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1、非线性原件的伏安特性测量第一页，本课件共有21页【实验目的实验目的】1.学习测量非线性元件的伏安特性，了解进行伏安法测量时两种学习测量非线性元件的伏安特性，了解进行伏安法测量时两种电表的连接方法和接入误差电表的连接方法和接入误差；2.学习用数字万用电表测量二极管的伏安特性；学习用数字万用电表测量二极管的伏安特性；3.了解二极管的单向导电性和稳压二极管的稳压特性；了解二极管的单向导电性和稳压二极管的稳压特性；4.了解白炽灯的伏安特性了解白炽灯的伏安特性第二页，本课件共有21页【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，稳压二极管，小白炽灯电
2、阻箱，二极管，稳压二极管，小白炽灯泡，数字万用电表泡，数字万用电表第三页，本课件共有21页【实验原理实验原理】1、伏安特性伏安特性 给一个元件通以直流电，用电压表测出元件两端给一个元件通以直流电，用电压表测出元件两端的电压，用电流表测出通过元器件的电流。通常以的电压，用电流表测出通过元器件的电流。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
3、元件，如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电阻；伏安特性曲线为非直线的元件称为非线性元件，件，如二极管、三极管等。如二极管、三极管等。第四页，本课件共有21页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 第五页，本课件共有21页 根根据据欧欧姆姆定定律律，电电阻阻R、电电压压U、电电流流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计计算可得到待测元件算可得到待测元件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
4、为静态电阻（或称为表示，一种称为静态电阻（或称为直流电阻），用直流电阻），用RD表示；另一种称表示；另一种称为动态电阻用为动态电阻用rD表示，它等于工作表示，它等于工作点附近的电压改变量与电流改变量点附近的电压改变量与电流改变量之比。动态电阻可通过伏安曲线求之比。动态电阻可通过伏安曲线求出，如图所示，图中出，如图所示，图中Q点的静态电点的静态电阻阻RD=UQ/IQ,动态电阻动态电阻rD=dU/dI。第六页，本课件共有21页2电表连接方法和接入误差电表连接方法和接入误差 测量伏安特性时电表连接方法有两种：电流表测量伏安特性时电表连接方法有两种：电流表外接（图外接（图b）和电流表内接（图）和电流表
5、内接（图a）。第七页，本课件共有21页由于电表内阻的影响，这两种接法都会引进一定的系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，系统误差为统误差。当电流表内接时，系统误差为RA/RX,当电流当电流表外接时，为表外接时，为Rx/(Rx+Rv)使用电流表内接时，会使使用电流表内接时，会使Rx比实测值偏大，修正比实测值偏大，修正值为：值为：RXU/I-RA；使用电流表外接时，会使；使用电流表外接时，会使Rx比实测值偏小比实测值偏小,修正值为修正值为RX 1/(I/U-1/RV)。在测量小电阻，且电压表内阻远大于在测量小电阻，且电压表内阻远大于Rx时，常采用电时，常采用电流表
6、外接；在测量大电阻，且电流表内阻远小于流表外接；在测量大电阻，且电流表内阻远小于Rx时，时，常采用电流表内接。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第八页，本课件共有21页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线半导体二极管是一种常用的非线性元件性元件,由由P型、型、N型半导体材料制成型半导体材料制成PN结，经欧姆接触引出电极，封装结，经欧姆接触引出电极，封装而成。而成。第九页，本课件共有21页二极管特性 二极管的主要特点是单向导二极管的主要特点是单向导电性，电流从正极流入，负极电性，电流从正极流入，
7、负极流出。流出。二极管是一个非线性元二极管是一个非线性元件件。二极管的主要参数：二极管的主要参数：UD称为正向导通阈值电压称为正向导通阈值电压 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工作时允许通过的最大正向平工作时允许通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,一般为反向击一般为反向击穿电压的一半；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的的额定值。额定值。第十页，本课件共有21页PN节的伏安特性由半导体物理可知，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
8、流电压的关系满足电压的关系满足 I=Is eqU/T-1 （1）I是通过是通过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是是反向饱和电流为常数，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玻耳兹曼玻耳兹曼常数，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,则则=Is eqU/kT,即即PN结正向电流随结正向电流随正向电压按指数规律变化。正向电压按指数规律变化。第十一页，本课件共有21页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
9、二极管。特殊的硅二极管。与一般二极管不同，与一般二极管不同，普通二极管击穿后电流普通二极管击穿后电流急剧增大。稳压二极管急剧增大。稳压二极管的反向击穿是可逆的，的反向击穿是可逆的，去掉反向电压，稳压管去掉反向电压，稳压管又恢复正常又恢复正常。第十二页，本课件共有21页稳压管常用在稳压、恒流等电路中。稳压管常用在稳压、恒流等电路中。第十三页，本课件共有21页5.测量小白炽灯泡的伏安特性曲线白炽灯是日常生活中经常使用的光源之一，由金属钨丝白炽灯是日常生活中经常使用的光源之一，由金属钨丝制成灯丝，因此也常称做钨丝灯。当电流通过时，灯丝制成灯丝，因此也常称做钨丝灯。当电流通过时，灯丝发热而发光。在工作
10、时，其灯丝电阻随着温度的升高而发热而发光。在工作时，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大一般灯泡的“冷电阻冷电阻”与与“热电阻热电阻”的阻值可相差的阻值可相差几倍至十几倍几倍至十几倍。白炽灯的种类很多，实验中使用的小灯泡是常用做手电筒白炽灯的种类很多，实验中使用的小灯泡是常用做手电筒的光源（其工作条件是的光源（其工作条件是12V，0.3 A）。在一定电流范）。在一定电流范围内，小灯泡的电压与电流的关系为围内，小灯泡的电压与电流的关系为 UKIn （2）式中式中K和和n是与灯泡有关的系数。是与灯泡
11、有关的系数。第十四页，本课件共有21页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 第十五页，本课件共有21页分压电路分压电路 分压曲线分压曲线 K=RL/R0 滑线变阻器的分压电路第十六页，本课件共有21页【实验内容及要求实验内容及要求】图4 二极管伏安特性测量原理图电表参数：2V档，200mA档。图5 小灯泡伏安特性测量原理图电表参数：12V档，200mA档。第十七页，本课件共有21页1）按照图按照图4将普通二极管连接到测量电路中。将普通二极管连接到测量电路中。2）电压从最小开始调节，观察正向电流，当开始）电压从最小开始调节，观察正向电流，当开始有正向电流时，开始
12、记录电压电流数据，正向电流有正向电流时，开始记录电压电流数据，正向电流达到达到20mA时实验结束，这里要求实验数据不能少于时实验结束，这里要求实验数据不能少于20个。记录个。记录I-U关系数据，在作图纸上描出正向伏安特关系数据，在作图纸上描出正向伏安特性曲线。性曲线。说明：由于普通二极管的反向击穿电压一般很大（约说明：由于普通二极管的反向击穿电压一般很大（约100V左右），远远超出了左右），远远超出了安全电压的范围，因而实验中不需要测量普通二极管的反向伏安特性。安全电压的范围，因而实验中不需要测量普通二极管的反向伏安特性。1、测量普通二极管的正向伏安特性实验、测量普通二极管的正向伏安特性实验第
13、十八页，本课件共有21页1）按照图）按照图4将稳压二极管连接到测量电路中。将稳压二极管连接到测量电路中。2）电压从最小开始调节，观察正向电流，当）电压从最小开始调节，观察正向电流，当开始有正向电流时，开始记录电压电流数据，开始有正向电流时，开始记录电压电流数据，正向电流达到正向电流达到20mA时结束，这里要求实验时结束，这里要求实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向导通阈值电压。利用伏安特性曲线求出正向导通阈值电压。2、测量稳压二极管的正向、反向伏安特性实验、测量稳压二极管的正向、反向伏安特性实验第十九页
14、，本课件共有21页3）按照图）按照图4将稳压二极管反向连接到测量电将稳压二极管反向连接到测量电路中。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时稳压二极管的反向击穿电压（稳定时稳压二极管的反向击穿电压（稳定电压）。在作图纸上描出反向伏安特性曲电压）。在作图纸上描出反向伏安特性曲线。线。求出稳压二极管的稳压值。求出稳压二极管的稳压值。第二十页，本课件共有21页3、测量小灯泡的伏安特性曲线（a）设计电路并测量小灯泡的伏安特性曲线；）设计电路并测量小灯泡的伏安特性曲线；（b）验证式（）验证式（2）；）；（c）求系数）求系数 K和和 n；（d）求出室温）求出室温25oC下的灯丝电阻。下的灯丝电阻。第二十一页，本课件共有21页