灯丝电阻特性

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1、电桥法研究非线性电阻特性【实验目的】1．理解并掌握用电桥法测定电阻的原理和方法。2．掌握自搭电桥测定电阻的原理和方法。3.学习非线性电阻元件伏安特性，并绘制其特性曲线。【实验器材】1.直流稳压电源；2.电阻箱；3.导线；4.检流计；5.单刀开头；6.小灯泡；7.滑线变阻器；8.电阻图1电桥测电阻电路图一【实验原理与说明】1．电桥工作原理：单臂电桥（又称惠斯登电桥）的基本电路如图1所示。它由4个桥臂和“桥”——平衡指示器（一般为检流计）以及工作电源E和开关等组成。适当选择R、R的值，调节标准电阻R，使B、D两点的电位12S相等，使检流计指零，此时称电桥达到平衡。电桥平衡时有：I•R=I

2、•R，I•R=I•R，I=I，I=I1122XXSS1X2S从而可得RR1X=(1)RR2S即R1R=•R=C•R（C=R/R）(2)XSS12R2上式称电桥平衡条件。所以用直流电桥测量电阻R，其实质就是在电桥平衡条X件下，把待测电阻R按已知比率关系R/R直接与标准电阻进行比较，故电桥X12法可称“平衡比较法”。在实际测量中常使用交换测量法（互易法）。用交换R和R的测量法可消XS除因R、R引入的误差。为了消除上述原因造成的误差，可在保持R/R比值1212不变的条件下，将R和R交换位置，调节R为R′，使电桥重新平衡，则SXSSR=R•R′，上式表明使用交换法可消除由R、R引入R的误差。

3、XSS12X单臂电桥法测量电阻虽然比伏安法测量电阻准确，但如果测量的电阻在1Ω以下，则导线电阻与接触电阻的影响就不可忽略。对于阻值较小的电阻，可采用双臂电桥法（开尔文电桥）。双臂电桥法主要采用了四端钮接法来减小导线电阻与接触电阻的影响。由于本实验所用灯丝电阻阻值最小为几十欧姆，导线电阻与接触电阻可以忽略，因此实验采用单臂电桥法测来测量灯丝电阻。2.非线性电阻元件伏安特性：二端电阻元件的伏安特性是指元件的端电压与通过该元件电流之间的函数关系。通过一定的测量电路，用电压表、电流表可测定电阻元件的伏安特性，由测得的伏安特性可了解该元件的性质。通过测量得到元件伏安特性的方法称为伏安测量法（简

4、称伏安法）。把电阻元件上的电压取为纵（或横）坐标，电流取为横（或纵）坐标，根据测量所得数据，画出电压和电流的关系曲线，称为该电阻元件的伏安特性曲线。图2线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线（1）线性电阻元件：线性电阻元件的伏安特性满足欧姆定律。在关联参考方向下，可表示为：U=I•R，其中R为常量，称为电阻的阻值，它不随其电压或电流改变而改变，其伏安特性曲线是一条过坐标原点的直线，具有双向性。如图2(a)所示。（2）非线性电阻元件：非线性电阻元件不遵循欧姆定律，它的阻值R随着其电压或电流的改变而改变，即它不是一个常量，其伏安特性是一条过坐标原点的曲线，如图2(b)所示。3.用电桥测量白炽

5、灯电阻灯丝由钨制成，而钨的电阻随温度升高而增大。实验表明，温度每升高1℃，电阻约增加0.55％，钨丝在白炽状态时比常温高1800～2000℃，所以电阻大约增到原来的10倍。加在白炽灯的电压不同时，其亮度不同及灯丝的温度不同，灯丝的阻值也随之发生非线性变化。改变电源电压，电桥中白炽灯的电压也会改变，其电阻随电压发生非线性变化。电阻的阻值可由公式（3）得出。常电桥平衡时，图（1）中B、D点等势，R1电压U1与R2电压U2相等，RS电压US与白炽灯电压Ux相等，则白炽灯电压为EU=U=R(3)xSSR+R2S公式中E为电源电压。【实验步骤】1.按图3连线，这是图1的变形，其作用是相同的。图

6、中RP为滑变阻器，RS为电阻箱，Rx为白炽灯电阻，R1与R2为定值电阻，阻值由实验室给出。电阻Rt为保护电阻，用来降低检流计的灵敏度，保护检流计。开关K闭合后，可将Rt短路，提高检流计灵敏度。2．断开开关K，打开电源，调节滑线变阻器，使电压表电压为1V。3.调节RS使检流计指针为0。4.将开关K闭合，提高检流计灵敏度，调节RS使检流计指针为0。此时RS阻值即为电桥平衡时阻值，将结果记录到表格1中。5.增加电压，重复步骤3、4，分别测出电压从2V到14V时，电桥平衡的阻值RS，将结果记录到表格中。R1RxGRpERtKVR2Rs图3电桥测电阻电路图二6．操作要点：（1）电路接通前应使滑

7、线变阻器的滑动端处于电压为最小值处。（1）调节电压前要将K断开，避免电流过大，损伤电流表。（2）调节RS过程中，应先调节较小档位旋钮。如小档位旋钮不能使电桥平衡，需调节较大档位旋钮时，应将检流计断开，避免由于电阻阻值改变较大，使电流过大，损伤电流表。（3）检流计使用完毕，应使检流计处于锁定状态。表1电桥测量白炽灯阻值U（V）1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.0RS(Ω)Rx(Ω)Ux(V)Ix(mA