算得出max U 和 max I 值來(lái)決定。(2安排測(cè)量電路時(shí),變阻器電路的選擇應(yīng)考慮到調(diào)節(jié)方便。能滿足測(cè)量范圍的要求,實(shí) 驗(yàn)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(shí),既要注意測(cè)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(duì)誤差。測(cè)量前應(yīng)注意觀察記錄電表的的機(jī)械零點(diǎn)。根 據(jù)測(cè)量電阻值大小選擇內(nèi)接法或外接法,并進(jìn)行系統(tǒng)誤差的修正?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求】1、用電流表內(nèi)接法測(cè)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1、2、3或3、2、1的順序進(jìn)行。開(kāi)關(guān) 1k , 2k 斷開(kāi),滑線變阻器

10、的滑動(dòng)觸頭打到 B端,使待測(cè)電路的分壓為零。先測(cè)大值待測(cè)電阻(教師告知哪個(gè)是大值電阻 , 2k 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。電路經(jīng)教師檢 查無(wú)誤后方可接通 1k 進(jìn)行試觸,試觸正常才可正式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。調(diào)節(jié)滑線變阻器,使待測(cè)電 路的電壓和電流逐漸增大, 當(dāng) U 和 I 的值各自接近量程的 2/3時(shí), 開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。 改變滑線 變阻器6次測(cè)出6組 U 、 I 的值,測(cè)完后應(yīng)將滑動(dòng)觸頭打到分壓為零處, 1k 斷開(kāi)。2、用電流表外接法測(cè)電阻換接小值待測(cè)電阻, 2k 接到 b 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,

11、測(cè)出6組 U 、 I 值(不小于量程的 2/3 。測(cè)完后,滑線觸頭打到分壓為 零處,斷開(kāi) 1k ,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(cè)量二極管的伏安特性曲線按圖 4-5所示電路,將待測(cè)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(cè)量非線性電阻元件伏安特性曲線,實(shí)驗(yàn)參數(shù)自已選定,自擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記 錄表格,實(shí)驗(yàn)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?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】1、用“內(nèi)接法”測(cè)電阻的數(shù)據(jù)記錄及處理 表一 x AR =-測(cè) = 。( A x u S =。 B u =。 (說(shuō)明:( 0.5%m u U U =, (

12、0.5%m u I I =, U 和 I 取 6組中的最大值, 電壓表、 電 流表均為 0.5級(jí)( x u R =。 ( x x x R u R =±=±。2、用“外接法”測(cè)電阻的數(shù)據(jù)記錄及處理 1x VR =-測(cè)測(cè) , ( A x u S =, B u =, ( x u R =, ( x x x R u R =±=±。3、非線性電阻元件伏安特性曲線測(cè)量數(shù)據(jù)記錄,表格自擬,畫(huà)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(gè)等級(jí)？等級(jí)的數(shù)值意義是什么？電表的極限誤差怎么計(jì)算？使

13、用電表 應(yīng)注意哪些問(wèn)題？ 4、本實(shí)驗(yàn)中，如果教師不告訴你哪個(gè)是大值電阻，哪個(gè)是小值電阻，也不再另外給你 其它儀表，你如何運(yùn)用電路的特點(diǎn)來(lái)分辨它們的大??？ 附錄 4-1 1 電表常用標(biāo)識(shí)符號(hào)的意義 在電表的表盤(pán)上用數(shù)字或符號(hào)標(biāo)有該表的準(zhǔn)確度等級(jí)、 儀表的類(lèi)型、 使用條件及其他參 數(shù)，儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的規(guī)定和各種符號(hào)的意義適用各種電表。 符號(hào) 意義 磁電式儀表 電磁式儀表 電動(dòng)式儀表 直流電表 交流（單相）電表 2 直流電流表 物理實(shí)驗(yàn)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(guò)的電流 0.5 符號(hào) 意義 交直流電表 表面垂直使用 表面水平使用 表面傾斜使用 準(zhǔn)確度等級(jí) 0.5

14、 級(jí) n 。 SI 越大，電流表越靈敏。電流表可測(cè)電流的最大 I 值，也就是表盤(pán)上滿刻度對(duì)應(yīng)的電流數(shù)值，稱(chēng)為電流表的量程，記作 I m 。通過(guò)表頭的電流 大小之比稱(chēng)為電流靈敏度，記作 S I = 實(shí)際是經(jīng)由線圈和游絲流過(guò)的，線圈和游絲的電阻就是表頭的內(nèi)阻，記作 Rg 。 使用電流表時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)： (1 測(cè)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(cè)量時(shí)電流由正極（+）流入，由負(fù)極（-）流出。 (3 測(cè)量時(shí)要選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，最好使指針?2/3 量程以上。 (4 高準(zhǔn)確度電表表盤(pán)上有反光鏡，讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì)表盤(pán)，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(huì)燒壞。 3 直流電壓表 一個(gè)電流表串聯(lián)一個(gè)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 U m 和準(zhǔn)確度等級(jí) a 的含義與電流表相似。電壓靈敏度 SU = n 。使用注意事項(xiàng)見(jiàn)電流表使用注意事項(xiàng)。 U 4 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(guò) A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字量， 在經(jīng)過(guò)譯 碼電路將數(shù)字信號(hào)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 1 1 1 位（三位半） 、4 位（四位半） 位。 、5 。等。3