電學(xué)元件伏安特性的測(cè)量

電學(xué)元件伏安特性的測(cè)量第一頁(yè)，共19頁(yè)。1.掌握電學(xué)元件伏安特性測(cè)量的基本方法。2.學(xué)會(huì)分析伏安法測(cè)量的電表接入誤差，正確選擇測(cè)量電路。3.學(xué)會(huì)正確使用電學(xué)測(cè)量?jī)x器目的要求第二頁(yè)，共19頁(yè)。

電學(xué)元件的伏安特性是指該元件兩端電壓與通過(guò)它的電流之間的關(guān)系特性。這種關(guān)系既可以用它的曲線表示，也可以用該元件在某種條件下具有多大的電阻來(lái)表示。

在一定溫度下，在待測(cè)電阻兩端加上直流電壓，即會(huì)有直流電流通過(guò)。用電壓表和電流表測(cè)量出電壓和電流的數(shù)值則可由歐姆定律計(jì)算出其電阻值一、基本原理(8-1)實(shí)驗(yàn)原理第三頁(yè)，共19頁(yè)。

這種測(cè)量電阻的方法稱為伏安法。用伏安法測(cè)電阻時(shí)，通常要測(cè)多組數(shù)據(jù)，若為常量則被測(cè)元件是線性電阻；若不是常量，則被測(cè)元件呈非線性電阻特性。二、測(cè)量方法及其系統(tǒng)誤差

由于電壓表和電流表都存在內(nèi)電阻所以在實(shí)際測(cè)量中所得的電壓或電流就與被測(cè)元件兩端的電壓或與通過(guò)它的電流的真實(shí)值不同，由式(8-1)計(jì)算出的也就與的真實(shí)值不一致，即存在系統(tǒng)誤差。下面對(duì)兩種測(cè)量方法及其系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析。第四頁(yè)，共19頁(yè)。1.電流表內(nèi)接法

如圖8-1(a)，電流表與被測(cè)電阻串聯(lián)在電壓表所范圍內(nèi)，此種測(cè)量方法稱為電流表內(nèi)接法，簡(jiǎn)稱內(nèi)接法。VVAA圖8-1(a)電流表內(nèi)接法(b)電流表外接法第五頁(yè)，共19頁(yè)。在內(nèi)接法中，電壓表讀數(shù)為和上的電壓之和，即若用則計(jì)算電阻值，則>其測(cè)量的相對(duì)誤差為第六頁(yè)，共19頁(yè)。(8-2)

由式(8-2)可見，只有當(dāng)時(shí)，近似用，才能使測(cè)量誤差較小。2.電流表外接法

如圖8-1(b)，電壓表與被測(cè)電阻并聯(lián)，電流表在電壓表所測(cè)范圍外，此種測(cè)量方法稱為電流表外接法，簡(jiǎn)稱外接法。第七頁(yè)，共19頁(yè)。在外接法中，電壓表讀數(shù)為兩端的內(nèi)電壓，但電流表讀數(shù)為流經(jīng)和的電流之和，即若用計(jì)算電阻值，則其測(cè)量的相對(duì)誤差為<第八頁(yè)，共19頁(yè)。(8-3)

由式(8-3)可見，只有當(dāng)時(shí)，近似用，才能使測(cè)量誤差較小。

因此，要較準(zhǔn)確地測(cè)量電阻的值，應(yīng)首先知道、、的大概值，從而選擇合適的測(cè)量電路，以減小測(cè)量的系統(tǒng)誤差。二極管的結(jié)構(gòu)及其基本特性

二極管由半導(dǎo)體材料組成。當(dāng)一塊P型半導(dǎo)體和型第九頁(yè)，共19頁(yè)。半導(dǎo)體，緊密接觸時(shí)，由于多數(shù)載流子的擴(kuò)散，在接觸界面處形成了一個(gè)空間電荷區(qū)，常稱為PN結(jié)，如圖8-2(a)所示(實(shí)際上是在同一塊半導(dǎo)體上用摻雜的方法形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體)。將PN結(jié)封裝在玻璃管中并在P區(qū)和N區(qū)各引一根電極，就成了一個(gè)二極管，如圖8-2(b)。圖8-2P區(qū)N區(qū)PN結(jié)(a)(b)第十頁(yè)，共19頁(yè)。當(dāng)二極管的P端接高電位、N端接低電位時(shí)，稱為正向連接；當(dāng)二極管的P端接低電位、N端接高電位時(shí)，稱為反向連接。二極管正向連接時(shí)，外加電場(chǎng)的方向與PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)方向相反，當(dāng)外加電場(chǎng)大于內(nèi)電場(chǎng)時(shí)，二極管中有較大的正向電流通過(guò)。二極管反向連接時(shí)，外加電場(chǎng)的方向與PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)方向相同，二極管中沒有電流通過(guò)(實(shí)際上有很小的反向飽和電流)，這就是二極管的“正向?qū)?，反向截止”。第十一?yè)，共19頁(yè)。將二極管正向連接，在電壓很小時(shí)，電流很小，甚至是幾乎沒有，這是因?yàn)镻N結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)有一定的值，它起著反抗外電場(chǎng)的作用。雖然隨著電壓的增加電流也增加，但它們之間不成線性關(guān)系，即二極管的正向電阻不是一個(gè)常量，而是隨正向電壓的大小在較大范圍變化；只有當(dāng)電壓達(dá)到某一值以后，才表現(xiàn)為電流和電壓近似為線性關(guān)系。圖8-3為二極管的正向伏安特性曲線。第十二頁(yè)，共19頁(yè)。0

同樣地，要較準(zhǔn)確地測(cè)量二極管的正向伏安特性曲線，也要選擇合適的測(cè)量電路，以減小測(cè)量的系統(tǒng)誤差。圖8-3實(shí)驗(yàn)器材

電源E、開關(guān)K、滑線變阻器、電流表mA、電壓表V、待測(cè)線性電阻、、待測(cè)二極管。第十三頁(yè)，共19頁(yè)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：對(duì)和分別按圖8-4(a)、8-4(b)的電路用內(nèi)接法和外接法進(jìn)行測(cè)量；對(duì)二極管按圖8-4(c)測(cè)量。2.實(shí)驗(yàn)步驟：(1)按圖接線。注意各儀器及元件的正確連接線路，將滑線變阻器、電流表、電壓表調(diào)在合適檔位，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后開始實(shí)驗(yàn)。(2)對(duì)和分別按圖8-4(a)、8-4(b)的電路用內(nèi)接法和外接法進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果記錄于表8-1----8-4中。(3)按圖8-4(c)對(duì)二極管用內(nèi)接法測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果記錄于表8-5中。第十四頁(yè)，共19頁(yè)。VAEKVAEK圖8-4(a)圖8-4(b)第十五頁(yè)，共19頁(yè)。VAEK圖8-4(c)*注意事項(xiàng)1.測(cè)電阻時(shí)要合理計(jì)劃測(cè)量點(diǎn)，即8次測(cè)量中電壓(或電流)間隔大致均等且盡可能地在最大電壓(或電流)范圍內(nèi)均等劃分；2.為了能使電阻值的計(jì)算快捷，測(cè)量過(guò)程中可先調(diào)整電流為整數(shù)；3.測(cè)量二極管時(shí)必須從低電壓開始，電壓間隔為0.1V。第十六頁(yè)，共19頁(yè)。測(cè)量次數(shù)n12……8(V)(mA)的外接法測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量次數(shù)n12……8(V)(mA)的內(nèi)接法測(cè)量數(shù)據(jù)第十七頁(yè)，共19頁(yè)。測(cè)量次數(shù)n12……10(V)(m