电学元件的伏安特性

1、电学元件伏安特性的测量目的1掌握测量伏安特性的基本方法2 正确使用电压表、电流表、滑线变阻器和电阻箱。仪器用具电压表电流表电阻箱滑线变阻器稳压电源待测电阻待测二极管开关导线原理1电学元件的分类对应当在一电学元件两端加上直流电压，元件内就会有电流通过。通过元件的电流与端电压之间的函数关系称为电学元件的伏安特性。以电压和电流分别为横坐标和纵坐标作出的曲线，称为该元件的伏1所示，这2所示，这类元件称为非安特性曲线。伏安特性所遵循的规律，就是该元件的导电特性。若所得结果为一条直线，如图 类元件称线性元件，如碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等。若为一曲线，如图线性元件，如半导体二极管、稳压管等。图1线性元

2、件的伏安特性2 .实验电路的的比较与选择伏安法测电阻是研究物质电学特性的常用方法。它即可以测线性电阻也可以测非线性电阻。其优点是测量范围宽，适用性广，且只要知道被测元件两端电压U及流过它的电流I，由欧姆定律 R二U /I就可计算出电阻R来。但是，在实际测量中，由于电表内阻的影响，根据R=U/I算出的阻值不是待测电阻的真实值。RIg(b)3如果按图3(a)所示的电流表外接法测量，电压表的读数 U等于待测电阻Rx两端的电压Ux,电流表的读数I不等于lx,而是I = lx + lv。Rx是线性元件，因此如果Rx I： Rv （电压表的内阻）幕以上的项后，式（1）变为R U UxRI I X + I

3、v I X （1 + I v： I x），则lv I： lx，因此可将Ix（1 Iv Ix）-1用二项式定理展开，略去二次Ux(1)Rx)U X 八I v、R=(1iRx(1Rv(2)Rx/Rv是电压表内阻给测量结果带来的相对误差。由式（2）可见，电流表外接时，若用 U / I 若Rv值已知。贝U作为被测电阻值，则比实际值 Rx略小些，应作以下修正。Ux尺占 1(1-Iv/I)lv)R(1 -R(llv(3)U xx(1IR二 R(1)Rv对于电流表内接法，由图3 （b）可知Ux Ua 二只乂Ra =Rx(1Ra/Rx)lx(4)其中，Ra为电流表的电阻， Ra/ Rx为电流表的内阻给测量带来

4、的相对误差。由式（4）可见，若简单地用 U/I值作为被测量电阻值，则比实际值Rx略大些，应作如下修正。若Ra值已知，则Rx二R Ra 二R(1Ra/R)(5),宜采综上所述，不论哪种连接法，误差总是难免的。该误差是由选用的实验方法引起的，故称为“方法误 差”。用伏安法进行测量时，应根据被测电阻的阻值范围及所用电表的内阻来合理选择电路，使“方法误 差”尽可能减小，通常可作如下选择：由式（4）可知，当RxRa时，接入误差才可以忽略不计用电流表内接法，此时，R Rx；由式（2）可知，当Rx： Rv时，宜采用电流表外接法，接入误差才可以忽略不计，此时，R -Rx。对于既满足 RxRa，又满足Rx：尺的

5、电阻，两种方法均可采用。 实验内容和步骤测量电阻的伏安特性曲线及Rx值待测电阻约为100Q，采用电流表的内接法，其电路如图（1 电源电压E为3V，合理地选择电流表和电压表的量程，按图（4）联接好电路。mA團4电阻伏安特性测量團5二极管正向伏安特性2 经教师检查无误后，接通电源，调节滑线变阻器，使电压表的指示值为表 流值，填入表1。1所列，测出相应得电U(V)0.501.001.502.002.503.00I(mA)升l(mA)降1 (mA)平均3 作伏安特性曲线。用作图法求出R值，再由式（5）求出Rx值。4.用逐法求R值R (U 6 U 3 U 5 _ U 2 U4-U13 I 6 I 3再由

6、式（5）求出Rx值。 将上述两种方法得出的R和Rx值进行比较,二测量晶体二极管伏安持性曲线作误差分析。晶体二极管由P N结构成。它有正、负两个极，具有单向导电的性能。即它的正、反方向的电阻值相误后，方可接通电源。调节滑线变阻器，使电压表的指示值为0.00V、0.10V、0.20V、0.30V、直到电差很大。对小功率晶体二极管来说，正向电阻一般只有几十到几百欧，反向电阻则有几百至几千欧，其值 无论正向、反向都不是定值与所加电压有关，其伏安特性曲线是非线性的。1 测量晶体二极管正向伏安持性曲线5连接好电路。经教师检查无电源电压E用1.5V，合理地选择好电流表和电压表的量程，然后按图测出相应的电流值，填入表2中。流达到最大允许电流为止（电流变化大的地方电压值的间隔应取小些 作出二极管正向伏安特性曲线。表2U(V)0.100.200.300.400.500.520.540.560.580.600.62I(mA)升I(mA)降I (mA)平均思考题1 若测量晶体二极管反向伏安持性曲线 , 电流表的接法与测正向时是否相同 , 为什么 ?2 有一个 12 V、 15W 的钨丝灯泡，