大学物理实验报告（清华大学）实验31电学元件伏安特性的测量实验报告

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1、一、实验目的(1)、了解分压器电路的调节特性；(2)、常握测量伏安特性的基本方法、线路特点及伏安法测电阻的误差估算;(3)、学习按回路接线的方法；(4)、初步了解戴维南定理的内容。二、实验原理1•分压电路及其调节特性1.分压电路的接法(如图所示)图屮B端电位最低，C端电位较高，CB间的分压大小U随滑动端C的位置改变而改变，U值可用电压表来测量。变阻器的这种接法通常称为分压器接法。分压器的安全位置一般是将C滑至B端，这吋分压为零。2.分压电路的调节特性根据欧姆定律得到的分压公式为：U=————E,其中各项均对应于上图中的各RRi.+(

2、R-RQ项。理想情况下，即当Rl»R时，U=ERbJR，分压U与组值/?聽成正比，亦即随着滑动端C从B滑至A,分压U从零到E线形地增大。当他不是比R大很多时，分压电路输出电压就不再与滑动端的位移成正比了。2.电学元件的伏安特性在某一电学元件两端加上直流电压，在元件内就会有电流通过，通过元件的电流与其端电压之间的关系成为电学元件的伏安特性。一般以电压为横坐标，电流为纵坐标做出元件的电压■电流关系曲线，成为该元件的伏安特性曲线。电学元件按其伏安特性进行分类：线形元件：碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件，在通常情况下，通过元件的电流

3、与加在元件两端的电压成正比，即其伏安特性曲线为一通过原点的直线。非线性元件：半导体二极管、稳压管、热敏电阻等元件，通过元件的电流与加在元件两端的电压不成线形关系变化，其伏安特性为一曲线。线形元件的伏安特性某非线性元件的伏安特性3•实验线路的比较与选择用伏安法测量电阻R的伏安特性的线路中，常有两种接法，即图中的电流表内接和电流表外接两种方法。电压表和电流表都是有一定的内阻（分别设为/?,,和尺）。简化处理时可直接用电压表读数U除以电流表读数I來得到被测电阻值R,即/?=（///,但这样会引进一定的系统性误差。可用以下公式进行修正：电流

4、表内接时，电压表读数比电阻端电压值大：电流表外接吋，电流表读数比电阻R屮流过的电流值大：测量电阻伏安特性的电路图（a）电流表内接；（b）电流表外接估算电压或电流的测量不确定度亠‘（亠）公式：用R=R/I简化计算时有:町见要使电阻测量的准确度高，线路参数的选择应使电表读数尽对能接近满量程。当电压表(电流表)的内阻值R/RJ及其不确定度大小△心(△©)已知时，可先计算求得被测电阻值R,再用下列公式更准确地计算R的不确定度:电流表内接时:R&UII电流表外接时:注意:1.比较lg(R/R)^lg(Rv/R)的大小,前者大则选电流表内接法

5、，后者大则选用电流表外接法；2.线路参数的选择应是电流读数尽可能接近满量程;3.线路方案及参数的选择应使JR最小。4.戴维南定理戴维南定理是指一个含源二端网络可以用一个恒压源串联一个内阻抗所组成的等效电压源来代替。恒压源乞为二端网络的开路电压，内阻抗心为含源二端网络中所有恒压源被开路后网络两端的总电阻。有源二端网络根据戴维南定理，等效电动势乞和内阻心分别为:E严ERJR+R2)Re=&+R、Rj(R+尺2)三、实验步骤1・半定量观察分压电路的调节特性选用一适当组织的变阻器R接成分压电路，以电阻箱作为外接负载当RJR取不同比值时，

6、测定并观察输岀电压随滑动端位移的变化情况。1•测电阻对于阻值约为12*0和0.的两个电阻，分别用电流表内接和外接法测量，详细记录实验数据。2•测定半导体二极管正反向伏安特性1.实验电路图2.了解被测二极管的规格，不要超过其保护电压。3.改变分压电阻的阻值，得到读取10组电压表和电流表的值，记录数据。3•戴维南定理的实验验证1.步骤一将9V电源的输出接到四端网络的输入端上，组成一个有源二端网络，如图所示框内电路对外部电路来说，可以等效成一个电动势为£和内电阻为〈相串联的简单电路。记录当负载电阻分别为200Q、300Q、500Q、lkQ

7、、2kQ、5kQ、10kQ时的电压表读数和电流表读数。实验方法求出等效电动势£和等效内阻人:（1）课外画出伏安特性曲线，从曲线上求出和（2）课内选取上面数据中的两组口和厶的值（均己修正电表内阻可能引起的己定系统误差），代入方程组U；=Ee-=1,2）求出E,,和&o1.步骤二用上面方法二的实验结果，将可调电源的输出电动势调成巴的值，将示值为尺.的电阻箱和d串联，组成等效电路，测量外电路负载电阻分别为200Q、lkQ时的电压、电流值，得出戴维南定理是否正确的结论。2.步骤三实验时记下网络中各个电阻的值，代入Ee=ER2/（R^R2）严

8、&+氏凡/3+忌）计算出&和尺,，将结果和实验结果比较，计算出它们Z间的偏差的相对值，并简单讨论实验结果。