电学元件伏安特性的测量

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1、实验四电学元件伏安特性的测量电路中有各种电学元件，如线性电阻、半导体二极管和三极管，以及光敏、热敏和压敏元件等。知道这些元件的伏安特性，对正确地使用它们是至关重要的。利用滑线变阻器的分压接法，通过电流和电压表正确地测出它们的电压与电流的变化关系称为伏安测量法（简称伏安法）。伏安法是电学中常用的一种基本测量方法。【实验目的】１．了解分压器电路的调节特性；２．掌握测量伏安特性的基本方法、线路特点及伏安法测量电阻的误差估计；３．学习按回路接线的方法。【实验原理】1．分压电路变阻器的分压器接法如图（4-1）。AVRLR图4-1分压电路

2、EBC将变阻器R的两个固定端A和B接到直流电源E上，将滑动端C接到负载RL。则负载RL两端的电压U为（4-1）（4-2）2．电学元件的伏安特性通过电学元件的电流与其两端电压之间的关系称为该电学元件的伏安特性。以电压为横坐标，电流为纵坐标的电压-电流关系曲线，称为该电学元件的伏安特性曲线。线性元件的伏安特性曲线如图（4-2）：图4-2（a）线性元件的伏安特性I/mAU/VI/mAU/V图4-2（b）非线性元件的伏安特性3．实验线路的比较和选择4mA图4-3(a)电流表内接VRmAVR图4-3(b)电流表外接采用伏安法测量电阻R的

3、伏安特性的线路中，通常有电流表内接法和电流表外接法，如图（4-3）。电压表和电流表的内阻分别为RV和RI，电压表和电流表的读数分别为V和I。如果不忽略电压表和电流表的内阻，则电流表内接时：（4-3）电流表外接时：（4-4）从上面两式可以看出：电流表内接法结果偏大，电流表外接法结果偏小。因此在实验上为了减小实验误差，测电阻的方案可以这样选择：比较（4-5）和（4-6）如果（4-7）则选用电流表内接法；如果（4-8）则选用电流表外接法。4．误差估计当电压表（电流表）的内阻值RV（RI）和其不确定度大小ΔRV（ΔRI）已知时，利用（

4、4-3）或者（4-4）计算被测电阻值R，R的不确定度ΔR按照如下计算电流表内接：（4-9）电流表外接：（4-10）【实验仪器】直流电源，电流表，电压表，滑线变阻器，单刀单掷开关，待测电阻和稳压二极管，电线若干,变阻箱。【实验内容】1．分别采用电流表内接法和电流表外接法测量阻值分别为20kΩ和100Ω的电阻。42．测量半导体二极管（本实验中采用稳压二极管）的正向和反向伏安特性。【实验步骤】1．利用电流表外接法测量电阻值和二极管的正向特性(1)如图（4-4a）连接线路测量电阻①②③I⑦⑥④⑤IIVmARL⑧⑨III图4-4aEKB

5、ARC过程：先完成回路I，再完成回路II，最后完成回路III。一共用到9根电线。测量：移动滑动变阻器使电压表和电流表的示数为一合适的数值，读取电流表和电压表的示数，换另一电阻重复同样的操作。(2)测二极管正向特性连接线路如图（4-4b）①②③I⑦⑥④⑤IIVmA⑧⑨III图4-4bEBARC红过程：在上面线路的基础上改换电路，将回路II中电阻箱置为非0，回路III中电阻换为二极管。测量：移动滑动变阻器C端，使二极管两端的电压改变，记录相应的电压值和电流值，数据填到相应的表格。2．利用电流表内接法测量电阻值和二接管的反向特性(1

6、)如图（4-4c）连接线路测量二极管反向特性①②③I⑦⑥④⑤IIVmA红⑧⑨III图4-4cEKBARC黑过程：在上面线路的基础上改换电路，将回路II中的电流表接到回路III中并将二极管反接。4测量：移动滑动变阻器C端，使二极管两端的电压改变，记录相应的电压值和电流值，数据填到相应的表格。(2)电流表内接法测量电阻值连路如图（4-4d）①②③I⑦⑥④⑤IIVmARL⑧⑨III图4-4dEKBARC过程：在上面线路的基础上改换电路，将回路III中二极管换为电阻：测量：移动滑动变阻器使电压表和电流表的示数为一合适的数值，读取电流表

7、和电压表的示数，换另一电阻重复同样的操作。【注意事项】1．本实验须写两个实验报告，将线性元件和非线性元件分开写。2．实验中测电阻时，电源电压取为5V；测二极管正向特性时电源电压取为2V，测二极管反向特性时电源电压取为20V。14323．电阻上的颜色表示第一道色环表示阻值的最大一位数字，第二道色环表示第二位数字，第三道色环表示阻值未应该有几个零。第四道色环表示阻值的误差。色环颜色所代表的数字见表4。表四棕红橙黄绿蓝紫灰白黑1234567890４．在本实验中检测稳压二极管是否被击穿，可以用数字万用表的测短路档“.)))”来测量其电

8、阻值，若正向显示在0.7～0.8之间，反相显示为“1.”即无穷大的时候，说明二极管良好，若反向显示在0.6～0.8之间，则说明二极管已经被击穿，需要更换。5．本实验室所用的电压表和电流表的内阻值和测量精度如下表5表5电压表电流表量程内阻值（MΩ）相对误差（%）量程内阻（Ω）相