电阻伏安特型的测量.docx
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电阻伏安特型的测量
实验十四电阻伏安特性的测量
本实验仪由直流稳压电源、可变电阻器、电流表、电压表及被测元件等五部分组成，可以独立完成对线性电阻元件、半导体二极管、钨丝灯泡等八种电学元件的伏安特性测量。
电压表和电流表是采用指针式微安表头改装的，具有一定的内阻，必须合理配接电压表和电流表，才能使测量误差最小，这样可使初学者在实验方案设计中，得到锻炼。
因此，本实验中有四个实验，针对每一个实验，具体给出了相应的实验要求。
实验14.1线性电阻器伏安特性测量及测试电路设计
一、实验目的
按被测电阻大小、电压表和电流表内阻大小，掌握线性电阻元件伏安特性测量的基本方法。
二、实验仪器
1.DH6101型电阻元件伏安特性实验仪
2.100Ω锰铜线电阻器，误差≤±0.5%
三、实验原理
1、伏安特性
在电阻器两端施加一直流电压，在电阻器内就有电流通过。
根据欧姆定律，电阻器电阻值为：
1－1
上式中R—电阻器在两端电压为V，通过的电流为I时的电阻值，Ω；
V—电阻器两端电压，V；
I—电阻器内通过的电流I。
欧姆定律公式1－1表述成下式：
以V为自变量，I为函数，作出电压
电流关系曲线，称为该元件的伏安特性
曲线。
对于线绕电阻、金属膜电阻等电阻器
，其电阻值比较稳定，其伏安特性曲线
是一条通过原点的直线，即电阻器内通过
的电流与两端施加的电压成正比，这种电
阻器也称为线性电阻器。
图1－1线性元件伏安特性曲线
2、线性电阻的伏安特性测量电路的设计
当电流表内阻为0，电压表内阻无穷大时，下述两种测试电路都不会带来附加测量误差。
图1－2电流表外接测量电路图1－3电流表内接测量电路
被测电阻
。
实际的电流表具有一定的内阻，记为RI；电压表也具有一定的内阻，记为RU。
因为RI和RU的存在，如果简单地用公式
计算电阻器电阻值，必然带来附加测量误差。
为了减少这种附加误差，测量电路可以粗略地按下述办法选择：
A.当RU＞＞R，RI和R相差不大时，宜选用电流表外接电路，此时R为估计值；
B.当R＞＞RI，RU和R相差不大时，宜选用电流表内接电路，
C.当R＞＞RI，RU＞＞R时，必须先用电流表内接和外接电路作试探性测试而定。
方法如下：
先按电流表外接电路接好测试电路，调节直流稳压电源电压，使两表指针都指向较大的位置，保持电源电压不变，记下两表值为U1，I1；将电路改成电流表内接式测量电路，记下两表值为U2，I2。
将U1，U2和I1，I2比较，如果电压值变化不大，而I2较I1有显著的减少，说明R是高值电阻。
此时选择电流表内接式测试电路为好；反之电流值变化不大，而U2较U1有显著的减少，说明R为低值电阻，此时选择电流表外接测试电路为好。
当电压值和电流值均变化不大，此时两种测试电路均可选择（思考：
什么情况下会出现如此情况？
）
如果要得到测量准确值，就必须按下1－2，1－3两式，予以修正。
即电流表内接测量时，
1－2
电流表外接测量时
1－3
上两式中：
R—被测电阻阻值，Ω；
U—电压表读数值，V；
I—电流表读数值，A；
RI—电流表内阻值，Ω；
RU—电压表内阻值，Ω。
四、实验内容
1、线路设计：
见图1－4
2、实验内容
A.电流表外接测试
B.电流表内接测试
C.测试电路优选方法验证
D.按1－2式，1－3式修正计算结果
图1－4实验电路接线图
五、数据记录
表1－1100Ω电阻器伏安曲线测试数据表
电流表内接测试
电流表外接测试
U（V）
I（
）
R直算值（Ω）
R修正值（Ω）
U（V）
I（
）
R直算值（Ω）
R修正值（Ω）
六、实验总结
1、电阻器伏安特性概述
2、电流表内接外接两种测试方法，根据R=100Ω，RU=200KΩ，RI=0.725Ω和测试误差，讨论两种测试方式优劣。
实验14.2二极管伏安特性曲线的研究
一、实验目的
通过对2AP10、1N4007两种二极管伏安特性的测试，掌握锗二极管和硅二极管的非线性特点，从而为以后正确设计使用这些器件打好技术基础。
二、实验仪器
1.DH6101型电阻元件伏安特性实验仪
2.2AP10、1N4007二极管
三、实验原理
1、伏安特性描述
2AP10是典型的锗点接触普通二极管，二极的电容效应很小，主要在100MHz以下无线电设备中作检波用；1N4007为典型的硅半导体整流二极管，主要在电气设备中作低频整流用。
对二极管施加正向偏置电压时，则二极管中就有正向电流通过（多数载流子导电），随着正向偏置电压的增加，开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时（锗为0.2V左右，硅管为0.7V左右），电流急剧增加，二极管导通后，电压的少许变化，电流的变化都很大。
对上述二种器件施加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，其反向电压增加至该二极管的击穿电压时，电流猛增，二极管被击穿，在二极管使用中应竭力避免出现击穿观察，这很容易造成二极管的永久性损坏。
2AP10和1N4007二极管伏安特性示意图2－1，2－2
图2－12AP10伏安特性示意图图2－21N4007伏安特性示意图
2、实验设计
图2－3二极管反向特性测试电路
1）反向特性测试电路
二极管在反向导通时，呈现的电阻值很大，采用电流表内接测试电路可以减少测量误差。
因为二极管及电压表内阻都较大，采用稳压输出调节和分压器调节，容易得到所需的电压值。
图2－4二极管正向特性测试电路
2）正向特性测试电路
二极管在正向导道时，呈现的电阻值较小，拟采用电流表外接测试电路。
电源电压在0～10V内调节，变阻器开始设置200
，调节电源电压和变阻器电阻值，以得到所需电流值。
四、数据记录
表2－12AP10反向伏安曲线测试数据表
U（V）
I（
）
电阻直算值（
）
表2－22AP10正向伏安曲线测试数据表
2AP10正向伏安曲线测试数据表I（
）
U（V）
电阻直算值（
）
电阻修正值（
）
注：
1、电阻修正值按电流表外接修正公式1－3式计算所得。
2、2AP10正向电流不得超过7mA；而1N4007最大工作电流可达1A。
本实验仪可提供0.5A电流，在作IN4007二极管正向伏安曲线测试时，数据表中I可按最大200mA设计，电流表量程也相应选择200mA档。
五、实验总结
1、二极管反向电阻和正向电阻差异如此大，其物理原理是什么？
2、在制定表2－2时，考虑到二极管正向特性严重非线性，电阻值变化范围很大，在表2－2中加一项“电阻修正值”栏，与电阻直算值比较，讨论其误差产生过程。
3、现时仪器中多采用1N4007二极管作整流元件，其原因是什么？
（采购价低是其中一个因素）
实验14.32CW56稳压二极管反向伏安特性实验
一、实验目的
通过稳压二极管反向伏安特性非线性的强烈反差，进一步熟悉掌握电子元件伏安特性的测试技巧；通过本实验，掌握二端式稳压二极管的使用方法。
二、实验仪器
1.DH6101型电阻元件伏安特性实验仪
2.2CW56稳压二极管
三、实验原理
1、稳压二极管伏安特性描述
2CW56属硅半导体稳压二极管，其正向伏安特性类似于1N4007型二极管，其反向特性变化甚大。
当2CW56二端电压反向偏置，其电阻值很大，反向电流极小，据手册资料称其值≤0.5
。
随着反向偏置电压的进一步增加，大约到7－8.8V时，出现了反向击穿（有意参杂而成），产生雪崩效应，其电流迅速增加，电压稍许变化，将引起电流巨大变化。
只要在线路中，对“雪崩”产生的电流进行有效的限流措施，其电流有小许一些变化，二极管二端电压仍然是稳定的（变化很小）。
这就是稳压二极管的使用基础，其应用电路见图3－1。
图中，E—供电电源，如果二极管稳压值为7～8.8V，则要求E为10V左右；R—限流电阻，2CW56，工作电流选择8mA，考虑负载电流2mA，通过R的电流为10mA，计算R值：
R=
=
=200
C—电解电容，对稳压二极管产生的噪声进行平滑滤波。
VZ—稳压输出电压。
图3－1稳压二极管应用电路
2、实验设计
图3－2稳压二极管反向伏安特性测试电路
1）2CW56反向偏置0～7V左右时阻抗很大，拟采用电流表内接测试电路为宜；反向偏置电压进入击穿段，稳压二极管内阻较小（估计为R=8/0.008=1K
），这时拟采用电流表外接测试电路。
结合图3－1，测试电路图见图3－2。
四、实验过程
电源电压调至零，按图3－2接线，开始按电流表内接法，将电压表＋端接于电流表＋端；变阻器旋到1100
后，慢慢增加电源电压，记下电压表对应数据。
当观察到电流开始增加，并有迅速加快表现时，说明2CW56已开始进入反向击穿过程，这时将电流表改为外接式，按表3－1继续慢慢地将电源电压增加至10V。
为了继续增加2CW56工作电流，可以逐步地减少变阻器电阻，为了得到整数电流值，可以辅助微调电源电压。
五、数据记录
表3-12CW56硅稳压二极管反向伏安特性测试数据表
电流表接法
数据
内接式
U（V）
I（
）
外接式
I（mA）
U（V）
将上述数据在坐标纸上画出2CW56反向伏安曲线，参考图见3－3。
图3－32CW56反向伏安曲线参考图
六、实验总结
1、在测试稳压二极管反向伏安特性时，为什么会分二段分别采用电流表内接电路和外接电路？
2、稳压二极管的限流电阻值如何确定？
（提示：
根据要求的稳压二极管动态内阻确定工作电流，由工作电流再计算限流电阻大小）
3、选择工作电流为8mA，供电电压为10V、12V时，限流电阻大小是多少？
实验14.4钨丝灯伏安特性的测试试验
一、实验目的
通过本实验了解钨丝灯电阻随施加电压增加而增加，测量电压和电流的特性关系，并大致了解钨丝灯的使用。
二、实验仪器
1.DH6101型电阻元件伏安特性实验仪
2.钨丝灯
三、实验原理
1、钨丝灯特性描述
实验仪用灯泡中钨丝和家用白织灯泡中钨丝同属一种材料，但丝的粗细和长短不同，就做成了不同规格的灯泡。
本实验仪用钨丝灯泡规格为12V0.1A。
只要控制好两端电压，使用就是安全的，金属钨的电阻温度系数为48×10-4/℃，系正温度系数，当灯泡两端施加电压后，钨丝上就有电流流过，产生功耗，灯丝温度上升，致使灯泡电阻增加。
灯泡不加电时电阻称为冷态电阻。
施加额定电压时测得的电阻称为热态电阻。
由于正温度系数的关系，冷态电阻小于热态电阻。
在一定的电流范围内，电压和电流的关系为：
U=KIn4－1
式中U—灯泡二端电压，V
I—灯泡流过的电流，A
K—与灯泡有关的常数
N—与灯泡有关的常数
为了求得常数K和n，可以通过二次测量所得U1、I1和U2、I2，得到：
U1=KI1n4－2
U2=KI2n4－3
将4－2除以4－3式可得
4－4
将求出的n值代入4－2式就可以得到K值
2、实验设计
灯泡电阻在二端电压12V范围内，大约为几欧到一百多欧姆，电压表在20V档时内阻为200
，远大于灯泡电阻，而电流表在200mA档时内阻为0.725
，和灯泡电阻相比，不是小很多，拟采用电流表外接法测量，电路图见4－1。
变阻器置100
，按表4－1规定的过程，逐步增加电源电压，记下相应的电流表数据。
图4－1钨丝灯泡伏安特性测试电路
四、数据记录
钨丝灯泡伏安特性测试数据表
电压U（V）
0.5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
电流I（mA）
直算值（
）
由实验数据在坐标纸上画出钨丝灯泡的伏安曲线，并将电阻直算值也标注在坐标图上。
选择二对数据（如U1=2V，U2=8V，及相应的I1、I2），按4－4和4－5式计算出K、n两系数值。
由此写出4－1式，并进行多点验证。
五、实验总结
1）试从钨丝灯泡的伏安特性曲线解释为什么在开灯的时候容易烧坏？
2）在振荡电路中，经常利用正温度系数的灯泡，作为振荡器电压稳定的自动调节元件，参考电路图4－2，试从钨丝灯伏安特性说明该振荡器稳幅原理。
图4－2钨丝灯稳幅的1KHz振荡电路
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