大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)-拓展提高篇 課件 實(shí)驗(yàn)1.10-非線性電學(xué)元件伏安特性的測定

1非線性電學(xué)元件伏安特性的測定第1節(jié)

原理大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇2非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—任務(wù)目的訓(xùn)練掌握線性電阻伏安特性測量的基本方法；掌握鍺二極管和硅二極管的非線性特點(diǎn)；掌握二端式穩(wěn)壓二極管的使用方法；了解鎢絲燈泡電阻隨電壓的變化規(guī)律；掌握線性回歸處理數(shù)據(jù)的方法；復(fù)習(xí)作圖法處理數(shù)據(jù)測量線性電阻、二極管、2CW56穩(wěn)壓二極管、鎢絲燈泡的伏安特性；1.實(shí)驗(yàn)任務(wù)2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)電路的分析及電路連接；關(guān)注實(shí)驗(yàn)中的特定安全注意事項(xiàng)；

（避免反向電流超過200mA擊穿損壞二極管）（實(shí)驗(yàn)中不要用手觸碰裸露導(dǎo)體以免額外漏電）電流表、電壓表內(nèi)接法與外接法的使用；實(shí)驗(yàn)電路的初態(tài)設(shè)置、觀察和故障發(fā)現(xiàn)分析排除；合理選擇測量方案；線性回歸；作圖法處理數(shù)據(jù)3.實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練要點(diǎn)非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—任務(wù)目的訓(xùn)練41.伏安特性非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—原理

給一個(gè)元件通以直流電，用電壓表測出元件兩端的電壓，用電流表測出通過元器件的電流。通常以電壓為橫坐標(biāo)、電流為縱坐標(biāo)，畫出該元件電流和電壓的關(guān)系曲線，稱為該元件的伏安特性曲線。由伏安特性曲線可以直觀的發(fā)現(xiàn)該元件的電學(xué)特性。

伏安特性曲線為直線的元件稱為線性元件，如電阻；伏安特性曲線為非直線的元件稱為非線性元件，如二極管、鎢絲燈泡等。52.線性電阻的伏安特性非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—原理

線性電阻不會(huì)隨輸入的電壓電流值的改變而改變62.線性電阻的伏安特性非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—原理

當(dāng)RU遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R且RI和R相差不大時(shí)，一選用電流表外接電路。

當(dāng)R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RI且RU和R相差不大時(shí)，一選用電流表內(nèi)接電路。

當(dāng)R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RI且RU遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R時(shí)，必須用電流表內(nèi)接和外接電路進(jìn)行測試而定。內(nèi)接法外接法73.二極管的伏安特性

二極管是用半導(dǎo)體材料（硅、鍺等）制成的一種常用非線性電學(xué)元件。其由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。非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—原理83.二極管的伏安特性

二極管具有單向?qū)щ娦阅?，即給二極管陽極加上正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，當(dāng)給二極管加上反向電壓時(shí)，二極管截止，電流幾乎為零。非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—原理4.穩(wěn)壓二極管的伏安特性9非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—原理

穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體二極管，具有穩(wěn)定電壓的作用。穩(wěn)壓二極管與普通二極管的區(qū)別在于，穩(wěn)壓管是工作在PN結(jié)的反向擊穿狀態(tài)。4.穩(wěn)壓二極管的伏安特性10非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—原理

穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時(shí)，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時(shí)，反向電流驟然增大，在這一臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實(shí)現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。5.鎢絲燈泡的伏安特性11非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—原理電壓與電流關(guān)系：K和n為與鎢絲燈泡有關(guān)的常數(shù)：12非線性電學(xué)元件伏安特性的測定第2節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇13非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—儀器主要實(shí)驗(yàn)儀器、器件DH6102型伏安特性實(shí)驗(yàn)儀直流穩(wěn)壓電源可變電阻器電流表電壓表線性電阻、半導(dǎo)體二極管、鎢絲燈泡等14五種被測元件的主要參數(shù)1kΩ1W電阻：金屬膜電阻，阻值為（1±0.05）kΩ。10kΩ1W電阻：金屬膜電阻，阻值為（10±0.05）kΩ。二極管：最高反向峰值電壓為13V，正向最大電流≤0.2A（正向壓降值為0.8V）。穩(wěn)壓管：2CW56型穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)定電壓7.0-8.8V，最大工作電流為27mA。當(dāng)工作電流為5mA時(shí)，動(dòng)態(tài)電阻為15Ω，正向壓降≤1V。12V0.1A鎢絲燈泡：室溫下的冷態(tài)電阻在10Ω左右，12V/0.1A時(shí)的熱態(tài)電阻在80Ω左右，安全電壓≤13V。非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—儀器15非線性電學(xué)元件伏安特性的測定第3節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)——拓展提高篇161.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作ObjectiveOperationObservationRecord1儀器檢查、記錄儀器不正常時(shí)調(diào)整。觀察各儀器器件，狀態(tài)是否正常記錄儀器器件名稱，主要儀器的型號(hào)和主要參數(shù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境參數(shù)非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容17ObjectiveOperationObservationRecord2測試電阻的伏安特性合理布局各儀器器件，采用電流表內(nèi)接法和外接法按照電路圖連線。并記錄數(shù)據(jù)。注意觀察電源、電表正負(fù)極正確接線非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作18ObjectiveOperationObservationRecord3測試二極管的伏安特性合理布局各儀器器件，采用電流表內(nèi)接法和外接法按照電路圖連線分別測試二極管正反向特性。并記錄數(shù)據(jù)。注意觀察電源、電表正負(fù)極正確接線，避免擊穿二極管。非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作19ObjectiveOperationObservationRecord4測試穩(wěn)壓二極管的反向伏安特性合理布局各儀器器件，采用電流表內(nèi)接法按照電路圖連線測試穩(wěn)壓二極管反向伏安特性。并記錄數(shù)據(jù)。注意觀察電源、電表正負(fù)極正確接線。非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作20ObjectiveOperationObservationRecord5測試鎢絲燈泡的伏安特性合理布局各儀器器件，采用電流表外接法按照電路圖連線測試鎢絲燈泡的伏安特性。并記錄數(shù)據(jù)。注意觀察電源、電表正負(fù)極正確接線。非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.實(shí)驗(yàn)步驟-儀器檢查與實(shí)驗(yàn)操作212.數(shù)據(jù)處理非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.在坐標(biāo)紙上畫出二極管的伏安特性曲線（包含正向和反向）。2.在坐標(biāo)紙上畫出2CW56型穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線（包含正向和反向）。3.在坐標(biāo)紙上畫出鎢絲燈泡的伏安特性曲線，并將電阻值標(biāo)注在坐標(biāo)紙上。選擇兩組數(shù)據(jù)計(jì)算K和n。223.數(shù)據(jù)處理-作圖法處理數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)請(qǐng)復(fù)習(xí)數(shù)據(jù)處理部分的相應(yīng)內(nèi)容非線性電學(xué)元件伏安特性的測定—實(shí)驗(yàn)內(nèi)容233.思考提高(可在實(shí)驗(yàn)報(bào)告或數(shù)據(jù)報(bào)告選作)1.根據(jù)R=1kΩ、Ru=1MΩ、Rl=10Ω和測試誤差，討論電流表內(nèi)接和外接兩種測試方法的優(yōu)劣。2.二極管反向電阻和正向電阻為何差異如此大？二極管