线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线

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1、线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线通过一个元件的电流随外加电压的变化关系曲线，称为伏安特性曲线。从伏安特性曲线所遵循的规律，可以得知该元件的导电特性，以便确定它在电路中的作用。在坐标纸上描述伏安特性曲线之前，应阅读绪论中有关实验数据图示法的内容。［实验目的］1、测绘电阻的伏安特性曲线，学会用图线表示实验结果。2、了解晶体二极管的单向导电特性。［实验原理］当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻。若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，该类元件称为线性元件。若元件两端的电压与通过它的电流

2、不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，这类元件称为非线性元件。一般金属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条直线(见图1)。从图上看出，直线通过一、三象限。它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数。常用的晶体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。为了了解晶体二极管的导电特性，下面对它的结构和电学性能作一简单介绍。图1线性电阻的伏安特性图2晶体二极管的p-n结和表示符号晶体二级管又叫半导体二极管。半导体的导电性能介于导体和绝缘体

3、之间。如果在纯净的半导体中适当地掺入极微量的杂质，则半导体的导电能力就会有上百万倍的增加。加到半导体中的杂质可分成两种类型：一种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产生许多带负电的电子，这种半导体叫电子型半导体(也叫n型半导体)；另一种杂质加到半导体中会产生许多缺少电子的空穴(空位)，这种半导体叫空穴型半导体(也叫p型半导体)。晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的p-n结构成的。它有正、负两个电极，正极由p型半导体引出，负极由n型半导体引出，如图2(a)所示。p-n结具有单向导电的特性，常用图2(b)所示的符号表示。

4、关于p-n结的形成和导电性能可作如下解释。图3p-n结的形成和单向导电特性如图3(a)所示，由于p区中空穴的浓度比n区大，空穴便由p区向n区扩散；同样，由于n区的电子浓度比p区大，电子便由p区扩散。随着扩散的进行，p区空穴减少，出现了一层带负电的粒子区(以Ө表示)；n区的电子减少，出现了一层带正电的粒子区(以⊕表示)。结果在p型与n型半导体交界面的两侧附近，形成了带正、负电的薄层，称为p-n结。这个带电薄层内的正、负电荷产生了一个电场，其方向恰好与载流子(电子、空穴)扩散运动的方向相反，使载流子的扩散受到内电场的阻力作用，所以这个带电薄层又称为阻

5、挡层。当扩散作用与内电场作用相等时，p区的空穴和n区的电子不再减少，阻挡层也不再增加，达到动态平衡，这时二极管中没有电流。如图3(c)所示，当p-n结加上正向电压(p区接正，n区接负)时，外电场与内电场方向相反，因而削弱了内电场，使阻挡层变薄。这样，载流子就能顺利地通过p-n结，形成比较大的电流。所以，p-n结在正向导电时电阻很小。如图3(c)所示，当p-n结加上反向电压(p区接负，n区接正)时，外加电场与内场方向相同，因而加强了内电场的作用，使阻挡层变厚。这样，只有极少数载流子能够通过p-n结，形成很小的反向电流。所以p-n结的反向电阻很大。晶

6、体二极管的正、反向特性曲线如图12-4所示。从图上看出，电流和电压不是线性关系，各点的电阻都不相同。凡具有这种性质的电阻，就称为非线性电阻。图4晶体二极管的伏安特性图5测电阻伏安特性的电路［实验内容］(一)测绘金属膜电阻的伏安特性曲线1.按图5接好线路，图中>>(毫安表的内阻)。注意将分压器的滑动端调至电压为零的位置；电表的量限要选择得适当。2.经教师考查线路后，接通电源，调节滑线变阻器的滑动头，从零开始逐步增大电压(例加取0.00V，0.50V，1.00V，1.50V，…)，读出相应的电流值。3.将电压调为零，改变加在电阻上的电压方向(可将电阻

7、调转180°连接)，取电压为0.00V，-0.50V，-1.00V，-1.50V，…，读出相应的电流值。4.将测量的正、反向电压和相应的电流值填入预先自拟的表格。以电压为横坐标，电流为纵坐标，绘正金属膜电阻的伏安特性曲线。(二)测绘晶体二极管的伏安特性曲线测量之前，先记录所用晶体管的型号(为测出反向电流的数值，采用锗管)和主要参数(即最大正向电流和最大反向电压)，再判别晶体管的正、负极。1.为了测得晶体二极管的正向特性曲线，可按照图6所示的电路联线。图中R为保护晶体二极管的限流电阻，电压表的量限取1伏左右。经教师检查线路后，接通电源，缓慢地增加电

8、压，例如，取0.00V，0.10V，0.20V，…(在电流变化大的地方，电压间隔应取小一些)，读出相应的电流值。最后断开电源。图6测晶体