元件伏安特性的测绘
实验 元件伏安特性的测绘
一． 实验目的
1. 学会识别常用电路元件的方法。
2. 掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。
3. 掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。
二． 原理说明
任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I=f (V)来表示，即用I-V平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。
1. 线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1中a所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。
2. 一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态时，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图1-1中b曲线所示。
3. 一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图1-1中c曲线。正向压降很小（一般的锗管约为0。2～0。3，硅管约为0。5～0。7V)，正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。
4. 稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图1-1中d曲线。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时(称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管)电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。
三． 实验设备
序号
名 称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0～30V
1
DG04
2
万用表
FM-30或其他
1
3
直流数字毫安表
1
D31
4
直流数字电压表
1
D31
5
滑线变阻器
1
6
二极管
2CP15
1
DG10
7
稳压管
2CW51
1
DG10
8
白炽灯
12V
1
DG10
9
线性电阻器
RJ-1W-1KΩ
1
DG09
四． 实验内容
1. 测定线性电阻器的伏安特性
按图1-2接线，调节稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加到10伏，记下相应的电压表和电流表读数。
U(V)
0 2 4 6 8 10
I (m A)
2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性
将图1-2中的 RL 换成一只12V的汽车灯泡，重复1的步骤
U(V)
0 2 4 6 8 10
I (m A)
3. 测定半导体二极管的伏安特性
按图1-3接线，R为限流电阻器，测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过25 m A，二极管D正向压降可在0～0。75V之间取值。特别是在0。5～0。75之间更应该多取几个测量点。作反向特性实验时，只需将图1-3中的二极管D反接，且其反向电压可加到30V。
正向特性实验数据
U(V)
0 0.2 0.4 0.5 0.55 ……0.75
I (m A)
反向特性实验数据
U(V)
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30
I (m A)
4.测定稳压二极管的伏安特性
只要将图1-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量。
正向特性实验数据
U(V)
I (m A)
反向特性实验数据
U(V)
I (m A)
五． 实验注意事项
1. 测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小到大逐渐增加，应时刻
注意电流表读数不得超过25 m A，稳压源输出端切勿碰线短路。
2. 进行不同实验时，应先估计算电压和电流值，合理选择仪表的量程，
勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。
六． 思考题
1. 线性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻器与二极管的伏安特性
有何区别？
2. 设某器件伏安持性曲线的函数式为I=f (V)，试问在逐点绘制曲线时，
其坐标变量应如何放置？
3. 稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？
七． 实验报告
1. 根据各实验结果数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。
(其中的二极管与稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺)
2. 根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。
3. 必要的误差分析心得体会及其他。