复习线性电阻和非线性电阻的伏安特性

1、4.复习线性电阻和非线性电阻的伏安特性。(1 )线性电阻元件的伏安特性服从 定律，它是一条通过座标原点的。线。非线性电阻元件的伏安特性不服从非线形定律，它是一条通过座标原点的线。(2)在伏安特性的测试中，只有在电流很小，电阻很小时(只有几个欧姆)，将电压表与电 阻直接联，再与电流表联。而测量较大电阻(R=20QQ)的伏安特性时，要将电流表先直接与被测电阻_联后，再与电压表联。这是因为。三、实验内容说明电阻元件的伏安特性是指电阻元件两端电压U与通过该电阻元件的电流I之间的关系曲线。线性电阻元件伏安特性服从欧姆定律，即UI为常数。不但其阻值不随电压或电流变化而变 化，而且与电压或电流的方向无关。因

2、此线性电阻元件的伏安特性是一条通过座标原点的直线。 如图6- 2- I (a)所示。非线性电阻元件的伏安特性不服从欧姆定律，即UZ I不等于常数，它与电压电流的大小和方向 有关。因此非线性电阻元件的伏安特性是一条通过坐标原点的曲线。对电压、电流控制型的非线性电阻元件，如白炽灯和晶体二极管的伏安特性分别如图个621 (b)和图6- 2- I (c)所图6 2电阻伏安特性曲线电阻元件的伏安特性，可以通过实验的方法来测定。但是必须注意仪表的合理连接方法，否 则测量的误差将比较大。因为电流表与被测负载电阻串联，电流表的内阻起了分压的作用。电 压表与被测电阻并联，电压表的内阻起了分流的作用。两者都直接影

3、响测量的结果。所以根据被 测电阻的大小，合理连接电压表和电流表，尽可能减少测量误差。四、实验仪器1 .双路直流稳压电源(030V 1A一台2 .直流电压表(45- 75 mV 37.5 15 30- 75 150300600 V 0.5级)一只3 .直流毫安表(01002005001000mA 0.5 级)一只4 .直流微安表(01002005001000吩0.5级)一只5 .滑线 电阻器(2001.45 A) 一只886.定值电阻(100 Q 20W) 只7 .钨丝灯泡(24V 2W) 一只8 .二极管(2AP 23 J) 一只五、实验步骤1 .测定线性电阻R的伏安特性.(1 )按图6- 2

4、- 2接线，以定值电阻R- 200Q为被测线性电阻元件。先使分压器滑动触头处于无 输出电压的位置处(即零位)。(2 )调节直流稳压电源，使输出为15V注：稳压源给出的电压要用万用表(或电压表)测量。稳压源面板上电压表头指针指示的电 压值仅供参考。(3 )根据电源电压及电阻数值估算电流表、电压表量程。(4 )调分压器滑动触头，使分压器输出电压从零缓慢增加到最大值。观察电流随电压的变化 趋势，以便确定测试点之间的距离。(5 )从Z 15V之间取7个测试点进行测量，记下R两端的各个电压值及对应的各个电流值，记 入表6 - 2中。注：若分压器调不到所需电压时，可轻调直流稳压电源的微调旋钮。但此时要注意

5、各仪表的 指针不要超过满刻度。(6 )将电阻反向连接，重复步骤(1 )(5),记下电压和电流值，记人表6- 21中。 注：每次换接电路时必须切断电源，待电路接好后再接通电源。直流稳压电源RP白炽灯图6-2-2白炽灯伏安特性测试图直流稳压源图6-2-3线形电阻伏安特性测试图89表6- 2- 1线性电阻伏安特性测定数据表正向U(VI (mA)反向U(VI (mA)2.测定非线性电阻元件一一白炽灯的伏安特性。(1 )在图6- 2- 2中将R换接成白炽灯泡。将电压表接至毫安表之后，直接与白炽灯泡并联。 如图6- 2- 3所示。(2 )调节直流稳压电源，使输出电压为20(注意不要超过24V 。确定电压表

6、、电流表的量程。(3 )调分压器滑动触头，使分压器输出电压从零逐渐缓慢地增加到20V观察电流随电压的变 化趋势，确定测试点之间的距离。(4 )从OV 20V之间取11个测试点，测量并记下对应白炽灯泡两端的电压和电流，记人表6 2- 2 中。表6- 2- 2非线性电阻伏安特性测定数据表U(V)02468101214161820I(mA)注：反向特性与正向特性是对称的。3. 测定非线性电阻元件一一二极管的伏安特性。(1 )正向伏安特性的测定按图6 2- 4接线。调直流稳压电源输出电压为1. 5 V.再调分压器触头，使电压表的读数分别 为表6- 2- 3中所示的各电压数值。使用直流毫安表，测量并记下

7、对应于电压U的各值的电流I，记 入表6- 2- 3中。(2 )反向伏安特性的测定在图6- 2- 4中，将二极管反向连接。调节稳压电源的输出电压为25V接通电源后调分压器， 使输出电压分别为表6-2- 3中所示的各电压值。使用直流微安表，测量并记下对应于电压U的电 流I的值，记人表6- 2- 3中。4. 记下本次实验中所使用的直流电压表和直流电流表的准确度等级。90表6- 2- 3二极管伏安特性测试数据表正 向UV)00.10.150.20.250.30.40.60.81.0l(mA)反 向UV)024681012162024I(mA)直流稳压电源Rp图6-2-4二极管伏安特性测试图D z D

8、BA六、实验总结报告1. 根据实验数据表格，作出线性电阻元件R和非线性电阻元件白炽灯泡和晶体二极管的伏安特 性曲线，并与图6- 2- 1 ( a) , ( b) , (c)进行比较(白炽灯泡的反向特性，根据对称方法可以作 出)。在绘制特性曲线时，要注意坐标比例的合理选择，特别是绘制晶体二极管的特性曲线时，正 向与反向特性的横坐标和纵坐标要取不同的比例尺。2 .写出本次实验中所遇到的故障及排除的方法。3 .回答思考题中的第(2)题。思考题：(1) 根据仪表的准确度及测量的手段和方法，思考一下产生误差的原因有哪些。(2) 线性电阻和非线性电阻区别何在？结合实验所绘曲线加以说明。(3) 从白炽灯泡伏

9、安特性曲线的绘制中看出，金属导体的电阻将随温度的变化而变化。白炽 灯是一非线性元件。只有当导体本身的温度变化小，材料的温度系数小的情况下，电阻值才能近 似看作不变。因此对一些大功率的电热性负载：如白炽灯、电阻炉、碘钨灯等电阻电热器。通电 的前后，温度变化很大。热状态电阻值与冷状态电阻值并不相等，热状态电阻值远大于冷状态电 阻值数倍。所以大功率电热负载在冷状态时的通电启动电流也大于额定电流数倍，启动过程较 长。因此在实际应用中要注意。91负 数图6-2-5电位器的错误接法七、实验注意事项1 微安表只用于测二极管的反向特性。若用于测量其它几种情况时将烧毁微安表。2. 接分压器时，不能错接为图6-

10、2- 5中的情况，否则将损坏设备。3 .注意二极管最大允许电流值及毫安表的量程，实验时不得超过此值。实验三线性网络定理一、实验目的1. 加深理解叠加原理和戴维南定理，进一步理解电流、电压的参考方向。2. 熟练使用直流电流表和稳压电源。二、预习要求1 .复习叠加原理和戴维南定律。2 .参阅第一篇第二、四章，进一步熟悉直流电表、万用表和稳压电源的使用方法。3 .熟悉实验原理、步骤及接线图。4 .完成下列境空题。(1 )当支路中电动势，电压或电流的实际方向与电路图中所标的参考方向一致时，其值为 ；当实际方向与标定参考方向相反时，其值为一。测量中若指针反偏，应将表棒 后；再进行测量，并取测量值为值。(

11、2 )任何一个有源两端网络都可以用一个外部性能与它等效的电压源代替。等效电压源的电 动势E 应等于 电压。内阻尼应等于。三、实验内容说明l .叠加原理在线性电路中.几个电源同时作用时，在电路中各部分所产生的电流和电压，等于这些电源单 独作用时，在电路的各部分产生的电流和电压的代数和。应用叠加原理，一个复杂的线性电路的分析，可以化为几个简单电路的分析(但不能改变电路 结构)，使问题简化。所谓某一电源单独作用，即是除了该电源外，其余电源均置零。电压源置零以短路代替，电92流源置零以开路代替。IlEiUoR3E2” RR3R2， 1 2I 3图6- 3- 1叠加原理实验图实验线路如图6- 3- 1所

12、示。根据叠加原理，图中电流有如下关系：I 1= I 1 + I 1, ； I 2 = I 2 + I 2 , I 3 = I 3+ I 3 , Uo = Uo + U02.戴维南定理对任一线性含源二端网络，如图6- 3- 2(a )所示，根据戴维南定理，可以等效为一个电压源。 即看作由一个电动势E。和一个电阻Ro串联的含原支路来代替，如图6- 3 2(b),等效的条件 是，电动势E0等于网络输出端的开路电压计。电阻F0为网络中所有电源置零时，从开路端 看进去的等效电阻R。o ,如图6- 3- 2 ( Q o看进去的等效电阻甩，o可以通过实验直接从有源二端网络中测出。RoE0(a)(b)有源二端

13、网络图6- 3- 2戴维南等效图RlUl图6-3-3Ro测定电路图(c)o无源二端网络93含源二端网络人端电阻的实验测定方法：首先测出含源二端网络的开路电压Ub。在网络允产短路的条件下，测出它的短路电流Is,则含源 二端网络的入端电阻Rb = U/ Iss如果网络不允许短路，则在测出开路电压 Uab之后，再接上负载电阻R， 并测出负载电压U ,如图6- 3- 3所示。从图中看出RlUL _RlRo Eo ；Ro =Eo -UlUlRl在复杂电路中，若只求某一支路的电压或电流时，应用戴维南定理，将此待求支路断开，电路 中剩余的含源部分看成一有源二端网络，化成一个电压源再接上待求支路，组成一个简单

14、电 路，使问题得到简化。实验线路如图6 3 4上对所示。凡支路为待求支路。根据戴维南定律，若断开F3,使吕=Ukb,R） =Rb,I 3=| 3四、实验仪器1. 双路直流稳压电源（030V1A） 只2 .直流电流表（01002005001000 m A 0 5级）一只3. 直流电压表（0 50V 0 5级）一只4. 万用表一只5. 实验底板一块1 -1_1R1R2I3U3R3 "_y E1E2 . - a . _b(a)1；Ro二R1" R2 ； iJ_ -一 Eo = UabiiU3 |L11ab-.I(b)R3图6-3-4戴维南定理实验图6 .电阻和电流插座 各三只五、

15、实验步骤由实验室给出三只电阻的阻值及两组电源的数值：如R=300Q R2=100Q R 3=200 Q E1=10V巳=5V（1 ）选择万用表合适的量程，测量三只电阻的阻值，与标定值进行比较。按图6- 3- 1（a）在底板上分别焊接好三只电阻，然后调节E;和巳为给定值，并接入电路中。用 直流电流表和电压表测出电阻上流过的电流丨1 ,12,13和F 电阻两端电压U ,记入表6 3- l中。94(2 )由E;单独作用，按图6- 3- 1 ( b )接线，测量各支路电流Ii',l2,l3 及U ,记入表63 1中。(注意：换接电路时，先要断开电源。)(3) 由E单独作用按图6- 3- 1(

16、C)接线。测各支路电流li'，|2“，13及U',记人表63- 1 中。表3-3-1叠加原理测量数据记录表状态E1、E?作用E1单独作用E2单独作用叠加作用测I1(mA)I(mA)> >I(mA)I '+ I ''(mA)量l2(mA)I'(mA)I''(mA)I '+ ''(mA)数l3(mA)I'(mA)I''(mA)I '+ ''(mA)据U0(v)U0(v)>>U 0(v)U' 0+ U' 0(v)2. 验证戴维南定理(1 )按图6- 3- 4 ( a )接线。电源和电阻参数同上，将R电阻视为待求支路的负载电阻，其余部分视为被测含源二端网络。测出R支路的电流人l1=.。(2 )断开R支路，测量开路电压U=。(3 )用短路法测量短路电流，将a、b两端用电流表短接，读出a、b二端间的短路电流Is =( m A则得等效电阻R = U/ls =.(4 )验证戴维南定理用Eo (= Uab)串联Ro(=R a)构成戴维南等效电路。即调节电源电压等于E 0，用电阻巳并联R 2代替Ro,接上R3支路，如图6-3- 4(b)所