非线性原件的伏安特性测量ppt课件

1、丈量非线性元件的丈量非线性元件的伏安特性伏安特性南京理工大学物理实验中心南京理工大学物理实验中心【实验目的】【实验目的】 学习丈量非线性元件的伏安特性，了解进展伏安法丈学习丈量非线性元件的伏安特性，了解进展伏安法丈量时两种电表的衔接方法和接入误差量时两种电表的衔接方法和接入误差 ； 学惯用数字万用电表丈量二极管的伏安特性；学惯用数字万用电表丈量二极管的伏安特性； 了解二极管的单导游电性和稳压二极管的稳压特性；了解二极管的单导游电性和稳压二极管的稳压特性； 了解白炽灯的伏安特性了解白炽灯的伏安特性【实验仪器】【实验仪器】 直流稳压电源干电池，变阻器，直流稳压电源干电池，变阻器，电阻箱，二极管，稳

2、压二极管，小白炽灯电阻箱，二极管，稳压二极管，小白炽灯泡，数字万用电表泡，数字万用电表【实验原理】【实验原理】1、伏安特性 给一个元件通以直流电，用电压表测出元件两端的电压，用电流表测出经过元器件的电流。通常以电压为横坐标、电流为纵坐标，画出该元件电流和电压的关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。由伏安特性曲线可以很直观的发现元件的电学特性。 伏安特性曲线为直线的元件称为线性元件，如电阻；伏安特性曲线为非直线的元件称为非线性元件， 如二极管、三极管等。 线性元件的伏安特性曲线线性元件的伏安特性曲线 非线性元件的伏安特性曲线非线性元件的伏安特性曲线 根据欧姆定律，电阻根据欧姆定律，电阻R、电压、电

3、压U、电流电流I,有如下关系：有如下关系：R=U/I 由电压表和电流表的示值由电压表和电流表的示值U和和I计算可得到待测元件计算可得到待测元件Rx的阻值。的阻值。 非线性元件的电阻有两种方法非线性元件的电阻有两种方法表示，一种称为静态电阻或称表示，一种称为静态电阻或称为直流电阻，用为直流电阻，用RD表示；另一表示；另一种称为动态电阻用种称为动态电阻用rD表示，它等表示，它等于任务点附近的电压改动量与电于任务点附近的电压改动量与电流改动量之比。动态电阻可经过流改动量之比。动态电阻可经过伏安曲线求出，如下图，图中伏安曲线求出，如下图，图中Q点点的静态电阻的静态电阻RD=UQ/IQ,动态电阻动态电阻

4、rD=dU/dI。 2电表衔接方法和接入误差电表衔接方法和接入误差 丈量伏安特性时电表衔接方法有两种：电流丈量伏安特性时电表衔接方法有两种：电流表外接图表外接图b和电流表内接图和电流表内接图a 。由于电表内阻的影响，这两种接法都会引进一定由于电表内阻的影响，这两种接法都会引进一定的系统误差。当电流表内接时，系统误差为的系统误差。当电流表内接时，系统误差为RA/RX,当电流表外接时，为当电流表外接时，为Rx/(Rx+Rv)运用电流表内接时，会使运用电流表内接时，会使Rx比实测值偏大，修比实测值偏大，修正值为：正值为：RXU/I-RA；运用电流表外接时，会；运用电流表外接时，会使使Rx比实测值偏小

5、比实测值偏小,修正值为修正值为RX 1/(I/U-1/RV)。在丈量小电阻，且电压表内阻远大于在丈量小电阻，且电压表内阻远大于Rx时，常时，常采用电流表外接；在丈量大电阻，且电流表内阻采用电流表外接；在丈量大电阻，且电流表内阻远小于远小于Rx时，常采用电流表内接。时，常采用电流表内接。 伏安法计算电阻带来的误差伏安法计算电阻带来的误差3 二极管 普通二极管普通二极管 发光二极管发光二极管 贴片二极管贴片二极管 半导体二极管是一种常用的非半导体二极管是一种常用的非线性元件线性元件,由由P型、型、N型半导体资料型半导体资料制成制成PN结，经欧姆接触引出电极，结，经欧姆接触引出电极，封装而成。封装而

6、成。 二极管特性 二极管的主要特点是单导二极管的主要特点是单导游电性，电流从正极流入，负游电性，电流从正极流入，负极流出。极流出。 二极管是一个非线性二极管是一个非线性元件元件 。 二极管的主要参数：二极管的主要参数： UD称为正导游通阈值电压称为正导游通阈值电压 UB为反向击穿电压为反向击穿电压最大整流电流最大整流电流If,即二极管正常即二极管正常任务时允许经过的最大正向平任务时允许经过的最大正向平均电流；均电流；最大反向电压最大反向电压UBr,普通为反向普通为反向击穿电压的一半；击穿电压的一半；反向电流反向电流Ir是反向饱和电流是反向饱和电流IS的额定值。的额定值。PN节的伏安特性由半导体

7、物理可知，由半导体物理可知，PN结是一个非线性元件，结是一个非线性元件，PN结的正向电流结的正向电流电压的关系满足电压的关系满足 I=Is eqU/T-1 1 I是经过是经过PN结的正向电流，结的正向电流，U为为PN结正向压降，结正向压降，Is是反向饱和电流为常数，是反向饱和电流为常数，q是电子的电荷量，是电子的电荷量，k玻玻耳兹曼常数，耳兹曼常数，T是热力学温度。是热力学温度。q=1.60210库仑；库仑；k=1.3810焦耳开；焦耳开；T=273.15+t；在室温下在室温下eeU/kT1,那么那么= Is eqU/kT,即即PN结结正向电流随正向电压按指数规律变化。正向电流随正向电压按指数

8、规律变化。4、稳压二极管、稳压二极管稳压二极管是一种稳压二极管是一种特殊的硅二极管。特殊的硅二极管。与普通二极管不同，与普通二极管不同，普通二极管击穿后电普通二极管击穿后电流急剧增大。稳压二流急剧增大。稳压二极管的反向击穿是可极管的反向击穿是可逆的，去掉反向电压，逆的，去掉反向电压，稳压管又恢复正常稳压管又恢复正常 。稳压管常用在稳压、恒流等电路中。稳压管常用在稳压、恒流等电路中。5. 丈量小白炽灯泡的伏安特性曲线 白炽灯是日常生活中经常运用的光源之一，由金属白炽灯是日常生活中经常运用的光源之一，由金属钨丝制成灯丝，因此也常称做钨丝灯。当电流经过钨丝制成灯丝，因此也常称做钨丝灯。当电流经过时，

9、灯丝发热而发光。在任务时，其灯丝电阻随着时，灯丝发热而发光。在任务时，其灯丝电阻随着温度的升高而增大。经过白炽灯的电流越大，其温温度的升高而增大。经过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大普通灯泡的度越高，阻值也越大普通灯泡的“冷电阻与冷电阻与“热电阻的阻值可相差几倍至十几倍热电阻的阻值可相差几倍至十几倍 。 白炽灯的种类很多，实验中运用的小灯泡是常用做白炽灯的种类很多，实验中运用的小灯泡是常用做手电筒的光源其任务条件是手电筒的光源其任务条件是12V， 0.3 A。在。在一定电流范围内，小灯泡的电压与电流的关系为一定电流范围内，小灯泡的电压与电流的关系为 UKIn 2式中式中K和和n是与灯泡

10、有关的系数。是与灯泡有关的系数。滑线变阻器的制流电路制流电路制流电路 制流曲线制流曲线 K=RL/R0 分压电路分压电路 分压曲线分压曲线 K=RL/R0 滑线变阻器的分压电路【实验内容及要求】【实验内容及要求】图4 二极管伏安特性丈量原理图电表参数：2V档，200mA档。图5 小灯泡伏安特性丈量原理图电表参数：12V档，200mA档。1 按照图按照图4将普通二极管衔接到丈量电路中。将普通二极管衔接到丈量电路中。2电压从最小开场调理，察看正向电流，当开电压从最小开场调理，察看正向电流，当开场有正向电流时，开场记录电压电流数据，正向场有正向电流时，开场记录电压电流数据，正向电流到达电流到达20m

11、A时实验终了，这里要务虚验数据时实验终了，这里要务虚验数据不能少于不能少于20个。记录个。记录I-U关系数据，在作图纸上描关系数据，在作图纸上描出正向伏安特性曲线。出正向伏安特性曲线。阐明：由于普通二极管的反向击穿电压普通很大阐明：由于普通二极管的反向击穿电压普通很大约约100V左右，远远超出了平安电压的范围，左右，远远超出了平安电压的范围，因此实验中不需求丈量普通二极管的反向伏安特因此实验中不需求丈量普通二极管的反向伏安特性。性。1、丈量普通二极管的正向伏安特性实验、丈量普通二极管的正向伏安特性实验1按照图按照图4将稳压二极管衔接到丈量电路中。将稳压二极管衔接到丈量电路中。2 电压从最小开场

12、调理，察看正向电流，当电压从最小开场调理，察看正向电流，当开场有正向电流时，开场记录电压电流数据，开场有正向电流时，开场记录电压电流数据，正向电流到达正向电流到达20mA时终了，这里要务虚验时终了，这里要务虚验数据不能少于数据不能少于20个。在作图纸上描出正向伏个。在作图纸上描出正向伏安特性曲线。安特性曲线。 利用伏安特性曲线求出正导游通阈值电压。利用伏安特性曲线求出正导游通阈值电压。2、丈量稳压二极管的正向、反向伏安特性实验、丈量稳压二极管的正向、反向伏安特性实验3按照图按照图4将稳压二极管反向衔接到丈量电将稳压二极管反向衔接到丈量电路中。路中。4实验数据不能少于实验数据不能少于10个，测出反向电流达个，测出反向电流达20mA时稳压