《物理实验》10实验六电学元件的伏安特性测量

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1、实验六电学元件的伏安特性测量电路中有各种电学元件，如线性电阻、半导体二极管和三极管，以及光敏、热敏和压敏元件等。知道这些元件的伏安特性，对正确地使用它们是至关重要的。利用滑线变阻器的分压接法，通过电压和电流表正确地测出它们的电压与电流的变化关系称为伏安测量法（简称伏安法）。伏安法是电学中常用的一种基本测量方法。【实验目的】1、了解分压器电路的调节特性。2、验证欧姆定律。3、掌握测量伏安特性的基本方法。4、学会直流电源、变阻器、电压表、电流表、电阻箱等仪器的正确使用方法。【实验仪器】伏安特性实验仪【实验原理

2、】一、分压电路及其调节特性1、电路的接法▲电压输出C端位移图6・1分压电路图6-2分压电路输出电压与滑动端位程的关系如图6-1将变阻器R的两个固定端A和B接到直流电源E上，而将滑动端C和任一固定端（A或B,图中为B）作为分压的两个输出端接至负载尺」图屮B端电位最低，C端电位较高，CB间的分压大小1/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接法。分压器的安全位置一般是将C滑至B端，这时分压为零。2、电路的调节特性如果电压表的内阻大到可忽略它对电路的影响，那么根据欧姆定律

3、很容易得出分压为JJ二Rb(Rl£RRf+(R-Rbc)Rbc从上式可见，因为电阻/?BC可以从零变到尺，所以分压U的调节范围为零到E,分压曲线与负载电阻&的大小有关。理想情况下，即当吋，U=ERbc/R,分压U与阻值Rbc成正比，亦即随着滑动端C从B滑至A,分压从零到E线性地增大。当心不是比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。实验研究和理论计算都表明，分压与滑动端位置Z间的关系如图6・2的曲线所示。用/R越小，曲线越弯曲，这就是说当滑动端从B端开始移动，在很大一段范围内分压增加很小

4、，接近A端时,分压急剧增大，这样调节起來不太方便。因此作为分压电路的变阻器通常要根据外接负载的大小來选用。必要时，还要同时考虑电压表内阻对分压的影响。二、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，通过元件的电流与端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性。在欧姆定律式中，电压U的单位为V,电流/的单位为A,电阻R的单位为Qc—般以电压为横坐标和电流为纵坐标作出元件的电压一电流关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。图6-3线性元件的伏安特性图6-4非线性元件的伏安特性对于碳膜电阻、

5、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件，在通常情况下，通过元件的电流与加在元件两端的电圧成正比关系变化，即其伏安特性曲线为一直线。这类元件称为线性元件,如图27・3所示。半导体二极管、稳压管等元件，通过元件的电流与加在元件两端的电压不成线性关系变化，其伏安特性为一曲线。这类元件称为非线性元件，如图4所示为某非线性元件的伏安特性。在设计测量电学元件伏安特性的线路时，必须了解待测元件的规格，使加在它上面的电压和通过的电流均不超过额定值。此外，还必须了解测量吋所需其它仪器的规格(如电源、电压表、电流表、变阻器等的规格)

6、，也不得超过其量程或使用范围。根据这些条件所设讣的线路，可以将测量误差减到最小。三、实验线路的比较与选择在测量电阻的伏安特性的线路中，常有两种接法，即图6・5(a)中电流表内接法和图6-5(b)中电流表外接法。电压表和电流表都有一定的内阻(分别设为尺卩和尺A)。简化处理时直接用电压表读数U除以电流表读数/来得到被测电阻值即R=U/I.RlO(b)电流表外接(6-2)(a)电流表内接图6-5伏安特性线路中常用两种接法这样会引进一定的系统性误差。当电流表内接时，电压表读数比电阻端电压值大，即有:(6-1)当电

7、流表外接时，电流表读数比电阻R中流过的电流大，这时应有:1I1~R~U~~Rv在(6-1)式和(6-2)式屮，&和心分别代表安培表和伏特表的内阻。比较电流表的内接法和外接法，显然，如果简单地用U//值作为被测电阻值，电流表内接法的结果偏大，而电流表外接法的结果偏小，这两种接法都有一定的系统性误差。除了需要作这样简化处理的实验场合，为了减少上述系统性误差，测量电阻的线路方案可以粗略地按下列办法来选择：（1）当R«RV^且R较心大得不多时，宜选用电流表外接。（2）当/»心，且心和R相差不多时，宜选用电流表内接

8、。（3）当R»Ra，且时，则必须先用电流表内接法和外接法测量，然后再比较电流表的读数变化大还是电压表的读数变化大？根据比较结果再选择电流表采用内接还是外接，具体方法见本实验的实验内容第2点的第（3）小点。如果要得到待测电阻的准确值，则必须测出电表内阻并按（6・1）（6-2）式进行修正，本实验不进行这种修正。【实验内容】一、定性观察分压电路的调节特性根据电磁学实验接线规则按图6J接线（按冋路接线），以电阻箱作为外接负载位，根据变