实验电桥,电表改装,伏安法

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1、实验11电阻元件的伏安特性［学习重点］1．学习常用电磁学仪器仪表的正确使用及简单电路的联接。2．掌握用伏安法测量电阻的基本方法及其误差的分析。3．测定线性电阻和非线性电阻的伏安特性。［实验原理］电阻是导体材料的重要特性参数之一。在生产、维修检测和实验中经常要对电阻进行测量。测量电阻的方法有多种，伏安法是常用的基本方法之一。所谓伏安法，就是运用欧姆定律，测出电阻两端的电压U和其上通过的电流I，根据即可求得电阻值R。也可运用作图法，做出伏安特性图线，从图线上求得电阻的阻值。对有些电阻器件，其伏安特性图线为直线的称为线性电阻，如常用的碳膜电阻，金属线绕电阻、金属膜电阻等。另外有些元件，伏安特性图线

2、为曲线，称为非线性元件，如灯泡、晶体二极管、稳压管、热敏电阻等。非线性电阻元件的电阻值是随外界条件变化的，在一定的条件下只有通过作图法才能反映它的特性。用伏安法测电阻，原理简单，测量方便，但由于电表内阻接入的影响，会给测量带来一定系统误差，如图4-11-1（a）和（b），分别为电流表内接和电流表外接两种电路。+---+mAVRxKER0RxK++--E-+R0+图4-11-1（a）mAV（b）在电流表内接法中，由于电压表测出的电压值U包括了电流表两端的电压，因此，测量值要大于被测电阻的实际值。可见，由于电流表内阻不可忽略，故产生一定的误差。在电流表的外接法中，由于电流表测出的电流I包括了流过

3、电压表的电流，因此，测量值要小于实际值。由140可见，由于电压表内阻不是无穷大，故给测量带来一定误差。上述两种联接电路的方法，都给测量带来一定的系统误差，即测量方法误差。为此，必须对测量结果进行修正。其修正值为DRx=Rx-R其中R为测量值，Rx为实际值。为了减小上述误差，必须根据待测电阻的大小和电表内阻的不同，正确选择测量电路。当Rx≫RmA且Rx>RU时，选择电流表内接法。Rx≪RU且Rx>RmA时，选择电流表外接法。Rx≫RmARx≪RU时，两种接法均可。经过以上处理，可以减小和消除由于电表接入带来的系统误差，但电表本身的仪器误差仍然存在，它决定于电表的准确度等级和量程，其相对误差为式

4、中ΔI和ΔU为电流表和电压表允许的最大示值误差。［实验仪器］直流毫安表、直流电压表、直流稳压电源、滑线变阻器、电阻箱、待测金属膜电阻、待测晶体二极管、待测稳压管、电键、导线等。［实验内容及步骤］1．测定金属膜电阻的伏安特性（1）按图4-11-1（a）联接连好电路。取金属膜电阻Rx为1000W左右，每改变一次电压U，读出相应的I值，将测量数据记入自拟表格中，并作伏安特性图线，从图线上求得电阻值。（2）按图4-11-1（b）联接连好电路。仍用（1）中的Rx，每改变一次电流I值，读出相应的电压U值，将测量数据记入表中，并作伏安特性图线，从图线上求得电阻值。（3）根据电表内阻的大小，分析上述两种测量

5、方法中，哪种电路的系统误差小。I（mA）U(V)U击穿死区2．测量2CP型晶体二极管的正向伏安特性晶体二极管PN结在正向导电时电阻很小，反向导电时电阻很大，具有单向导电性。随着所加电压的大小，电流也不是成比例的变化，它的伏安特性图线是一条曲线，所以属非线性元件。由图4-11-2可见，在二极管两端加正向电压时，在死区电压以内，二极管呈现的电阻较大，所以只有很小的电流，一旦超过死区电压，电流增长很快。二极管的正向电流不允许超过最大整流电流，否则将导致二极管损坏。当加反向电压时，由于少数载流子的作用，形成反向电流。反向电压在一定范围内，图4-11-2反向电流很小，特别是硅管几乎为零，而且几乎不变，

6、140形成反向饱和电流。当反向电压增大到一定程度后，反向电流突然增大，出现反向击穿现象，此时二极管将因击穿而损坏，所以二极管必须给出反向工作电压（通常是击穿电压的一半）。图4-11-3+-VKEmARR0D+--+按图4-11-3连接电路，取电源电压为：1.5V，从0V开始，每隔0.1V读一次电流，直到电流达30mA为止。利用实验数据作正向伏安特性曲线；并根据图线求出伏安特性。数据表格自拟。3．测量稳压管的伏安特性（1）稳压管的稳压特性稳压管实质上就是一个面结型硅二极管，它具有陡峭的反向击穿特性，工作在反向击穿状态。在制造稳压管的工艺上，使它具有低压击穿特性。稳压管电路中，串人限流电阻，使稳

7、压管击穿后电流不超过允许的数值，因此击穿状态可以长期持续，并能很好地重复工作而不致损坏。稳压管的符号和特性曲线如图4-11-4所示，它的正向特性和一般硅二极管一样，但反向击穿特性较陡。由图可见，当反向电压增加到击穿电压以后稳压管进入击穿状态，在曲线的AB段，虽然反向电流在很大的范围内变化，但它两端的电压Uz变化很小，即Uz基本恒定。利用稳压管的这一特性，可以达到稳压的目的。IUUZABIZmaxIZminIZ