非线性电阻特性的实验研究

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1、非线性电阻特性的实验研究　　摘要：本文介绍了非线性电阻伏安特性的研究方法。主要的改进体现在电阻接法上。采用内接法和外接法来减小对测量电阻的影响，整理实验数据得出实验结论。实验结果表明不同电学元件的伏安特性曲线不同。非线性电阻的伏安特性所反映出来的规律，总是与一定的物理过程相联系的。　　关键词:非线性电阻；实验；伏安特性；二极管；电阻　　【中图分类号】G712　　一、引言　　电阻元件的伏安特性曲线（电压～电流曲线）呈直线型的，称为线性电阻；呈曲线型的，称为非线性电阻。伏安特性是电学元件最重要的特性之一。实验中选择了三种非线性电阻元件，金属膜电阻、稳压型二极管和小灯泡，测绘伏安特性曲线，建立电压

2、和电流之间关系的经验公式。通过实验，学习探索物理量间关系、建立定量经验公式的基本方法。　　二、实验原理　　电阻分为线性和非线性两种。用伏安法测出来的U和I不成正比关系的为非线性元件。电压不同时，电阻也不同。　　所谓伏安法，就是运用欧姆定律，测出电阻两端的电压和其上通过的电流，根据R=V/8I即可求得阻值R。也可运用作图法，作出伏安特性曲线，从曲线上求得电阻的阻值。对有些电阻，其伏安特性曲线为直线，称为线性电阻，如常用的碳膜电阻、线绕电阻、金属膜电阻等。有些元件，如灯泡、晶体二极管、稳压管、热敏电阻等，伏安特性曲线不是直线，称为非线性电阻元件，可通过作图法反映它的特性。　　用伏安法测电阻，原理

3、简单，测量方便，但由于电表内阻接入的影响，给测量带来一定系统误差。在电流表内接法中，由于电压表测出的电压值V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。由可见，由于电流表内阻不可忽略，故产生一定的误差。在电流表外接法中，由于电流表测出的电流I包括了流过电压表的电流，因此，测量值要小于实际值。由可见，由于电压表内阻不是无穷大，故给测量带来一定的误差。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，其中R为测量值，Rx为实际值。为了减小上述误差，必须根据待测阻值的大小和电表内阻的不同，正确选择测量电路。　　经过以上处理

4、，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　　　　图1电流表内接图图2电流表外接图　　式中和为电流表和电压表允许的最大示值误差。　　三、实验仪器　　非线性电阻元件（照明小灯泡（13V、W）；稳压二极管（2CW5D，Imax≤100mA、V0≈2V）；发光二极管（2EF402A，Imax≤850mA，红、黄）；光敏二极管（2CU2A）；热敏电阻），电压表，电流表（应注意电表的量程和电阻），直流电源，光源，滑线变阻器，导线等。　　四、实验内容：　　1.测定金属膜电阻的伏安特性　　（1）根据图1联接好电路。金属膜电阻Rx为

5、240W，每改变一次电压V，读出相应的I值，根据测得的数值，作伏安特性曲线，再从曲线上求得电阻值。　　（2）根据图2联接好电路，仍用测量步骤1中Rx，每改变一次电流值读出相应的电压来。同做出伏安特性曲线，并从曲线上求得电阻值。　　　　图3　　（3）根据电表内阻的大小，分析上述两种测量方法中，哪种电路的系统误差小。　　2.测量2AP型晶体二极管的正向和反向伏安特性　　（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，串入限流电阻，使稳压管击穿后电流不超过允许的数值，因此击穿状态可

6、以长期持续，并能很好地重复工作而不致损坏。8　　稳压管的特性曲线如图3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曲线段，虽然反向电流在很大的范围内变化，但它两端的电压变化很小或基本恒定。利用稳压管的这一特性，可以达到稳压的目的。　　（2）稳压管的参数　　①稳定电压Vx。即稳压管在反向击穿后其两端的实际工作电压。这一参数随工作电流和温度的不同略有改变，并且分散性较大，例如2CW14型的Vx=6~7.5V。但对每一个管子而言，对应于某一工作电流，稳定电压有相应的确定值。　　②稳定电流Ix。即稳压管的工作电压为稳定电压时的工

7、作电流。　　③动态电阻rx。是稳压管电压变化和相应的电流变化之比，即。　　④最大稳定电流Ixmax和最小稳定电流Ixmin。Ixmax是指稳压管的最大工作电流，超过此值，即超过了管子的允许耗散功率；Ixmin是指稳压管的最小工作电流，低于此值，Vx不再稳定，常取Ixmin=1~2mA。　　（3）稳压管伏安特性测定的实验电路　　实验电路如图4所示。E为0~12V可调电源，R为限流电阻器。　　（4）测定稳压管的正